宁明花山岩画病害原因研究
2016-11-19郭宏
郭宏
摘要：宁明花山岩画病害受环境因素的作用明显，风化类型复杂多样，有化学风化、物理风化和生物风化。物理风化的主要原因是日光直接照射岩画立壁、高湿度环境下水分的凝结与蒸发等。化学风化作用的结果是溶蚀产物在岩画表面富集形成各种岩溶形态，其中水在化学风化中起着重要的作用。对花山岩画能够产生风化作用的生物因素有高等植物、地衣、苔藓、微生物四类，但生物风化短时间内不会对岩画构成直接危害，不是目前保护岩画所要解决的首要问题。由于花山岩画所处特殊的地质地貌和自然环境，治理花山岩画风化病害的难度大，应采取区别对待、综合治理的方法。
关键词：宁明花山岩画；岩画风化；岩画病害治理
一、前言
左江是广西壮族自治区西南部的一条河流，沿江流域是广西著名的峰林——槽谷岩溶地区之一，在沿岸及其附近峰林石山的断崖峭壁上，保存着许多古代骆越人的珍贵文化遗产——岩画。已发现的岩画地点有80余处，其中以宁明县耀达花山和龙州县锦江花山的岩画规模最大、图像最多、场面最为壮观，是左江流域岩画的代表。宁明花山位于宁明县耀达乡，距县城25公里。临江西壁断裂峭壁布满岩画，画面距江面最高处约90米，最低处约30米（距地面10米），画面宽约170米、画面面积约8000平方米。除风化剥落和漫漶不清者外，在峭壁上分布着约1900多个大小不等的赭红色人物、动物、道路，以及铜鼓、刀、剑、钟、船等器械图形。人像高度一般约在60-150厘米之间，最大的高约3米。
花山岩画的基础支撑体为含生物碎屑的沉积石灰岩，岩画是将赤铁矿粉碎研磨后（有时加入朱砂）掺入植物性胶结材料（植物树液）中绘画的。岩画做成后，植物树液在老化过程中产生的草酸与岩石发生反应，在红色颜料层与岩石之间形成了水草酸钙。花山岩画风化病害较为复杂，有物理风化、化学风化、生物风化等。其主要原因是大气降水通过山顶落水洞及裂隙渗入岩体内部后，对岩石进行溶蚀，导致岩画剥离脱落，矿物沉积覆盖。为了有效治理花山岩画风化病害，须对岩画病害原因进行研究。
二、花山岩画的物理风化病害原因分析
（一）岩画岩石的温差风化
由温度变化产生热胀冷缩效应直接使岩石崩解破碎的作用，称为温差风化。温差风化的强弱主要决定于温度变化的速度和幅度，昼夜温度变化的幅度越大，温差风化越强烈。宁明县全年平均温度主要集中在25-30℃的范围内，其次为15-20℃的范围内，没有高于35℃或低于5℃天气，在5-10℃或30-35℃范围内出现的频率也很小。岩画保存地点的昼夜温差仅每年12月中旬到来年1月中旬较大（大于15℃），其他月份温差都较小（接近或低于10℃）。
温差风化的强弱还决定于岩石的性质，即矿物成分和岩石结构等。如果岩石是由不同矿物组成的，因各种矿物的体积膨胀系数不同，在温度变化影响下，其体积的膨胀、收缩存在差异，在它们的接触面上将产生应力，从而破坏它们之间的结合能力，这样岩石便可发生纵横交错的裂缝。有些裂隙平行岩石表面，形成层状剥离现象；有些裂隙垂直于岩石表面，裂缝逐渐加大加深，岩石由表及里地不断崩解或破碎成碎块。花山岩画岩石的化学成分以方解石为主，矿物组成上的差异而引起物理风化的可能性较小。由于所处环境全年最低温度都在0℃以上，岩画岩石也不存在冰冻风化问题。
（二）日照引起的物理风化
