寧明花山巖畫病害原因研究
2016-11-19 08:41:24郭宏
中國文化遺產 2016年4期
郭宏
摘要：寧明花山巖畫病害受環境因素的作用明顯，風化類型復雜多樣，有化學風化、物理風化和生物風化。物理風化的主要原因是日光直接照射巖畫立壁、高濕度環境下水分的凝結與蒸發等。化學風化作用的結果是溶蝕產物在巖畫表面富集形成各種巖溶形態，其中水在化學風化中起著重要的作用。對花山巖畫能夠產生風化作用的生物因素有高等植物、地衣、苔蘚、微生物四類，但生物風化短時間內不會對巖畫構成直接危害，不是目前保護巖畫所要解決的首要問題。由于花山巖畫所處特殊的地質地貌和自然環境，治理花山巖畫風化病害的難度大，應采取區別對待、綜合治理的方法。
關鍵詞：寧明花山巖畫；巖畫風化；巖畫病害治理
一、前言
左江是廣西壯族自治區西南部的一條河流，沿江流域是廣西著名的峰林——槽谷巖溶地區之一，在沿岸及其附近峰林石山的斷崖峭壁上，保存著許多古代駱越人的珍貴文化遺產——巖畫。已發現的巖畫地點有80余處，其中以寧明縣耀達花山和龍州縣錦江花山的巖畫規模最大、圖像最多、場面最為壯觀，是左江流域巖畫的代表。寧明花山位于寧明縣耀達鄉，距縣城25公里。臨江西壁斷裂峭壁布滿巖畫，畫面距江面最高處約90米，最低處約30米（距地面10米），畫面寬約170米、畫面面積約8000平方米。除風化剝落和漫漶不清者外，在峭壁上分布著約1900多個大小不等的赭紅色人物、動物、道路，以及銅鼓、刀、劍、鐘、船等器械圖形。人像高度一般約在60-150厘米之間，最大的高約3米。
花山巖畫的基礎支撐體為含生物碎屑的沉積石灰巖，巖畫是將赤鐵礦粉碎研磨后（有時加入朱砂）摻入植物性膠結材料（植物樹液）中繪畫的。巖畫做成后，植物樹液在老化過程中產生的草酸與巖石發生反應，在紅色顏料層與巖石之間形成了水草酸鈣。花山巖畫風化病害較為復雜，有物理風化、化學風化、生物風化等。其主要原因是大氣降水通過山頂落水洞及裂隙滲入巖體內部后，對巖石進行溶蝕，導致巖畫剝離脫落，礦物沉積覆蓋。為了有效治理花山巖畫風化病害，須對巖畫病害原因進行研究。
二、花山巖畫的物理風化病害原因分析
（一）巖畫巖石的溫差風化
由溫度變化產生熱脹冷縮效應直接使巖石崩解破碎的作用，稱為溫差風化。溫差風化的強弱主要決定于溫度變化的速度和幅度，晝夜溫度變化的幅度越大，溫差風化越強烈。寧明縣全年平均溫度主要集中在25-30℃的范圍內，其次為15-20℃的范圍內，沒有高于35℃或低于5℃天氣，在5-10℃或30-35℃范圍內出現的頻率也很小。巖畫保存地點的晝夜溫差僅每年12月中旬到來年1月中旬較大（大于15℃），其他月份溫差都較小（接近或低于10℃）。
溫差風化的強弱還決定于巖石的性質，即礦物成分和巖石結構等。如果巖石是由不同礦物組成的，因各種礦物的體積膨脹系數不同，在溫度變化影響下，其體積的膨脹、收縮存在差異，在它們的接觸面上將產生應力，從而破壞它們之間的結合能力，這樣巖石便可發生縱橫交錯的裂縫。有些裂隙平行巖石表面，形成層狀剝離現象；有些裂隙垂直于巖石表面，裂縫逐漸加大加深，巖石由表及里地不斷崩解或破碎成碎塊。花山巖畫巖石的化學成分以方解石為主，礦物組成上的差異而引起物理風化的可能性較小。由于所處環境全年最低溫度都在0℃以上，巖畫巖石也不存在冰凍風化問題。
（二）日照引起的物理風化
