四川仁寿牛角寨石窟盐风化作用机理与气候响应

摘要：

盐风化作用是石质文物风化劣化的重要机制之一,但其作用机理及其与气候的响应过程仍需进一步的研究.笔者等以仁寿牛角寨石窟的岩芯样品和风化样品为对比研究对象,采用镜下鉴定、X射线荧光光谱(XRF)及X射线衍射(XRD)和电子探针(EPMA)对样品的化学组成和矿物组成进行对比研究,并重点研究了样品中可溶盐的组成及结晶状态.化学组成上,风化样品中SO3平均含量是岩芯样品的16倍以上;矿物组成上,岩芯样品仅在表层0～22 cm中发现微量的石膏,而风化样品中检出了至少17.5倍高于岩芯的石膏以及微量的Na2SO4和NaCl,这指示石窟砂岩的风化劣化与可溶盐尤其是硫酸盐有关.通过对Na2SO4、NaCl及石膏性质的研究,发现Na2SO4可以响应气候条件发生反复的Na2SO4+10H2O(≒)Na2SO4·10H2O结晶-脱水反应,结晶时体积膨胀416％,特别是在潮湿气候条件下Na2SO4的二次结晶作用可对岩石产生更强的破坏;NaCl的存在可以降低Na2SO4的脱水相变温度(最低可至17.6℃)和溶解度,放大Na2SO4在岩石风化过程中的作用;CaSO4对岩石风化劣化的贡献较小,但其可作为在风化作用下岩石中可溶盐聚集的指示产物.结合对温度、湿度监测数据的研究,发现每日温度、湿度随时间的变化天然契合Na2SO4-NaCl体系的温度、湿度转变条件.气候条件耦合盐风化作用是牛角寨石窟表层砂岩的主要风化方式.

关键词：四川仁寿大佛、风化机理、盐风化、Na2SO4-NaCl、石膏、气候条件、石质文物保护

所属期刊栏目：69

分类号：P632;P467;TG174.45

在线出版日期：2023-08-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共19页

页码：1368-1386