岩石白天接受阳光辐射使表面受热膨胀，热量由岩石表面向内部缓慢传递，岩石内外在白天接受太阳辐射热膨胀的体积、速度不同，在岩石内部产生应力。到夜间，岩石表面开始散热，体积发生收缩，但内部因日间持续传来的热，体积发生膨胀。这样，岩石表面与内部的体积膨胀和收缩的步调便不一致。如果此过程持续进行，岩石的表层便在膨胀、收缩时产生的应力作用下发生裂隙。
花山岩画岩石混晶生物碎屑灰岩的导热系数为0.605～0.780 w/m.K、风化剥落灰岩薄片的导热系数为0.893w/m.K，均小于0.9w/m.K（石灰岩的导热系数常见值为1.67～2.68w/m.K），因此花山岩画立壁岩石的热传导性能很差。经现场观察，一般在中午12点以后，阳光可直接照射到花山岩画立壁上。岩画立壁白天受到阳光照射，由岩石表面向内部传递热量；夜晚则由岩石内部向表面传递热量。在传递热量的过程中，岩石因受热或放热而膨胀或收缩，由于岩石的导热性能很差，这种因日照而产生的热量传递仅限于立壁岩石表面较薄的部分，这部分岩石因周而复始的膨胀收缩，先是在岩石内部产生与表面近似平行的裂隙，然后裂隙不断加大，最终呈片状与主岩分离剥落。
（三）高湿度环境下水分的凝结与蒸发导致的物理风化
宁明县平均相对湿度主要集中在70%-90%的范围内，高于90%的范围占有相当高的比例，不出现低于50%的天气，在50%-60%范围内的天气出现频率也很少。由此可知，该区域是典型的高湿度地区，为岩石表面水的凝结创造了有利条件。岩画立壁岩石的孔隙率在2.87%-3.00%之间，饱和吸水率在0.15%-0.20%之间，持水量为0.56%。这些数据表明，岩画崖体是由具有微孔隙、低渗透性的岩石所组成，尽管孔隙微小，却足以使气态水分子自由通过。当岩画立壁白天受阳光照射后，岩石内部温度比表面低，孔隙内部饱和水汽压比外界还低，根据水汽凝结总是最先出现在最低温度界面附近的原则，水汽凝结首先从岩石外界沟通的孔隙网络中温度最低处开始，逐渐向外扩展。在外界饱和水汽源源不断供给条件下，孔隙会逐渐被凝结水充满。由于岩画保存环境的相对湿度很高，意味着凝结水不仅可在立壁岩石表面形成，而且可通过孔隙在岩石内部形成，形成深度受控于孔隙网络发育尺度、与外界联系的通畅性以及温度分布等因素，孔隙中凝结水形成时间可早于岩石表面的凝结水。因此，凝结水在花山岩画岩石风化中的作用不可忽视，尤其是通过孔隙网络进入岩石内部的凝结水所引起的风化更具破坏作用。
此外，当空气相对湿度增大时，水汽压增高，岩石表面附近空气温度较低，水汽极易达到饱和，岩石表面的饱和水汽压低于周围空气中的饱和水汽压，于是水汽以附着在岩石表面或空气中的微粒（粉尘、花粉孢子、SO2等）作为凝结核进行凝结，形成凝结水附着在岩石表面。将空气污染物等有害物质带入，从而为化学风化创造了条件或加速了化学风化。
（四）层裂
层裂是指形成于地下深处的岩石，因有上覆岩石的重量而承受着较大的压力，当上覆岩石被剥蚀而出露地面时，解除了原来的压力，这时体积发生膨胀，从而导致岩石产生平行于地表的裂隙，形成层裂，发生机械破碎，因此层裂实质上是卸荷裂隙的一种表现形式。由于岩画山体是沉积石灰岩，层理极其发育，层裂一般出现在岩画山体的顶部，而岩画主要集中在立壁的中下部区域，因此层裂不会对岩画构成直接危害。
（五）物理成因淀积覆盖层
