乐山大佛“黑鼻子”形成机理与防治对策浅析

乐山大佛是世界上最高的弥勒佛坐像，位于
四川乐山市的凌云山栖鸾峰西壁上（北纬29°32′，东经103°46′）。

大佛坐东朝西，前临岷江、
大渡河汇流处，在整整一匹山上凿出，通高71米。

乐山大佛始建于唐玄宗开元初年（713年），建成于贞元十九年（803年），佛像形体线条精美流畅，两旁崖壁上还有众多各具神态的石刻，
是唐代石刻艺术创作的代表作品，具有非常高的文物价值和观赏价值。

［1］1996年12月6日联
合国教科文组织将乐山大佛同峨眉山列为“世界
文化与自然遗产”。

近代以来乐山大佛石刻的风化问题非常严
重，有关部门及组织已经先后对该石刻进行了7次（1914、1934、1962~1963、1968、1990、1996、2001~2002）较大规模的表面维护，但成效并不十分显著。

在2001~2002年维修后仅2年后，大佛又出现了“花脸”、“泪痕”、“黑鼻子”等现象。

同时，风化现象也没有得到很好的遏制。

“花脸”和“泪痕”产生的主要原因是：雨水从头部下渗，经岩体裂隙在头部的主要破损点冲出，造成雨后二三天仍有流水，看似大佛雨后流泪、流涕、流涎。

［2］但是目前对“黑鼻子”的研究还处于空白阶段，“黑鼻子”形成的原因有待进一步研究。

一
乐山大佛“黑鼻子”的主要成分分析
在大佛的早期修葺中采用了以木料为骨架，石灰为主体填料的方式对大佛鼻子进行了再造，石灰在空气中逐渐同空气中的二氧化碳反应形成方解石。

在大佛最近一次修葺过程中，本着“不改变原状”的原则，在大佛面部保护过程中加入了红砂岩磨浆（大佛石刻主体材料为红砂岩）。

因此，大佛鼻子部分的主体材料为方解石，表面涂层的主要矿物组成为石英、钠长石和微斜长石等。

乐山大佛“黑鼻子”形成机理
与防治对策浅析
江
滔
（乐山师范学院化学学院
）摘要：目前乐山大佛的鼻子部分的保护涂层已被破坏，微生物直接附着在大佛鼻子的主
题材料之上；微生物的生长、繁殖、碳化是乐山大佛“黑鼻子”形成的最主要原因；大气污染对“黑鼻子”形成的影响不显著。

防治乐山大佛“黑鼻子”问题的关键点是抑制“黑鼻子”区域的微生物生长。

关键词：乐山大佛；黑鼻子；大气污染；微生物中图分类号：K854.3文献标识码：A 文章编号：1003-6962（2013）06
-0084-05
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乐山大佛“黑鼻子”样本由乐山大佛管委会采集，采样点位于大佛鼻子左侧鼻翼（图二）。

矿物组成由北京大学微构分析测试中心测定。

矿物组成采用X射线衍射法，仪器：Dmax12kW 粉末衍射仪。

实验条件：X射线：CuKα
(0.15418nm)；管电压：40kV；管电流：100 mA；石墨弯晶单色器扫描方式：θ/2θ扫描；扫描速度：8°（2θ）/分；采数步宽：0.02°（2θ）；环境温度：25.0(±1)℃；湿度：35.0(±5)%。

