莫高窟第257、259窟北魏壁画彩塑的科学分析

莫高窟第257、259窟是北魏时期重要洞窟。为从科学角度探究两窟壁画彩塑艺术特色和发展过程,本文综合运用超景深显微镜等原位无损分析技术以及X-射线衍射等实验室分析技术对其壁画彩塑制作工艺与材料特征进行研究。结果表明,壁画彩塑底色层分为红色与白色两类;第257窟颜料包括生石膏、滑石、红土、朱砂、昆虫来源的蒽醌类染料、氯铜矿、青金石、靛蓝及炭黑,第259窟颜料包括滑石、蛇纹石、红土、蓝铜矿以及伴生有蓝铜矿的氯铜矿。分析结果从时空两方面阐释了两窟绘画材料的传承与衍变,可为石窟考古、艺术史研究以及保护修复提供重要支撑。     

甘肃拉卜楞寺壁画表面涂层材质分析

西藏壁画表面大多刷有保护涂层。据记载,其材质主要是桐油、牛胶或清漆等。但目前,对该涂层材质科学的研究却较少,不利于后期保护修复。为配合拉卜楞寺壁画保护修复项目,本研究以衰减全反射红外光谱法(ATR-FTIR)、核磁共振氢谱法(~1H-NMR)、热裂解-气相色谱-质谱联用(Py-GC-MS)技术等分析手段,对甘肃夏河拉卜楞寺弥勒佛殿、时轮学院主殿壁画的涂层进行了分析。结果表明,两处佛殿壁画涂层可确定是一种干性油,种类与桐油较接近。但由于西藏壁画在材料和工艺上的独特性,材料老化等因素,拉卜楞寺壁画涂层在组成和结构上,与现代桐油有一定差别,表现出一定的丰富性和复杂性。后期修复,可采用性质与西藏传统涂层材料接近的干性油,例如桐油,作为新的壁画表面涂层材料。     

石窟壁画可溶盐破坏过程的实验室模拟研究

石窟壁画是十分珍贵的文化遗产,但是其保存一直受到可溶盐及相关病害的威胁。研究石窟壁画可溶盐破坏过程是治理和预防这类病害的基础工作,深入的基础研究既需要全面的现场勘测,也需要实验室的模拟研究,能否制作出反映实际情况的试验样品仍然是十分艰巨的挑战。为此,作为一系列应用基础研究的第一步,通过对敦煌莫高窟壁画典型制作工艺和病害情况的调研,在敦煌研究院工作的基础上,规范地制作出便于实验室研究的模拟样品。通过对样品的破坏循环实验表明,所做样品可以重现可溶盐的迁移过程、分布状况和破坏情形。同时,样品的各种性能变化参数能够比较方便准确地测定,呈现的病害状况基本符合文物现场的实际现象,初步实现了石窟壁画病害的实验室模拟研究。本工作建立的模拟方法为深入开展壁画保护的基础科学研究开辟了一种途径。     

土质文物盐害中硫酸钠的研究——从微观到宏观

土遗址和壁画遗址可溶盐主要为NaCl和Na_2SO_4,其中Na_2SO_4是破坏程度最严重的盐。一般认为,硫酸钠只有在温度、湿度变化时才不稳定,才发生得失结晶水引起的晶型及体积变化。为研究土质文物盐害的形成机制及内在原因,调研了全国几处典型土遗址和壁画遗址的盐害状况并取样分析。分析发现:1)土遗址和壁画遗址中硫酸钠的形貌、结构是动态变化的(无论在任何极端干燥环境甚至真空条件下);2)环境因素如温度、相对湿度的变化只是加剧上述变化进程。硫酸钠结晶析出时,其体积膨胀约4倍。这一系列的过程,深刻影响着硫酸钠的相变复杂性和对依存土质文物本体的破坏性。本工作从微观和宏观两个层面探讨了这些发现,并通过不同盐分(不同浓度氯化钠、硫酸钠)侵蚀破坏模拟试验、不同温度条件下模拟试验、不同相对湿度下模拟试验,从宏观层面印证了上述微观机制在土遗址和壁画遗址本体的外在表现。本研究发现土遗址中硫酸钠的形貌、结构是动态变化的,该工作弥补了以往研究和认识上的局限。本研究将对阻止、延缓及预测土质文物盐害的发生、发展提供科学参考。     

长沙铜官窑谭家坡遗迹馆内优势病害真菌的分子鉴定

针对长沙铜官窑谭家坡遗迹馆内大肆爆发的微生物病害,为确定造成考古遗迹污染的优势真菌类型,项目组开展了病害真菌的现状调查和快速检测鉴定工作。利用无菌手术刀收集考古遗迹表面典型病害微生物的菌体样品,通过提取样品基因组总DNA、真菌ITS区PCR扩增、构建克隆文库、序列测定和系统发生关系分析等技术完成了病害菌的分子生物学鉴定和类群组成特点分析。结果表明,遗迹馆内考古遗迹表面爆发的主要病害菌为尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)、白腐菌(Phlebia brevispora)、荷叶离褶伞(Lyophyllum decastes),它们分别隶属于丛赤壳科(Nectriaceae)、伏革菌科(Corticiaceae)、离褶伞科(Lyophyllaceae),均为营腐生真菌,与土壤中木质材料的降解密切相关。考古现场大量的根系残留为病害菌的大肆繁殖提供了重要的营养源,而高的温度和相对湿度是促进病害菌快速生长扩散的主要环境因素。建议人工清除病害菌和根系残留,并对遗迹馆进行适当的环境控制。     