物理成因的表面淀积覆盖层主要是由于风的搬运沉积作用而形成的淀积覆盖层。岩画位于明江岸边，岸上有大量明江江水沉积的粉沙等黏土矿物，加之高湿度环境和凝结水使岩石表面潮湿，黏附能力较强，当风将粉沙吹起进入空气中后，便极有可能被岩画岩石表面吸附而形成风化覆盖层。
由风化产物的XRF、EPMA，点分析、SEM-EDX分析结果可知，在风化产物中存在含量不等的Na、K、Mg、Al、Si、P等元素，而且其含量变动范围较大，这些与岩画岩石成分相差较大元素的存在表明，风化产物中除了原始主岩成分以外，还有外来矿物成分加入，即岩画岩石表面的风化产物与物理吸附作用有关。依据偏光显微镜分析结果，由物理吸附所形成的薄膜层的特点是：
（1）覆盖层厚度较小，一般在0.06-0.1毫米。
（2）矿物成分以含有一定量长石、石英以及云母等细碎屑黏土矿物为特征，碎屑物颗粒粒径一般0.03-0.06毫米，颗粒形态多为棱角状、次棱角状和次圆状，胶结物多为泥质和钙质碳酸盐。
（3）有些矿物细碎屑物充填于化学成因的淀积薄膜层内，淀积薄膜层中的石英、长石等碎形屑物经风作用沉积到岩石表面，而后经碳酸盐胶结覆盖在岩石表面。
综上所述，引起岩画发生物理风化的原因是多方面的，有保存环境中的高湿度、风、日照、温差以及凝结水，不存在冰冻风化问题。其中温差风化的作用较为缓慢，只有长时间的作用，其结果才能显现出来；而日照引起的岩画岩石表层热胀冷缩、岩石表面风化层中水分的凝结与蒸发引起的物理风化较为剧烈；岩画鳞片状起甲剥落则是由日照导致的岩石最表层凝结水蒸发引起的。因此致使岩画发生物理风化的最主要因素是日照和高湿度环境。此外，高湿度环境也是形成淀积薄膜层所必须的条件，而表层岩石的湿胀干缩和盐的吸湿溶胀及干燥收缩等都与环境相对湿度有关。
三、花山岩画的化学风化原因分析
化学风化作用的方式有溶解、水化、水解、碳酸化作用、氧化作用等。由岩画保存环境分析结果可知，其环境特征是高温高湿多雨。因此以化学风化为主的岩石风化较为强烈。
（一）溶解与溶蚀作用
在岩石与水接触时，溶解作用一般是岩石受到化学风化的第一步。由于水是极性溶剂，能与极性型和离子型的分子相互吸引，而大部分造岩矿物都是离子键化合物，所以大部分矿物都能溶于水，发生溶解作用。
由花山岩画立壁岩石的XRD分析结果可知，其主要成分是方解石，它的溶解与溶蚀过程受水中H+浓度及温度、杂质、水动力、生物等因素的影响，导致石灰岩溶解或沉积。其中CO2是最主要的因素，其分压、环境温度、湿度、杂质、水动力、生物作用等因素的影响都将反映在溶液中CO2含量的变化上。在CO2-H2O系统中方解石溶解或沉积速率受三个过程的控制：
开放系统中环境CO2分压为30Pa时，温度从10℃升高到20℃时，方解石的沉积速率显著增加，同时方解石沉积速率随水中钙浓度的增加呈线性增加。由于温暖气候带的生物活动性较强，造成土壤中CO2的浓度高，对碳酸盐岩的侵蚀大大增加了沉积前水中钙的浓度，加速了方解石的沉积。不同环境CO2分压下过饱和溶液中方解石的沉积速率随水中钙浓度增加呈近似线性增加。另一方面，方解石沉积速率随环境CO2分压的增加而减少，说明环境CO2分压越高，越不利于方解石的沉积。
此外，方解石的沉积速度与水流有很大关系，流速越快，越有利于方解石的沉积。当水流较大时，水中存在许多气泡，增加了水气界面的面积，导致沉积速度加快。不论是低压气泡、渗气气泡，还是射流水沫，都是高速水流动产物，它们直接促进CaCO3的沉积。同时，水的流速对CaCO3的沉积速率有明显的控制作用，快速流动水体中的方解石沉积速率是慢速流动水体中的2-5倍。