巖石白天接受陽光輻射使表面受熱膨脹，熱量由巖石表面向內部緩慢傳遞，巖石內外在白天接受太陽輻射熱膨脹的體積、速度不同，在巖石內部產生應力。到夜間，巖石表面開始散熱，體積發生收縮，但內部因日間持續傳來的熱，體積發生膨脹。這樣，巖石表面與內部的體積膨脹和收縮的步調便不一致。如果此過程持續進行，巖石的表層便在膨脹、收縮時產生的應力作用下發生裂隙。
花山巖畫巖石混晶生物碎屑灰巖的導熱系數為0.605～0.780 w/m.K、風化剝落灰巖薄片的導熱系數為0.893w/m.K，均小于0.9w/m.K（石灰巖的導熱系數常見值為1.67～2.68w/m.K），因此花山巖畫立壁巖石的熱傳導性能很差。經現場觀察，一般在中午12點以后，陽光可直接照射到花山巖畫立壁上。巖畫立壁白天受到陽光照射，由巖石表面向內部傳遞熱量；夜晚則由巖石內部向表面傳遞熱量。在傳遞熱量的過程中，巖石因受熱或放熱而膨脹或收縮，由于巖石的導熱性能很差，這種因日照而產生的熱量傳遞僅限于立壁巖石表面較薄的部分，這部分巖石因周而復始的膨脹收縮，先是在巖石內部產生與表面近似平行的裂隙，然后裂隙不斷加大，最終呈片狀與主巖分離剝落。
（三）高濕度環境下水分的凝結與蒸發導致的物理風化
寧明縣平均相對濕度主要集中在70%-90%的范圍內，高于90%的范圍占有相當高的比例，不出現低于50%的天氣，在50%-60%范圍內的天氣出現頻率也很少。由此可知，該區域是典型的高濕度地區，為巖石表面水的凝結創造了有利條件。巖畫立壁巖石的孔隙率在2.87%-3.00%之間，飽和吸水率在0.15%-0.20%之間，持水量為0.56%。這些數據表明，巖畫崖體是由具有微孔隙、低滲透性的巖石所組成，盡管孔隙微小，卻足以使氣態水分子自由通過。當巖畫立壁白天受陽光照射后，巖石內部溫度比表面低，孔隙內部飽和水汽壓比外界還低，根據水汽凝結總是最先出現在最低溫度界面附近的原則，水汽凝結首先從巖石外界溝通的孔隙網絡中溫度最低處開始，逐漸向外擴展。在外界飽和水汽源源不斷供給條件下，孔隙會逐漸被凝結水充滿。由于巖畫保存環境的相對濕度很高，意味著凝結水不僅可在立壁巖石表面形成，而且可通過孔隙在巖石內部形成，形成深度受控于孔隙網絡發育尺度、與外界聯系的通暢性以及溫度分布等因素，孔隙中凝結水形成時間可早于巖石表面的凝結水。因此，凝結水在花山巖畫巖石風化中的作用不可忽視，尤其是通過孔隙網絡進入巖石內部的凝結水所引起的風化更具破壞作用。
此外，當空氣相對濕度增大時，水汽壓增高，巖石表面附近空氣溫度較低，水汽極易達到飽和，巖石表面的飽和水汽壓低于周圍空氣中的飽和水汽壓，于是水汽以附著在巖石表面或空氣中的微粒（粉塵、花粉孢子、SO2等）作為凝結核進行凝結，形成凝結水附著在巖石表面。將空氣污染物等有害物質帶入，從而為化學風化創造了條件或加速了化學風化。
（四）層裂
層裂是指形成于地下深處的巖石，因有上覆巖石的重量而承受著較大的壓力，當上覆巖石被剝蝕而出露地面時，解除了原來的壓力，這時體積發生膨脹，從而導致巖石產生平行于地表的裂隙，形成層裂，發生機械破碎，因此層裂實質上是卸荷裂隙的一種表現形式。由于巖畫山體是沉積石灰巖，層理極其發育，層裂一般出現在巖畫山體的頂部，而巖畫主要集中在立壁的中下部區域，因此層裂不會對巖畫構成直接危害。
（五）物理成因淀積覆蓋層