其他参见标准SY/T6210-1996《沉积岩中粘土矿物总量和常见非粘土矿物X射线定量分析方法》。

测试结果显示乐山大佛“黑鼻子”的化学组成中，有机质含量为50.7%，矿物成分含量49.3%。

矿物组成：方解石78%、石英9%、白云石5%、赤铁矿2%、钙铝榴石2%、白云母1%、绿泥石1%、白云石1%、菱铁矿1%、滑石1%。

红砂岩中最常见的钠长石和微斜长石在本次测定中均未被检出，石英含量也非常低，大佛“黑鼻子”最主要矿物成分为方解石。

这表明，最近一次修缮的大佛鼻子表层材料已经被破坏，目前“黑鼻子”直接附着在鼻子的主体材料（方解石）之上。

二乐山大佛“黑鼻子”形成的原因
石质文物在自然环境条件下变黑的因素有很多，大气污染（如降尘、酸雨等）、生物腐蚀等
因素都可能导致文物表面的风化、致黑。

研究表
明河北南响堂和云冈石窟中的风化中，降尘起到
了重要的作用。

［3］降尘既可以在石质文物表面
形成黑色层、通过对孔隙和裂隙的填充造成岩石
的风化剥落；又可以通过形成酸性物质对石质文
物中胶结物起到腐蚀作用。

汽车尾气和化石燃料
中产生的炭黑物质也是石质文物表面致黑的重要
因素。

酸雨和SO2是石质文物表面风化、腐蚀、致黑的重要原因。

SO2在空气中在被含铁离子的颗粒物催化氧化为SO3，并进一步形成H2SO4。

H2SO4湿沉降过程后与CaCO3反应形成CaSO4。

石膏（CaSO4·2H2O）则被人许多学者认为是石质文物表面致黑的主要因素。

［4］
微生物侵蚀是是石质文物被腐蚀、致黑的重
要原因。

细菌可以通过分泌葡萄糖酸、乳酸等有
机酸与石质文物的表面发生螯合或者酸化反应。

已经发现细菌在大理石上分泌的粘液是使其腐蚀
的主要因素。

此外硝化细菌和硫化细菌也能在石
材的表面积聚并产生无机酸，对所聚居的石质文
物产生腐蚀，并导致该文物变黑。

真菌是另一类
最活跃的腐蚀石质文物的微生物。

几乎每一处被
腐蚀的古旧建筑上几乎都能发现真菌的存在。

许
多石质文物表面颜色变黑都与黑色菌的作用有
关。

我们分别从大气污染及微生物作用的角度入
手，探究乐山大佛“黑鼻子”形成的机理，并在
此基础上提出防治对策。

1.大气污染因素
分别在乐山大佛风景区和乐山市市区（乐山
师范学院）采集大气降尘样品，用X射线衍射
法测定降尘的矿物成分，并与“黑鼻子”的矿物
成分进行对比分析，研究大气降尘对“黑鼻子”
的影响。

乐山市区空气降尘采取点为乐山师范学院，
采取方法为自然集积法。

大佛景区降尘为滤料阻
留法，采用石膏微孔滤膜。

X射线衍射分析结果表明大佛景区降尘的主要成分（表一）为石英、白云母和钠长石。

该值同乐山地区红砂岩的组成基本类似，降尘中含量较高的钠长石和微斜长石均被广泛的用于生产陶瓷釉。

因此，可认为乐山大佛景区的降尘主要
来. All Rights Reserved.
源于建筑施工、石材加工及相应煅烧工业。

乐山市区粉尘的样品成分同大佛景区较为相似，而同乐山大佛“黑鼻子”的成分有较大差异。

降尘中占有较大比例的钠长石和微斜长石在“黑鼻子”中均没有检出。

而大佛“黑鼻子”中的白云石、钙铝榴石、菱铁矿以及滑石在乐山地区的降尘中也均未检出。

相关性分析结果显示，大佛“黑鼻子”的成分同乐山地区尤其是大佛风景区降尘成分无显著相关性。

因此，可以认为降尘不是乐山大佛“黑鼻子”形成的主要因素。

在本次试验过程中，在“黑鼻子”原材料中检测出了大量的方解石（CaCO3），却并未检测出石膏（CaSO4·2H2O)）或者烧石膏（CaSO4·0.5H2O）。

这表明乐山地区酸雨对乐山大佛黑鼻子部分的侵蚀不严重。

在最近近五年，乐山市市中区空气质量总体处于二级水平。

以2009年为例，空气质量2级以上天数为98.36%，空气质量总体良好。

因此，酸雨不是“黑鼻子”形成的主要原因。

2.微生物因素
有机质测量结果表明：大佛“黑鼻子”的有机质含量高达50.7%，而同一时期乐山大佛景区和乐山市区的降尘中有机质含量则分别只有8.0%和7.2%。

因此，生物作用可能是乐山大佛形成的重要因素。

分别对乐山大佛“黑鼻子”样品，和乐山地区典型红砂岩致黑部分样品进行微生物组成分析。

采取DGGE（变形梯度凝胶电泳）技术，对样品中的微生物进行分离鉴定。

由于DGGE技术避免了分离纯化培养所造成的分析上的误差，通过指纹图谱直接再现群落结构，目前已经成为微生物群落遗传多样性和动态性分析的强有力工具。

使用BIO101Systems公司生产的FastPrepR 核酸快速提取仪进行微生物总DNA提取。

PCR 扩增后用D Code系统对产物进行DGGE分析。

DGGE分析采用双变性法，聚丙烯酰胺凝胶浓度为6~12%（w/v），尿素变性梯度为20~50%（尿素为7mol/L甲酰胺为40%时的变性浓度为100%），于61℃恒温下，200V电泳5小时，采用SYBR GREEN I染色30分钟，紫外凝胶成像系统分析结果。