由以上分析可知，当水进入岩画所依附的石灰岩山体后，首先将岩体缓缓溶解，一方面导致岩体内裂隙张开度不断增大；另一方面，含有溶解了岩体成分的水沿裂隙向岩画表层运动（水的搬运作用）。由于花山岩画保存地点的湿热气候、植被茂盛导致环境中CO2分压较低，这些因素有利于溶解于水中的CaCO3沉积，从而在岩画上形成各种风化溶蚀产物。
不同的风化产物，其形成的主要原因是出水量不同而已，对应于大的出水地点，因水流速较高，在水中产生许多气泡，有利于方解石的沉积，形成的是钟乳石；对应于线状渗水处，为钟乳石石帘（出水量较大、出水点细长）；而颗粒状风化产物的形成主要是极细小缓慢移动的毛细渗水所形成。
花山岩画崖体岩石的比溶蚀度和比溶解度分别是1.16-1.17和1.07-1.09，即岩画岩石具有一定的溶解性。这种可溶性岩石在渗透水流的作用下，产生溶蚀作用使岩画及其围岩产生溶洞、溶孔、溶槽等岩溶形态，破坏岩画岩石稳定性。岩画立壁上的各种岩溶风化产物（钟乳石和石帘、薄膜状产物、颗粒状产物、层状产物）都是以Ca为主要成分的。水对花山岩画立壁的溶蚀作用过程首先是对岩石发生溶解作用，使CaCO3转变为Ca（HCQ3）2然后水中的Ca（HCO3），随着水的运动，向岩画立壁移动，并在立壁渗水点附近沉积，在大气CO2作用下，再转变为CaCO3，从而在岩画立壁上形成各种形态岩溶产物腐蚀、遮盖岩画。一般情况下，这种溶蚀作用总是从地表水的溶蚀作用开始的，由于地表水沿着岩石的孔隙或裂隙向地下渗透转变为地下水，在渗透过程中就可对岩石进行不断的溶蚀，使岩石受到破坏，正因为如此，地下水中所含的成分比较复杂，因而具有较强的溶蚀作用。
在开放系统中，由于地下水与大气之间有着充分联系，因此当CaCO3溶解或沉积破坏了水中CO2和大气CO2之间的平衡关系时，CO2要在大气与地下水之间重新进行调整，以达到新的平衡。一般情况下，开放系统中CaCO3的溶解总伴随着相同摩尔量CO2的溶解，而CaCO3的沉积则伴随着相同摩尔量的CO2从地下水中逸出。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的沉积，使地下水的pH值下降，CO32+、HCO？3、Ca2+的含量则有不同程度的降低。水质分析结果表明，泉水和钟乳石渗出水具有很高的Ca2+和HCO3离子浓度，类型为HCO3-Ca型，说明花山地区的地下水属于石灰岩溶解起源。随着地下水自出水点和泉口出露，由于水中CO2的分压远高于大气中的CO2分压，水中CO2，大量释放于大气，结果水的pH值升高。
（二）水化作用
某些矿物与水作用时，形成新的矿物，称为水化作用。矿物水化后其主要特点是体积膨胀，形成的新矿物，其硬度一般较原矿物低，减弱了岩石抵抗风化的能力，导致物理风化作用的进行。此外，某些矿物进行水化作用时，随着外界空气温湿度的变化而频繁失水、吸水，随之而产生的结果是矿物体积频繁收缩、膨胀，最后导致岩石酥松瓦解。
花山岩画岩石风化产物中，除疏松多孔的钟乳石外，其余的都含有3MgCO3Mg（OH）2H2O，它实质匕是岩画岩石中的Mg质碳酸盐被科溶解后移动到岩画立壁表面沉积，进—步水化而形成的。钟乳石中未检测出3MgCO3Mg（OH）2H2O，是由于其形成时间较早，3MgCO3Mg（OH）2H2O在雨水的淋虑作用下随水流失所致。