物理成因的表面淀積覆蓋層主要是由于風的搬運沉積作用而形成的淀積覆蓋層。巖畫位于明江岸邊，岸上有大量明江江水沉積的粉沙等黏土礦物，加之高濕度環境和凝結水使巖石表面潮濕，黏附能力較強，當風將粉沙吹起進入空氣中后，便極有可能被巖畫巖石表面吸附而形成風化覆蓋層。
由風化產物的XRF、EPMA，點分析、SEM-EDX分析結果可知，在風化產物中存在含量不等的Na、K、Mg、Al、Si、P等元素，而且其含量變動范圍較大，這些與巖畫巖石成分相差較大元素的存在表明，風化產物中除了原始主巖成分以外，還有外來礦物成分加入，即巖畫巖石表面的風化產物與物理吸附作用有關。依據偏光顯微鏡分析結果，由物理吸附所形成的薄膜層的特點是：
（1）覆蓋層厚度較小，一般在0.06-0.1毫米。
（2）礦物成分以含有一定量長石、石英以及云母等細碎屑黏土礦物為特征，碎屑物顆粒粒徑一般0.03-0.06毫米，顆粒形態多為棱角狀、次棱角狀和次圓狀，膠結物多為泥質和鈣質碳酸鹽。
（3）有些礦物細碎屑物充填于化學成因的淀積薄膜層內，淀積薄膜層中的石英、長石等碎形屑物經風作用沉積到巖石表面，而后經碳酸鹽膠結覆蓋在巖石表面。
綜上所述，引起巖畫發生物理風化的原因是多方面的，有保存環境中的高濕度、風、日照、溫差以及凝結水，不存在冰凍風化問題。其中溫差風化的作用較為緩慢，只有長時間的作用，其結果才能顯現出來；而日照引起的巖畫巖石表層熱脹冷縮、巖石表面風化層中水分的凝結與蒸發引起的物理風化較為劇烈；巖畫鱗片狀起甲剝落則是由日照導致的巖石最表層凝結水蒸發引起的。因此致使巖畫發生物理風化的最主要因素是日照和高濕度環境。此外，高濕度環境也是形成淀積薄膜層所必須的條件，而表層巖石的濕脹干縮和鹽的吸濕溶脹及干燥收縮等都與環境相對濕度有關。
三、花山巖畫的化學風化原因分析
化學風化作用的方式有溶解、水化、水解、碳酸化作用、氧化作用等。由巖畫保存環境分析結果可知，其環境特征是高溫高濕多雨。因此以化學風化為主的巖石風化較為強烈。
（一）溶解與溶蝕作用
在巖石與水接觸時，溶解作用一般是巖石受到化學風化的第一步。由于水是極性溶劑，能與極性型和離子型的分子相互吸引，而大部分造巖礦物都是離子鍵化合物，所以大部分礦物都能溶于水，發生溶解作用。
由花山巖畫立壁巖石的XRD分析結果可知，其主要成分是方解石，它的溶解與溶蝕過程受水中H+濃度及溫度、雜質、水動力、生物等因素的影響，導致石灰巖溶解或沉積。其中CO2是最主要的因素，其分壓、環境溫度、濕度、雜質、水動力、生物作用等因素的影響都將反映在溶液中CO2含量的變化上。在CO2-H2O系統中方解石溶解或沉積速率受三個過程的控制：
開放系統中環境CO2分壓為30Pa時，溫度從10℃升高到20℃時，方解石的沉積速率顯著增加，同時方解石沉積速率隨水中鈣濃度的增加呈線性增加。由于溫暖氣候帶的生物活動性較強，造成土壤中CO2的濃度高，對碳酸鹽巖的侵蝕大大增加了沉積前水中鈣的濃度，加速了方解石的沉積。不同環境CO2分壓下過飽和溶液中方解石的沉積速率隨水中鈣濃度增加呈近似線性增加。另一方面，方解石沉積速率隨環境CO2分壓的增加而減少，說明環境CO2分壓越高，越不利于方解石的沉積。
此外，方解石的沉積速度與水流有很大關系，流速越快，越有利于方解石的沉積。當水流較大時，水中存在許多氣泡，增加了水氣界面的面積，導致沉積速度加快。不論是低壓氣泡、滲氣氣泡，還是射流水沫，都是高速水流動產物，它們直接促進CaCO3的沉積。同時，水的流速對CaCO3的沉積速率有明顯的控制作用，快速流動水體中的方解石沉積速率是慢速流動水體中的2-5倍。