从变性胶板切取典型的条带，再扩增、浓缩后进行碱基序列分析，根据此碱基序列，查询联网数据库BLAST（DDBJ nucleotide sequence database）进行检索，根据亲缘关系进行相似性分析。

如图三所示，乐山大佛“黑鼻子”中的微生物同乐山地区典型红砂岩致黑部分有较强的相似性，但也存在差异。

测序结果表明，乐山大佛“黑鼻子”中的微生物组成较为复杂，从细菌到真菌再到藻类和地衣均有分布。

细菌：枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis），地衣芽胞杆菌（Bacillus licheniformis），藤黄微球菌（Micrococcus lu-teus），硝化细菌（Nitrosomonas communis），圆褐固氮菌（Azotobacter chroococum）等；光和微生物：颗粒粘球藻（Gloeocapsa granosa），滴岩粘球藻（Gloeocapsa stegophila）等；真菌：园弧青霉（Penicillium cyclopium），纤细芽枝霉（Blas-tocladia gracilis），新月弯孢菌（Curvularia luna-ta），土曲霉（Aspergillus erreus），烟曲霉（As-pergillus fumigatus）等；以及藻类瓶口衣（Ver-rucaria glaucina）等。

这些微生物的存在不但能够通过分泌物、菌丝等破坏石质文物的表面结构，还能显著增强覆盖区域表面的持水能力，进一步有效促进其他微生物的生长。

同时，藻类、真菌类微生物死亡后
表一乐山市及大佛地区降尘的矿物组成(%) . All Rights Reserved.
将迅速碳化，造成石质文物表面变黑。

东北地区分布的高句丽石质文物均出现了微生物腐蚀、致黑的现象。

三乐山大佛“黑鼻子”的防治对策上述研究结果表明，降尘和酸雨等大气污染对乐山大佛“黑鼻子”形成的影响不显著。

乐山大佛“黑鼻子”形成最主要的因素是微生物的生长、繁衍以及死亡后的碳化。

因此，控制乐山大佛“黑鼻子”的重点是抑制该区域微生物的生长作用。

对此，可以分别从以下几个方面入手：
一、在修葺过程中选择合适保护涂层
选择合适的保护涂层是保护石质文物的关键。

一般来讲，石质文物的保存时间要远远长于保护涂层存在的时间。

如果保护涂层选择不当，则在涂层老化后会对石质文物造成新的伤害。

在以往的石质文物保护涂层的选择中，防水效果通常被视作最主要的技术指标，有的甚至把防护剂的憎水效果等同于防护的效果。

但憎水性防护膜会使石头的内外层产生显著的湿度梯度，随着环境温度变化，干湿交界处会产生明显的膨胀收缩应力差，进而导致界面损坏。

岩石的强度越小，吸水率越高，越容易受到破坏；保护剂的憎水性
越强，界面应力越集中，破坏速度将越快。

一些使用了憎水性防护膜的野外石质文物数年后某些表面层有粉末状剥落的现象。

有机聚合物的使用也应当慎重。

除可能造成新的伤害外，有机聚合物涂层的使用还有可能为沉降在石质文物表面的微生物提供生长、繁殖的碳源。

有研究表明，在相对湿度较高的条件下，高分子粘接剂和有机表面防护剂都有很好的维持真菌生长的能力。

二、抑制鼻子部位微生物的生长
控制乐山大佛面部，尤其是鼻子部位的微生物生长，是控制“黑鼻子”危害的最重要也是最直接的途径。

在选取保护涂层的时候，优先考虑真菌等微生物具有较强抑制性的保护材料。

另外，在日常的维护过程中，可以不定期的向大佛鼻子部分使用防腐防霉杀菌剂。

如西北大学的学者在高句丽石质文物表面使用复合杀菌剂（霉敌∶HEDAC ∶BW=7∶2∶1）。

表明该复合杀菌剂不仅可以杀灭石质文物上生长的菌类微生物，还可以预防新的菌类微生物的再生。