（三）碳酸化作用
地下水中CO2含量的多少，不仅直接影响其物理化学性质，在岩溶地区还从根本上影响到溶蚀能力的强弱，进而影响着岩溶的发育和演化。地下水中的CO2主要来源于大气溶解、土壤中及水中有机物分解和生物呼吸、深部热源造成碳酸盐岩或矿物变质、直接由岩浆分泌、水中的酸对碳酸盐矿物的溶解、热水中暂时硬度下降等。
花山岩画崖体地下水中的CO2主要来源于大气溶解、土壤中及水中有机物分解和生物呼吸。来源于大气的地下水中CO2含量主要受大气中CO2分压、温度和水的pH值控制。在温度一定时，水中CO2含量随空气中CO2的分压升高而增多，随着温度的降低，水中CO2的溶解度增大，由于受水中碳酸平衡作用的影响，在温度、压力不变时，随着pH值的降低，水中CO2的含量增大。
大气降水和地表水渗入地下的过程中，除溶解了一些大气中CO2外，常含有大量有机质和微生物。有机质是强还原剂，在微生物作用下可产生氧化还原分解反应而产生CO2。水中生物的呼吸作用也可产生CO2，水中微生物除了对有机物的分解起催化作用外，其自身生长繁殖需要水中存在的各种形式的碳为碳源，在其代谢过程中放出一定量的CO2。
土壤中含有更多的有机物和各种植物以及微生物有机体，被氧化分解或有机体呼吸均可产生大量CO2。包气带土壤中CO2含量比大气中CO2含量高10-300倍。研究表明广西地区秋季土壤中CO2含量最大，冬季最小；土壤深度为1-1.2米时含量最大。因此，正常地下水中一般都溶解有一定量的CO2。
（四）化学成因的淀积薄膜层
化学成因的表面淀积覆盖层主要是岩画崖体石灰岩在水的长期侵蚀溶解后流经岩体表面沉积形成的，其形成不仅与季节、气候，以及岩层内水的来源和丰富程度密切相关，而且岩石表面微生物的多少也影响着淀积覆盖层的形成，层状风化产物的各层的化学成分以Ca和Mg为主，但其含量变动较大，这与风化层的形成时间有关，表明风化产物在形成过程中出现了MR的碳酸盐，因水的淋滤作用而流失，造成风化产物多孔。表面淀积覆盖层具有以下特征：
（1）具有清晰可辨的叠层构造，这种叠层构造由浅色纹层带和暗色纹层带相间叠置重复而显现。
（2）浅色纹层带一般较宽，主要为微晶细晶状的方解石（文石）集合体，部分带内可观察到垂直于层带面生长的方解石晶体，带内杂质较少，相对较致密。
（3）暗色纹层带的矿物成分除了隐晶或混晶方解石以外，还有较丰富的有机质以及其他杂质，微晶状方解石仅以胶结物形式出现，暗色纹层带中多孔，形态复杂多样，导致淀积覆盖物疏松。在暗色纹层带中可见到石英、长石等矿物细碎屑物。
综上所述，引起花山岩画化学风化的主要原因是降水通过山顶落水洞及裂隙渗入岩体内部后，由于岩体岩石具有一定的可溶性，降水对岩石进行溶蚀作用，可溶物随着水分沿岩石内部裂隙移动到岩体表面，水分蒸发后水中的可溶物在岩体或岩画表面沉积，并随时间长大，形成各种岩溶地质形态，长大速度受渗水量的影响。风化产物的形态则主要受渗水点形状的影响，较大的点状渗水点，形成钟乳石；线状渗水点，形成石帘；极小的渗水点则形成颗粒状产物。由于岩画山体岩石的化学成分较为单一，降水的碳酸化能够加速化学风化作用。
四、花山岩画的生物风化原因分析
对花山岩画能够产生风化作用的生物因素有四类，植物、地衣、苔藓、微生物。
（一）生物的物理风化作用