由以上分析可知，當水進入巖畫所依附的石灰巖山體后，首先將巖體緩緩溶解，一方面導致巖體內裂隙張開度不斷增大；另一方面，含有溶解了巖體成分的水沿裂隙向巖畫表層運動（水的搬運作用）。由于花山巖畫保存地點的濕熱氣候、植被茂盛導致環境中CO2分壓較低，這些因素有利于溶解于水中的CaCO3沉積，從而在巖畫上形成各種風化溶蝕產物。
不同的風化產物，其形成的主要原因是出水量不同而已，對應于大的出水地點，因水流速較高，在水中產生許多氣泡，有利于方解石的沉積，形成的是鐘乳石；對應于線狀滲水處，為鐘乳石石簾（出水量較大、出水點細長）；而顆粒狀風化產物的形成主要是極細小緩慢移動的毛細滲水所形成。
花山巖畫崖體巖石的比溶蝕度和比溶解度分別是1.16-1.17和1.07-1.09，即巖畫巖石具有一定的溶解性。這種可溶性巖石在滲透水流的作用下，產生溶蝕作用使巖畫及其圍巖產生溶洞、溶孔、溶槽等巖溶形態，破壞巖畫巖石穩定性。巖畫立壁上的各種巖溶風化產物（鐘乳石和石簾、薄膜狀產物、顆粒狀產物、層狀產物）都是以Ca為主要成分的。水對花山巖畫立壁的溶蝕作用過程首先是對巖石發生溶解作用，使CaCO3轉變為Ca（HCQ3）2然后水中的Ca（HCO3），隨著水的運動，向巖畫立壁移動，并在立壁滲水點附近沉積，在大氣CO2作用下，再轉變為CaCO3，從而在巖畫立壁上形成各種形態巖溶產物腐蝕、遮蓋巖畫。一般情況下，這種溶蝕作用總是從地表水的溶蝕作用開始的，由于地表水沿著巖石的孔隙或裂隙向地下滲透轉變為地下水，在滲透過程中就可對巖石進行不斷的溶蝕，使巖石受到破壞，正因為如此，地下水中所含的成分比較復雜，因而具有較強的溶蝕作用。
在開放系統中，由于地下水與大氣之間有著充分聯系，因此當CaCO3溶解或沉積破壞了水中CO2和大氣CO2之間的平衡關系時，CO2要在大氣與地下水之間重新進行調整，以達到新的平衡。一般情況下，開放系統中CaCO3的溶解總伴隨著相同摩爾量CO2的溶解，而CaCO3的沉積則伴隨著相同摩爾量的CO2從地下水中逸出。CaCO3的溶解，使得地下水的pH值升高，CO3、HCO3、Ca2+的含量有不同程度的增大；而CaCO3的沉積，使地下水的pH值下降，CO32+、HCO？3、Ca2+的含量則有不同程度的降低。水質分析結果表明，泉水和鐘乳石滲出水具有很高的Ca2+和HCO3離子濃度，類型為HCO3-Ca型，說明花山地區的地下水屬于石灰巖溶解起源。隨著地下水自出水點和泉口出露，由于水中CO2的分壓遠高于大氣中的CO2分壓，水中CO2，大量釋放于大氣，結果水的pH值升高。
（二）水化作用
某些礦物與水作用時，形成新的礦物，稱為水化作用。礦物水化后其主要特點是體積膨脹，形成的新礦物，其硬度一般較原礦物低，減弱了巖石抵抗風化的能力，導致物理風化作用的進行。此外，某些礦物進行水化作用時，隨著外界空氣溫濕度的變化而頻繁失水、吸水，隨之而產生的結果是礦物體積頻繁收縮、膨脹，最后導致巖石酥松瓦解。
花山巖畫巖石風化產物中，除疏松多孔的鐘乳石外，其余的都含有3MgCO3Mg（OH）2H2O，它實質匕是巖畫巖石中的Mg質碳酸鹽被科溶解后移動到巖畫立壁表面沉積，進—步水化而形成的。鐘乳石中未檢測出3MgCO3Mg（OH）2H2O，是由于其形成時間較早，3MgCO3Mg（OH）2H2O在雨水的淋慮作用下隨水流失所致。
