【科普】文化之光，化学点亮

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背景

莫高窟的壁画是中华民族宝库里璀璨的明珠，至今已经保存了1000余年。这些壁画融合了佛教、道教、儒家、汉籍和外来文化等多种思想和艺术元素，在东西方文化交流、融合、碰撞的历史进程中发挥着重要作用。因此，了解壁画颜料的成分和保护好这些文化遗产，让后人能够欣赏并继承它们的价值，具有极为重要的意义[1]。在这一过程中，化学可以提供有力支持。通过化学技术，我们可以深入研究壁画材料的成分和结构，探索最佳的保护方法和技术手段。例如，通过对颜料的分析，制定出适宜的环境条件和防护措施，来延缓或减少壁画衰败的速度。同时，化学还可以提供有效的修复技术，帮助修复坏损的壁画，回复其原来的艺术美感和历史价值。综上所述，化学在敦煌莫高窟文化遗产保护中具有重要作用。

图1. 敦煌莫高窟壁画（图源自于https://www.zcool.com.cn）

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寻找敦煌莫高窟的壁画颜料

通过现代分析技术如X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、拉曼光谱（Raman）、X射线荧光光谱（XRF）等被现代分析技术的介入，敦煌壁画颜料种类已基本确认，并发现部分颜料易变色[2]。

①无机颜料

敦煌壁画所使用的颜料大多数是天然矿物颜料和人工制作的无机颜料，关于这些颜料的成分已开展了多年的研究。以下是按照白、红、蓝、绿、黄、黑及其他颜色的顺序对敦煌壁画中无机颜料及其成分的总结。

白色颜料的化学成分如图2所示，白色颜料一般充当底色，也用于点缀人物面部的前额、下巴、鼻子等部位。早期直接在细泥层上作画，后来开始在细泥层上涂抹方解石、高岭土、滑石等材料作为底色层，使颜料易于着色并更能表现色彩。如图2所示，《王者荣耀》瑶的神鹿皮肤灵感来自莫高窟第257窟的《九色鹿王本生》壁画。皮肤以中性调和色为主，主要以白色为基调，简洁明了。通过斑斓的光感表现，使得九色鹿展现出仙气飘飘的形象。同时，绿松石色泽的运用形成了冷暖反差，增加了视觉效果，呈现出生机勃勃的感觉[3]。

图2. 白色颜料及主要化学成分（（图源自于中国知网[2]）

《王者荣耀》中瑶的人物设计（图源自于http://www.drawa.net）

红色颜料（如图3所示）在敦煌莫高窟壁画的色彩构成中非常常见，用于人物嘴唇、袈裟等许多位置。红色颜料主要包括朱砂、朱磦、银朱和红土等。硫化汞颜料易在长期光照下变暗，而红土颜料由于颗粒大小、形态和混杂物的不同，则其色彩鲜明度存在差异。铅丹被广泛用于人物面部，但容易氧化成PbO2导致颜色变棕。

图3. 红色颜料及主要化学成分（图源自于中国知网[2]）

蓝色颜料的化学成分如图4所示，主要包括石青和青金石。石青为碱式碳酸铜矿物，在铜矿床氧化带形成。青金石则是一种铝硅酸盐矿物，源自丝绸之路传入中国，是古代文化交流的见证。群青有天然和合成两种, 前者是指青金石矿物加工的颜料, 后者是指用化合物合成的工业产品。其化学组成为Na6.88Al5.63Si6.35O24S2.4[3]。《王者荣耀》敦煌系列皮肤杨玉环的形象采用了莫高窟第112窟的《观无量寿经变一反弹琵琶舞》，展现了唐朝舞姿的风姿绰约。杨玉环的服饰主要采用敦煌壁画中的蓝色系和橙色系，增强了饱和度和明度，形成鲜亮的橘红色和亮丽的蓝绿色，与深蓝色背景形成强烈对比[4]。

图4. 蓝色颜料及主要化学成分（图源自于中国知网[2]）

《王者荣耀》中杨玉环的人物设计（图源自于https://db.18183.com）

绿色颜料的颜料名称及只要成分如图5所示。敦煌壁画中常见的绿色颜料主要有石绿和氯铜矿。石绿，即孔雀石，是中国传统绿色颜料，广泛应用于各种艺术品中。但在敦煌壁画中，最常见的绿色颜料是氯铜矿，化学名称为碱式氯化铜。它通常与石青、石绿伴生，早期的氯铜矿颜料由铜矿氧化带中采集的矿物加工而成。貂蝉的造型则结合了莫高窟第220窟的人物形象和唐代舞姿，打造出一个具有唐朝风格的胡旋舞伎形象[4]。配色主要是以石绿色为主色调，点缀青金石蓝丰富色相，辅以朱红色营造强烈的色彩对比效果，同时运用渐变色和金属材料饰品，展现出华丽感和视觉冲击力。