达到了以防为主、防治结合的文物保护基本原则。

［5］
三、加强日常清洁维护
在日常维护过程中加强鼻子部分的清洗工作。

提高乐山大佛鼻子部分的日常清洁频率。

微生物在石质文物表面的附着沉淀、适应、生长、繁衍需要时间较长，提高乐山大佛鼻子部分的清理频率，能在微生物处于诱导期或对数生长期将其清除，有效地抑制大佛鼻子表面微生物菌群的扩散。

同时，这还将有效地减少乙酸、草酸、酒石酸等有机分泌物的产生，有效地保护石质文物。

在清洗过程中，有针对性的采用离子喷射或激光清洗等现代清洗技术。

粒子喷射属于干法清洗，没有化学品、水冲击以及湿度的危害。

并且在现代离子喷射技术可以根据被清洗石质文物的石料、部位和污垢等具体情况选择粒子喷射清洗所使用的粒子材料、粒子大小和气流压力等条件，保证既达到清洗目的又不对文物造成伤害。

激光清洗技术主要利用激光束来清除石材表面的附着物，它省时、省力、节水、而且安全可靠、适用面广、易于自动控制。

对于石雕、石刻、各种边角等石面精细结构，以及年代久远的石质
文
1.大佛“
部分样品
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［5］江安志编纂委员会：
《江安县志》，第309页，方志出版社，2009年。

［6］因一些小作坊都是在当地自产自销，没有自己品牌或作坊名，所以此次调查中很多作坊名是以地名和参考当地百姓的俗称命名，因此会出现近于重合的作坊名。

［7］黄剑华：《蜀酒文化与水井坊遗址》，《四川文物
》2001年第6期。

［8］成都文物考古研究所等编著：《水井街酒坊遗址发掘报告》，文物出版社，2013年。

［9］a.四川省文物考古研究院等编著：《射洪泰安作坊遗址》，文物出版社，2008年；b.四川省文物考古研究院：《四川考古60年》，《四川文物》2009年第6期。

由于我们工作的疏忽，致使《四川文物》2013年第4期刊发的四川省文物考古研究院、宜宾市博物院《宜宾地区古代酿酒作坊、遗址调查简报》部分注释漏排，给读者造成了不便。

现予以补充于下，并敬请读者、作者谅解。

补充
物清洗，激光清洗技术有着许多传统清洗工艺所无法比拟的优势。

［6］
四
小结
通过以上讨论，可得出以下结论：
第一，降尘对乐山大佛“黑鼻子”形成的影响不显著，乐山市区降尘同乐山大佛“黑鼻子”的矿物组成相关性不显著。

在现有大气环境条件下酸雨对“黑鼻子”形成的影响不显著，在“黑鼻子”的矿物组成中并未检测出石膏或烧石膏。

第二，乐山大佛“黑鼻子”形成的最主要原因是微生物的生长、碳化，“黑鼻子”的有机质含量高达50.7%。

第三，防治乐山大佛“黑鼻子”问题的关键点是抑制“黑鼻子”区域的微生物生长。

可以通过选用具有抑制性的涂层、喷洒杀菌剂、加强日常清理工作等多种途径，防治“黑鼻子”的出现。

附记:感谢乐山大佛管委会彭学艺同志在采样过程中给予的帮助。

注释:
［1］干树德：《乐山大佛建造始末考略》，《四川文物》1997年第1期。

［2］钟世航、黄克忠：《用物探技术探查乐山大佛内部状况》，《工程地球物理学报
》2004年第3期。

［3］a.赵以辛等：《大气污染对南响堂石窟石雕表面风化的影响》，《文物保护与考古科学》2004年第2期；b.黄继忠、张俊芳：《粉尘对云冈石窟石雕影响的研究》，《文物保护与考古科学》2004年第1期。

［4］同［3］。

［5］冯楠：《高句丽石质文物风化机理及保护方法研究》，第46页，硕士学位论文，吉林大学，2008年。

［6］张秉坚：《石材表面黑垢的形成与清洗研究》
，《石材》1999年第1期。

(责任编辑:赵宠亮)
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