（三）碳酸化作用
地下水中CO2含量的多少，不僅直接影響其物理化學性質，在巖溶地區還從根本上影響到溶蝕能力的強弱，進而影響著巖溶的發育和演化。地下水中的CO2主要來源于大氣溶解、土壤中及水中有機物分解和生物呼吸、深部熱源造成碳酸鹽巖或礦物變質、直接由巖漿分泌、水中的酸對碳酸鹽礦物的溶解、熱水中暫時硬度下降等。
花山巖畫崖體地下水中的CO2主要來源于大氣溶解、土壤中及水中有機物分解和生物呼吸。來源于大氣的地下水中CO2含量主要受大氣中CO2分壓、溫度和水的pH值控制。在溫度一定時，水中CO2含量隨空氣中CO2的分壓升高而增多，隨著溫度的降低，水中CO2的溶解度增大，由于受水中碳酸平衡作用的影響，在溫度、壓力不變時，隨著pH值的降低，水中CO2的含量增大。
大氣降水和地表水滲入地下的過程中，除溶解了一些大氣中CO2外，常含有大量有機質和微生物。有機質是強還原劑，在微生物作用下可產生氧化還原分解反應而產生CO2。水中生物的呼吸作用也可產生CO2，水中微生物除了對有機物的分解起催化作用外，其自身生長繁殖需要水中存在的各種形式的碳為碳源，在其代謝過程中放出一定量的CO2。
土壤中含有更多的有機物和各種植物以及微生物有機體，被氧化分解或有機體呼吸均可產生大量CO2。包氣帶土壤中CO2含量比大氣中CO2含量高10-300倍。研究表明廣西地區秋季土壤中CO2含量最大，冬季最小；土壤深度為1-1.2米時含量最大。因此，正常地下水中一般都溶解有一定量的CO2。
（四）化學成因的淀積薄膜層
化學成因的表面淀積覆蓋層主要是巖畫崖體石灰巖在水的長期侵蝕溶解后流經巖體表面沉積形成的，其形成不僅與季節、氣候，以及巖層內水的來源和豐富程度密切相關，而且巖石表面微生物的多少也影響著淀積覆蓋層的形成，層狀風化產物的各層的化學成分以Ca和Mg為主，但其含量變動較大，這與風化層的形成時間有關，表明風化產物在形成過程中出現了MR的碳酸鹽，因水的淋濾作用而流失，造成風化產物多孔。表面淀積覆蓋層具有以下特征：
（1）具有清晰可辨的疊層構造，這種疊層構造由淺色紋層帶和暗色紋層帶相間疊置重復而顯現。
（2）淺色紋層帶一般較寬，主要為微晶細晶狀的方解石（文石）集合體，部分帶內可觀察到垂直于層帶面生長的方解石晶體，帶內雜質較少，相對較致密。
（3）暗色紋層帶的礦物成分除了隱晶或混晶方解石以外，還有較豐富的有機質以及其他雜質，微晶狀方解石僅以膠結物形式出現，暗色紋層帶中多孔，形態復雜多樣，導致淀積覆蓋物疏松。在暗色紋層帶中可見到石英、長石等礦物細碎屑物。
綜上所述，引起花山巖畫化學風化的主要原因是降水通過山頂落水洞及裂隙滲入巖體內部后，由于巖體巖石具有一定的可溶性，降水對巖石進行溶蝕作用，可溶物隨著水分沿巖石內部裂隙移動到巖體表面，水分蒸發后水中的可溶物在巖體或巖畫表面沉積，并隨時間長大，形成各種巖溶地質形態，長大速度受滲水量的影響。風化產物的形態則主要受滲水點形狀的影響，較大的點狀滲水點，形成鐘乳石；線狀滲水點，形成石簾；極小的滲水點則形成顆粒狀產物。由于巖畫山體巖石的化學成分較為單一，降水的碳酸化能夠加速化學風化作用。
四、花山巖畫的生物風化原因分析
對花山巖畫能夠產生風化作用的生物因素有四類，植物、地衣、苔蘚、微生物。