南唐二陵壁画历史保护修复材料的分析

为了确定南唐二陵壁画已有保护修复材料的种类,使用多光谱摄影技术分别对钦陵和顺陵壁画保护修复材料的分布区域进行探查,在紫外荧光图像中确定了保护修复材料的位置,通过红外光谱和热裂解-气质联用技术对材料进行了成分分析。结果表明二陵壁画所使用的保护修复材料主要为苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物和聚醋酸乙烯酯,还发现少量多糖类物质,为调和地仗石灰层所使用的糯米汁。该研究表明通过多光谱摄影技术提供线索,使用红外光谱、热裂解-气质联用确定成分是一种可靠的墓葬壁画保护修复材料分析方法体系,为墓葬壁画保护修复材料的鉴别提供借鉴,也为保护修复材料在墓葬壁画中的应用效果评价和劣化机理研究提供参考。     

壁画起甲修复材料性能评价指标体系的构建初探

材料性能评价指标体系是材料研究、应用推广中的重要一环,具有建立量度标尺、规范性能参数和推动行业发展等重要作用和意义。在航空、航天,汽车,建筑工程,油漆涂料等行业,目前已建立了相对成熟、完善的针对各类型材料的评价指标体系,拥有科学、系统的指标评价方法,及相对深入的理论研究。相比之下,相对小众的文物保护、修复材料应用领域,如古代壁画保护修复材料的性能评价与研究,发展还相对缓慢,研究基础相对滞后。 本研究分析了壁画起甲病害的材料学成因(各种物理、化学作用),总结了国内外壁画修复材料性能评价研究的进展(包括简要的修复材料应用历史),借鉴上述成熟行业评价、研究的模型和方法,采用“需求-性能-评价指标”体系,分析并尝试提出了壁画起甲修复材料的评价指标、方法及体系。初步提出的指标总分为材料有效性、安全性和耐久性3类,具体包括材料的黏结性、渗透性、水汽透过性、流动性、光学性能、化学惰性(酸碱性)、无毒害性、耐温湿度、光照、盐害及微生物作用等14项。 此外,本研究还分析了所列指标评价方法的适用性、存在的问题和面临的困难,指出了壁画是受到本体(多种材料、多层结构)因素和所处环境因素多重作用叠加的特点,说明了从修复实践中发展来的工艺、手艺性(操作)也是壁画修复对材料要求的一种特殊性表现;讨论了进一步完善起甲修复材料评价指标体系所需的数学建模分析的工作构想。 该评价指标体系的提出,将为我国文物保护、修复材料评价研究中壁画起甲修复材料的研究、应用推广、新材料研发;为已有材料的合理使用与持续优化;为壁画修复项目的规范开展,奠定坚实的科学工作基础。     

一种新的壁画修复材料黏结性评价装置及应用研究

为了可直接考察修复材料对壁画颜料层-地仗层(地仗层-地仗层)的黏结性,借鉴敦煌石窟泥塑制作"木骨泥胎"原理和涂层、黏接剂附着力和黏结强度测试方法,设计了一套拉拔模具。该装置解决了壁画修复材料评价中黏结界面错位,客观数据获取难,适用性差,耗时长等问题。试验测定了6种常用修复材料在质量浓度5%条件下的黏结强度,确定其黏结性强弱顺序为:纯丙乳液聚乙烯醇PVA-1788白乳胶硅丙乳液明胶(Paraloid b-72)。基于试验数据,提出选择修复材料及工作浓度时,应以接近原有胶结材料(明胶)黏结强度为宜。     

考古发掘现场智能预探测系统的统计与应用

鉴于考古工作中发掘现场情况的不确定性,为改进我国古墓葬遗址等发掘现场的传统探测方法,探讨利用自动化技术,设计开发一套考古发掘现场智能预探测系统,在无考古人员进入墓葬发掘现场的情况下实现预探测功能。该系统主要面向古墓葬遗址的发掘考古需求,由远程监控端、机器人及传输线缆组成。采取分体模块化设计小尺寸机器人,使其可简便拆装成直筒式或车体式两种外形,以适用小直径手工探洞或大直径盗洞两种不同形式的发掘入口。机器人本体集成视频采集及气体传感等环境检测功能模块．实时采集数据并通过传输线缆发送至远程监控端。远程监控端提供窗口化的监控界面软件,该软件在Micro Visual Studio 2005开发平台下完成,在显示并记录采集所得图像和数据的同时,可对机器人的部分模块进行控制。该考古发掘现场智能预探测系统设计制造后在陕西省三个古墓葬遗址进行了实地测试。研究结果显示,数据采集准确及时、视频图像清晰可靠、整体系统运行稳定、可操作性强,基本满足了考古发掘现场的实际需要,推进了考古发掘工作的科技化进程。     

永乐宫壁画制作材料及工艺的初步调查分析

永乐宫原位于山西省芮城县永乐镇,建于1247—1368年,是为纪念吕洞宾而修建的。其壁画绘制700多年来,历经多次自然灾害和修缮,还经历了20世纪60年代的整体搬迁,目前壁画已出现常见的颜料层起甲、脱落、粉化等病害,还存在拼接缝开裂起翘,表层画面受污染变色的状况。由于早期切割、搬迁和修复的大量介入,现存壁画表面及内部结构都发生了巨大的变化。永乐宫在搬迁过程中保存下来的少量壁画残块,一定程度上代表了永乐宫壁画的原始状态,是研究早期壁画材料和工艺信息的重要的和极有价值的样本。对此,针对取自永乐宫的11块壁画残块的微量样品,通过光学显微镜(OM)、剖面分析(cross-section analysis)、X射线衍射(XRD)和扫描电镜-能谱(SEM-EDS)等多种分析手段,对其制作材料和工艺进行初步调查分析,并取得了其相关壁画地仗、颜料材质及绘制壁画层位的信息,为永乐宫壁画的科学保护和深入研究提供了重要的基础资料。