生物的物理风化作用是指生物活动对岩石产生的机械破坏作用，可分为三类：生物生长过程中的根系对岩石的破坏（根辟作用）、微生物的生长钻孔对岩画的机械破坏，以及岩画表面的生物俘获。
“根辟”是花山岩画风化中的常见类型，在岩石裂缝中的植物，随着它的生长，其根部可撑裂岩石，扩大、加深岩石裂缝。
（二）生物的化学风化作用
生物的化学风化作用是指生物在生长过程中的新陈代谢、死亡后的遗体腐烂分解产物与岩石矿物发生化学反应，促使岩石的破坏。植物在生长过程中，通过分泌有机酸、碳酸等溶液，溶解并吸收矿物中的某些元素，例如P、K、Ca、Fe等作为营养，即把岩石矿物作为自己生长的营养源，这种作用可使岩石受到腐蚀性破坏。植物死后腐烂，可分解出有机酸和CO2等气体，它们溶于水后形成酸对岩石进行腐蚀破坏。植物体在还原环境中，可形成黑色胶胨状的含有钾盐、磷盐、氮的化合物和各种碳水化合物的腐殖质，它可以促进矿物分解生成易溶于水的盐类随水流失，从而促进岩石的分解。微生物对岩石矿物的作用是非常强烈的，它对岩石产生的总分解能力远远超过所有动、植物具有的总分解能力。生物化学风化作用的结果，使岩石最终形成含有腐殖质的松散土壤。花山岩画岩石表面的微生物鉴定结果表明，霉菌和苔藓种类较为单一，且主要生长在化学风化产物之中，尚未发现对岩画岩石和颜料构成直接危害。
曹建华等人通过标准溶蚀试片进行野外对比试验，对广西弄岗自然保护区（花山岩画所在地）的森林岩溶区和裸露岩溶区的多种不同生物微环境中（空气中、土壤中、积土溶盆、积水溶盆、积土溶沟、石生植物根系等），生物岩溶侵蚀特征进行了研究，结果表明：
（1）不同生物微环境导致石灰岩的溶蚀速度各异。在森林区内溶蚀速度变化幅度9.19-15.15mg/100d，在树木覆盖较稀疏的山顶，则为8.22-29.97mg/100d。
（2）裸露区雨季溶蚀速度2.60-76.90mg/100d，旱季0.51-45.22mg/100d。
（3）从空气中一土壤表面一土壤下20厘米一土壤下50厘米，其石灰岩的溶蚀速度在森林区为1 0.27mg/100d一14.19mg/100d一64.38mg/100d一74.25mg/100d。
（4）森林区石灰岩溶蚀速度高于岩溶裸露区。弄岗森林区年降水量1350mm/a，与柳州裸露岩溶区的1400mm/a相当，而石灰岩溶蚀速度弄岗地区比柳州地区则高出2.44倍。
以上数据表明，与土壤接触时，岩石的溶蚀速度显著上升，因花山岩画所依附的山体顶部存在许多落水洞及裂隙，植物比较茂盛，当植物的落叶和第四系松散堆积物落人落水洞和裂隙后，形成含腐殖质的土壤，雨水进入后，对岩石的溶蚀速度是非常高的。
（三）生物成因的淀积薄膜层
着生于岩画岩石上的地衣、酸土藓等生物，其本身就是一层淀积薄膜层，层状风化产物的每一层中都含有S和Cl元素，表明在层状风化形成过程中，存在着较为明显的生物吸附。此外，那些充填在溶蚀坑内的和在表面呈断续分布的薄膜与微生物作用也有一定的内在关系。当地衣死后，它的残体为细菌所分解，残体中的矿物质又可为别的地衣所用。岩石风化而成的碎屑，为地衣所阻留。碎屑和矿物质，地衣死后生成的腐殖质，以及细菌等日积月累就会在岩石表面形成一层土壤。