（一）生物的物理風化作用
生物的物理風化作用是指生物活動對巖石產生的機械破壞作用，可分為三類：生物生長過程中的根系對巖石的破壞（根辟作用）、微生物的生長鉆孔對巖畫的機械破壞，以及巖畫表面的生物俘獲。
“根辟”是花山巖畫風化中的常見類型，在巖石裂縫中的植物，隨著它的生長，其根部可撐裂巖石，擴大、加深巖石裂縫。
（二）生物的化學風化作用
生物的化學風化作用是指生物在生長過程中的新陳代謝、死亡后的遺體腐爛分解產物與巖石礦物發生化學反應，促使巖石的破壞。植物在生長過程中，通過分泌有機酸、碳酸等溶液，溶解并吸收礦物中的某些元素，例如P、K、Ca、Fe等作為營養，即把巖石礦物作為自己生長的營養源，這種作用可使巖石受到腐蝕性破壞。植物死后腐爛，可分解出有機酸和CO2等氣體，它們溶于水后形成酸對巖石進行腐蝕破壞。植物體在還原環境中，可形成黑色膠胨狀的含有鉀鹽、磷鹽、氮的化合物和各種碳水化合物的腐殖質，它可以促進礦物分解生成易溶于水的鹽類隨水流失，從而促進巖石的分解。微生物對巖石礦物的作用是非常強烈的，它對巖石產生的總分解能力遠遠超過所有動、植物具有的總分解能力。生物化學風化作用的結果，使巖石最終形成含有腐殖質的松散土壤。花山巖畫巖石表面的微生物鑒定結果表明，霉菌和苔蘚種類較為單一，且主要生長在化學風化產物之中，尚未發現對巖畫巖石和顏料構成直接危害。
曹建華等人通過標準溶蝕試片進行野外對比試驗，對廣西弄崗自然保護區（花山巖畫所在地）的森林巖溶區和裸露巖溶區的多種不同生物微環境中（空氣中、土壤中、積土溶盆、積水溶盆、積土溶溝、石生植物根系等），生物巖溶侵蝕特征進行了研究，結果表明：
（1）不同生物微環境導致石灰巖的溶蝕速度各異。在森林區內溶蝕速度變化幅度9.19-15.15mg/100d，在樹木覆蓋較稀疏的山頂，則為8.22-29.97mg/100d。
（2）裸露區雨季溶蝕速度2.60-76.90mg/100d，旱季0.51-45.22mg/100d。
（3）從空氣中一土壤表面一土壤下20厘米一土壤下50厘米，其石灰巖的溶蝕速度在森林區為1 0.27mg/100d一14.19mg/100d一64.38mg/100d一74.25mg/100d。
（4）森林區石灰巖溶蝕速度高于巖溶裸露區。弄崗森林區年降水量1350mm/a，與柳州裸露巖溶區的1400mm/a相當，而石灰巖溶蝕速度弄崗地區比柳州地區則高出2.44倍。
以上數據表明，與土壤接觸時，巖石的溶蝕速度顯著上升，因花山巖畫所依附的山體頂部存在許多落水洞及裂隙，植物比較茂盛，當植物的落葉和第四系松散堆積物落人落水洞和裂隙后，形成含腐殖質的土壤，雨水進入后，對巖石的溶蝕速度是非常高的。
（三）生物成因的淀積薄膜層
著生于巖畫巖石上的地衣、酸土蘚等生物，其本身就是一層淀積薄膜層，層狀風化產物的每一層中都含有S和Cl元素，表明在層狀風化形成過程中，存在著較為明顯的生物吸附。此外，那些充填在溶蝕坑內的和在表面呈斷續分布的薄膜與微生物作用也有一定的內在關系。當地衣死后，它的殘體為細菌所分解，殘體中的礦物質又可為別的地衣所用。巖石風化而成的碎屑，為地衣所阻留。碎屑和礦物質，地衣死后生成的腐殖質，以及細菌等日積月累就會在巖石表面形成一層土壤。
生物風化對巖石、礦物的破壞具有特殊性，物理風化作用使巖石中裂隙增多，并不斷擴大、加深巖石中的裂隙，使巖石由大塊崩解，表面積增大，為化學風化提供了條件，化學風化溶解了巖石中的易溶物質，水解、氧化后改變了巖石的物理及化學性質。物理風化作用一般只能使巖石破碎到一定程度（粒度在0.05-0.5毫米之間），化學風化進一步使巖石顆粒分解，最后形成膠體或溶液，是物理風化的延續。巖石在風化過程中，兩者往往同時進行，相互影響和相互促進。
形成于巖畫巖石表面的淀積層有物理成因、化學成因、生物成因。碳酸鹽淀積覆蓋層中眾多的孔洞則是生物光合作用、呼吸作用和生物體死亡分解產生的CO2等氣體遺留在沉積物中形成的，穿插紋層的長條狀孔洞則是絲狀藻類生物分解后的產物。生物風化與其他類型的風化聯合作用，同樣也會造成對巖畫的嚴重蝕損，因此不應忽視生物風化作用對巖畫的影響。
綜合研究花山巖畫巖石各種分析數據，巖石具有礦物組成單一、顆粒均勻、難溶等特點，從理論上說，巖畫巖石具有較強的抗風化能力。但因巖畫崖體露出地表后即遭受風化作用，巖石表面已形成風化殼層，這層風化殼具有一定的空隙，與原巖石的物理性質存在較大差異，同時巖畫崖體節理裂隙較為發育，因此易受到環境因素的影響而進一步風化。風化作用的結果是巖石附帶巖畫顏料一起剝離脫落。
五、花山巖畫顏料的變色、褪色與脫落
花山巖畫紅色顏料鐵紅和朱砂是通過植物樹液中的草酸或草酸鹽與石灰巖反應，形成一層含有水草酸鈣（CaC2O4H2O）的混合膠結物使它們聯結在一起的。顏料的穩定性是決定花山巖畫能否長期保存的關鍵因素之一，對于古代繪畫顏料，變色與褪色是常見的兩種病害，影響巖畫顏料穩定性的主要環境因素是光輻射、高濕度、空氣污染物中的酸性氣體。由于過去花山巖畫保存地區的污染物（SO2、NO2、NOx）濃度較低，酸性氣體引起鐵紅和朱砂變色的可能性較小。
有關鐵紅和朱砂在各種環境因素作用下的穩定性，李最雄的研究確認鐵紅是非常穩定的顏料，在高濕度（RH=90%）或干燥（RH=0%-48%）條件下，15000lux熒光照射96天后，其分光光度圖譜沒有變化。天然的鐵紅顏料中往往混有一定的黏土，稱為紅土、土紅。實驗表明，鐵紅具有很強的耐光、耐潮濕、耐酸性氣體及堿類性能。
朱砂在高濕度環境及光照條件下會變成黑色的HgS。由花山巖畫保存環境統計分析數據可知，高濕度和日照這兩個條件是同時存在的，但花山巖畫紅色顏料中的朱砂并未發生變色。李最雄的研究表明，當涂敷在堿性底層上時，朱砂不易變色；蘇伯民的研究表明，當把朱砂與其他紅色顏料（鐵紅、鉛丹）混合后使用，朱砂不易變色。由花山巖畫的制作材料及工藝可知，巖畫顏料中朱砂與鐵紅混在一起使用，同時顏料下面的草酸鈣具有微堿性。因此，盡管巖畫保存在高濕度和日照環境下，其紅色顏料朱砂并未發生變色。但在現場訪問時，被訪者都認為：“花山巖畫畫面顏色明顯變淡，沒有以前鮮艷”。花山巖畫顏料中的鐵紅和朱砂對光和高濕度環境是穩定的，但長期的日光照射，可能導致顏料中的有機膠結材料發生老化而失去粘結性能，使部分紅色顏料顆粒呈粉末掉落，致使顏料層色彩飽和度降低，視覺反應巖畫顏色變淡。如果這一過程持續進行，最終會使顏料層脫落。
當把鐵紅和朱砂顏料混入植物樹液涂敷在巖畫立壁上后，樹液中分泌出的草酸與巖畫巖石反應形成草酸鈣，其余的作為顏料的膠結材料而覆蓋在草酸鈣層上，形成巖畫畫面。由花山巖畫保存環境統計分析數據可知，雖然其日照時間比北方短，但巖畫畫面在每天12點以后都受日光直射。因此，盡管巖畫顏料非常穩定，但在日光的這種長期作用下，顏料中的有機材料必定發生光老化反應，從而失去粘結性能，使巖畫顏料顆粒脫落，導致畫面色彩褪色。