生物风化对岩石、矿物的破坏具有特殊性，物理风化作用使岩石中裂隙增多，并不断扩大、加深岩石中的裂隙，使岩石由大块崩解，表面积增大，为化学风化提供了条件，化学风化溶解了岩石中的易溶物质，水解、氧化后改变了岩石的物理及化学性质。物理风化作用一般只能使岩石破碎到一定程度（粒度在0.05-0.5毫米之间），化学风化进一步使岩石颗粒分解，最后形成胶体或溶液，是物理风化的延续。岩石在风化过程中，两者往往同时进行，相互影响和相互促进。
形成于岩画岩石表面的淀积层有物理成因、化学成因、生物成因。碳酸盐淀积覆盖层中众多的孔洞则是生物光合作用、呼吸作用和生物体死亡分解产生的CO2等气体遗留在沉积物中形成的，穿插纹层的长条状孔洞则是丝状藻类生物分解后的产物。生物风化与其他类型的风化联合作用，同样也会造成对岩画的严重蚀损，因此不应忽视生物风化作用对岩画的影响。
综合研究花山岩画岩石各种分析数据，岩石具有矿物组成单一、颗粒均匀、难溶等特点，从理论上说，岩画岩石具有较强的抗风化能力。但因岩画崖体露出地表后即遭受风化作用，岩石表面已形成风化壳层，这层风化壳具有一定的空隙，与原岩石的物理性质存在较大差异，同时岩画崖体节理裂隙较为发育，因此易受到环境因素的影响而进一步风化。风化作用的结果是岩石附带岩画颜料一起剥离脱落。
五、花山岩画颜料的变色、褪色与脱落
花山岩画红色颜料铁红和朱砂是通过植物树液中的草酸或草酸盐与石灰岩反应，形成一层含有水草酸钙（CaC2O4H2O）的混合胶结物使它们联结在一起的。颜料的稳定性是决定花山岩画能否长期保存的关键因素之一，对于古代绘画颜料，变色与褪色是常见的两种病害，影响岩画颜料稳定性的主要环境因素是光辐射、高湿度、空气污染物中的酸性气体。由于过去花山岩画保存地区的污染物（SO2、NO2、NOx）浓度较低，酸性气体引起铁红和朱砂变色的可能性较小。
有关铁红和朱砂在各种环境因素作用下的稳定性，李最雄的研究确认铁红是非常稳定的颜料，在高湿度（RH=90%）或干燥（RH=0%-48%）条件下，15000lux荧光照射96天后，其分光光度图谱没有变化。天然的铁红颜料中往往混有一定的黏土，称为红土、土红。实验表明，铁红具有很强的耐光、耐潮湿、耐酸性气体及碱类性能。
朱砂在高湿度环境及光照条件下会变成黑色的HgS。由花山岩画保存环境统计分析数据可知，高湿度和日照这两个条件是同时存在的，但花山岩画红色颜料中的朱砂并未发生变色。李最雄的研究表明，当涂敷在碱性底层上时，朱砂不易变色；苏伯民的研究表明，当把朱砂与其他红色颜料（铁红、铅丹）混合后使用，朱砂不易变色。由花山岩画的制作材料及工艺可知，岩画颜料中朱砂与铁红混在一起使用，同时颜料下面的草酸钙具有微碱性。因此，尽管岩画保存在高湿度和日照环境下，其红色颜料朱砂并未发生变色。但在现场访问时，被访者都认为：“花山岩画画面颜色明显变淡，没有以前鲜艳”。花山岩画颜料中的铁红和朱砂对光和高湿度环境是稳定的，但长期的日光照射，可能导致颜料中的有机胶结材料发生老化而失去粘结性能，使部分红色颜料颗粒呈粉末掉落，致使颜料层色彩饱和度降低，视觉反应岩画颜色变淡。如果这一过程持续进行，最终会使颜料层脱落。
当把铁红和朱砂颜料混入植物树液涂敷在岩画立壁上后，树液中分泌出的草酸与岩画岩石反应形成草酸钙，其余的作为颜料的胶结材料而覆盖在草酸钙层上，形成岩画画面。由花山岩画保存环境统计分析数据可知，虽然其日照时间比北方短，但岩画画面在每天12点以后都受日光直射。因此，尽管岩画颜料非常稳定，但在日光的这种长期作用下，颜料中的有机材料必定发生光老化反应，从而失去粘结性能，使岩画颜料颗粒脱落，导致画面色彩褪色。