六、花山巖畫病害治理對策與建議
空氣環境因素的溫濕度變化、日照、降水和蒸發可以控制風化的類型和風化速度，在不同的地區風化作用的類型和特點明顯不同。高山及干旱的沙漠地區，以物理風化作用為主，化學風化作用微弱；溫濕地區，各種風化作用都存在，但以化學風化和生物風化作用為主，巖石受風化后分解比較徹底。花山巖畫保存環境特征是高溫高濕、雨量充沛，因此巖畫巖石風化具有高溫高濕環境風化的所有特征。花山巖畫石灰巖巖石的風化類型復雜多樣，有化學風化，物理風化，生物風化。屬于物理風化的現象主要是顯微裂隙，裂隙的存在和發展改變了主巖的力學性能，造成巖石沿裂隙成塊成片剝落，使巖畫受到嚴重破壞，物理風化作用還與其他風化作用聯合在巖石表面生成粘土質淀積薄膜層遮蓋巖畫。化學風化作用不僅在巖石表面造成各種類型的溶蝕坑、溶蝕穴，而且水的作用在巖石表面形成各種碳酸鹽淀積覆蓋層，如顆粒狀產物、石簾、鐘乳石等，對巖畫造成損壞；微生物在巖石表面及其向巖石內部的生長作用都會影響到巖石的表面和內部結構，那些封閉于巖石表層內的溶蝕穴及伸展于巖石內的鉆孔就是地衣、藻類等生物對巖石表面風化作用的結果，碳酸鹽淀積覆蓋層中眾多的孔洞是生物光合作用、呼吸作用和生物體死亡分解產生的CO2等氣體遺留在沉積物中形成的，穿插紋層的長條狀孔洞則是絲狀藻類生物分解后的產物。生物風化作用與其他類型的風化作用聯合作用于巖畫巖石，會對巖畫巖石造成嚴重破壞。
引起巖畫發生病害的原因既與巖畫巖石的性質有關，又與巖畫保存地點的自然環境有關，是多種自然環境因素與巖畫巖石長期共同作用的結果。巖畫病害表現形式也多種多樣，有巖石塊體崩落、物理風化、化學風化、生物風化，它們同時存在，互為因果，相互促進。由于花山巖畫所處特殊的地質地貌和自然環境，治理花山巖畫風化病害的難度大，要達到目的，應采取區別對待、綜合治理的方法。首先制訂巖畫保護規劃，對花山巖畫的病害進行分期治理，分為前期研究、搶救性保護、長期治理三個階段完成。
（1）花山巖畫風化病害較為復雜，有物理風化、化學風化、生物風化。發生物理風化的主要原因是日照、高濕度環境下水分的凝結與蒸發；化學風化的主要原因是大氣降水通過山頂落水洞及裂隙滲入巖體內部后，對巖石進行溶蝕。
（2）花山巖畫的基礎支撐體為含生物碎屑的沉積石灰巖，巖畫是將赤鐵礦粉碎研磨后（有時人為加入朱砂）摻入植物性膠結材料（植物樹液）中繪畫的。巖畫做成后，植物樹液在老化過程中產生的草酸與巖石發生反應，在紅色顏料層與巖石之間形成了一層水草酸鈣。
（3）巖畫巖石片狀剝離病害的治理屬于搶救性保護的工作，應盡快研究制定花山巖畫搶救性保護方案。應用丙烯酸改性環氧樹脂粘合劑可以有效治理巖畫片狀剝離病害。防水與治水是花山巖畫能否長久保存的關鍵，也屬于搶救性保護修復工作，建議盡快設計巖畫山體防水治水方案。生物風化短時間內不會對巖畫構成直接危害，不是目前保護巖畫所要解決的首要問題。
（4）花山保存環境具有高溫高濕多雨的特點，環境質量逐漸惡化，建議寧明縣政府調整產業結構，改進糖廠生產工藝，搬遷或限制水泥廠的發展，實施清潔生產。此外，建議盡快建立長期觀察監測系統，包括巖畫保存小氣候環境、巖畫立壁表層巖石溫度變化規律、環境質量、雨水、滲出水及河水的動態監測等內容。