六、花山岩画病害治理对策与建议
空气环境因素的温湿度变化、日照、降水和蒸发可以控制风化的类型和风化速度，在不同的地区风化作用的类型和特点明显不同。高山及干旱的沙漠地区，以物理风化作用为主，化学风化作用微弱；温湿地区，各种风化作用都存在，但以化学风化和生物风化作用为主，岩石受风化后分解比较彻底。花山岩画保存环境特征是高温高湿、雨量充沛，因此岩画岩石风化具有高温高湿环境风化的所有特征。花山岩画石灰岩岩石的风化类型复杂多样，有化学风化，物理风化，生物风化。属于物理风化的现象主要是显微裂隙，裂隙的存在和发展改变了主岩的力学性能，造成岩石沿裂隙成块成片剥落，使岩画受到严重破坏，物理风化作用还与其他风化作用联合在岩石表面生成粘土质淀积薄膜层遮盖岩画。化学风化作用不仅在岩石表面造成各种类型的溶蚀坑、溶蚀穴，而且水的作用在岩石表面形成各种碳酸盐淀积覆盖层，如颗粒状产物、石帘、钟乳石等，对岩画造成损坏；微生物在岩石表面及其向岩石内部的生长作用都会影响到岩石的表面和内部结构，那些封闭于岩石表层内的溶蚀穴及伸展于岩石内的钻孔就是地衣、藻类等生物对岩石表面风化作用的结果，碳酸盐淀积覆盖层中众多的孔洞是生物光合作用、呼吸作用和生物体死亡分解产生的CO2等气体遗留在沉积物中形成的，穿插纹层的长条状孔洞则是丝状藻类生物分解后的产物。生物风化作用与其他类型的风化作用联合作用于岩画岩石，会对岩画岩石造成严重破坏。
引起岩画发生病害的原因既与岩画岩石的性质有关，又与岩画保存地点的自然环境有关，是多种自然环境因素与岩画岩石长期共同作用的结果。岩画病害表现形式也多种多样，有岩石块体崩落、物理风化、化学风化、生物风化，它们同时存在，互为因果，相互促进。由于花山岩画所处特殊的地质地貌和自然环境，治理花山岩画风化病害的难度大，要达到目的，应采取区别对待、综合治理的方法。首先制订岩画保护规划，对花山岩画的病害进行分期治理，分为前期研究、抢救性保护、长期治理三个阶段完成。
（1）花山岩画风化病害较为复杂，有物理风化、化学风化、生物风化。发生物理风化的主要原因是日照、高湿度环境下水分的凝结与蒸发；化学风化的主要原因是大气降水通过山顶落水洞及裂隙渗入岩体内部后，对岩石进行溶蚀。
（2）花山岩画的基础支撑体为含生物碎屑的沉积石灰岩，岩画是将赤铁矿粉碎研磨后（有时人为加入朱砂）掺入植物性胶结材料（植物树液）中绘画的。岩画做成后，植物树液在老化过程中产生的草酸与岩石发生反应，在红色颜料层与岩石之间形成了一层水草酸钙。
（3）岩画岩石片状剥离病害的治理属于抢救性保护的工作，应尽快研究制定花山岩画抢救性保护方案。应用丙烯酸改性环氧树脂粘合剂可以有效治理岩画片状剥离病害。防水与治水是花山岩画能否长久保存的关键，也属于抢救性保护修复工作，建议尽快设计岩画山体防水治水方案。生物风化短时间内不会对岩画构成直接危害，不是目前保护岩画所要解决的首要问题。
（4）花山保存环境具有高温高湿多雨的特点，环境质量逐渐恶化，建议宁明县政府调整产业结构，改进糖厂生产工艺，搬迁或限制水泥厂的发展，实施清洁生产。此外，建议尽快建立长期观察监测系统，包括岩画保存小气候环境、岩画立壁表层岩石温度变化规律、环境质量、雨水、渗出水及河水的动态监测等内容。