图5. 绿色颜料及其主要化学成分（图源自于中国知网[2]）

《王者荣耀》中貂蝉的人物设计（图源自于https://www.bingguner.com）

敦煌石窟壁画中的无机黄色颜料发现较少。已经确认的黄色颜料主要包括针铁矿、石黄和雌黄等，成分如图6所示。其中，雌黄等颜料性质不稳定，易发生变色，因此黄色无机颜料的鉴定数据相对较少。

图6. 黄色颜料及其主要化学成分（图源自于中国知网[2]）

其他颜色：敦煌壁画中的黑色颜料主要是由无定形碳组成的炭黑。此外，墙画中还出现了一些其他颜色，如棕、紫、灰和金色等。棕色区域是颜料变色的产物，而紫色及灰色则是颜料变色产物与其他颜料混合或叠加后呈现出的颜色。至于金色区域，则使用了含金的金箔等材料来呈现。

②有机颜料

敦煌壁画中有机颜料的使用数量很少。已报道的敦煌壁画中的有机颜料主要包括靛蓝、藤黄、紫胶红色素和黄檗等。靛蓝[5]是人类所知最古老的有机颜料，从含有吲哚酸成分的植物中提取而来。藤黄最早作为黄色颜料传入我国,藤黄也来自植物，含有酮类成分和三萜类成分[6]。紫胶红色素则是一种蒽醌衍生物，由5种组分混合而成，来自紫胶虫的新陈代谢产物[7]。黄檗染料以小檗碱为主要成分。有机颜料在敦煌壁画中出现较少的原因之一是当时难以人工合成颜料，并且天然颜料的种类也不够多[8]。此外，有机颜料的稳定性相对较差，常受外界pH、光线、温湿度等环境因素的影响，导致发生变化、产生结构和组成上的变化，最终产生变色或褪色现象[2]。

图7. 有机颜料主要成分:靛蓝(a);a-藤黄酸(b)﹔紫胶红色素A(c)﹔小檗碱（d）（图源自于中国知网[2]）

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用科学技术保护好敦煌莫高窟的传承之路

壁画颜料层和地仗层会因环境影响而老化，导致起甲、龟裂和脱落等问题。以第98窟壁画为例，该洞窟的壁画由于在水分作用下的盐分溶解、迁移、富集和结晶而导致地仗层松散，植物纤维腐朽，颜料层胶结材料老化，进而引发颜料层起甲和地仗脱落等问题。这些问题对壁画构成威胁，难以修复，被称为壁画的“癌症”。对于第98窟壁画的酥碱和颜料层起甲问题，经过模拟实验和现场试验研究，选择了传统绘画材料明胶（动物蛋白型）和稳定性较好的甲基纤维素作为修复材料[9]，这些化学材料的使用使得敦煌壁画的修复成为可能。同时数字技术也在助力保护中国文化遗产，建立数字管理和科学保障体系，如线上平台“数字敦煌”展示了30个洞窟和4430平方米的壁画，并累计访问量达到700万余次[10]。

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小节

敦煌莫高窟的壁画是中国文化宝库中的明珠之一，保存了长达1000余年的壁画艺术珍品，反映了东西方文明交流、融合、碰撞的历史进程。保护这些文化遗产对于后人继承和欣赏其价值非常重要。作为与人类生活密不可分的科学，化学可以通过深入研究壁画材料的成分和结构、探索最佳的保护方法和技术手段，来延缓或减少文化遗产衰败的速度，并提供有效的修复技术，让后人能够更好地传承这份珍贵的文化遗产。因此，化学在敦煌莫高窟文化遗产保护中具有重要作用。

参考文献

[1]包选豪,康战强.敦煌莫高窟艺术元素的可持续性发展研究[J].艺术大观,2023,No.153(09):121-123.

[2]苏伯民.敦煌莫高窟壁画颜料及检测技术研究进展[J].石窟与土遗址保护研究,2022,1(01):47-60.

[3]王进玉.敦煌石窟合成群青颜料的研究[J].敦煌研究,2000(01):76-81.

[4]吴林利,张剑.敦煌壁画元素拓展到数字游戏的角色设计研究——以《王者荣耀》为例[J].湖南包装,2023,38(01):122-125.

[5]徐枫,姜利利,王永华等.靛蓝染料染色技术研究进展[J].印染助剂,2023,40(05):1-6.

[6]高慧敏,彭代银,王雷等.藤黄化学成分和药理作用的研究进展及其质量标志物（Q-Marker）预测分析[J].中草药,2023,54(08):2668-2685.

[7]卢禁,段宝忠.紫胶中紫胶红色素的化学成分研究[J].沈阳药科大学学报,2022,39(02):134-138.

[8]高路月. 古代壁画中天然有机染料的多种光谱分析[D].浙江大学,2021.DOI:10.27461/d.cnki.gzjdx.2021.003179.

[9]付有旭,牛贺强,马竞等.敦煌莫高窟第98窟壁画的保护与修复[J].石窟寺研究,2015(00):424-439.

[10]杜若飞.基于数字技术的中国文化遗产保护与传播——以敦煌莫高窟为例[J].科技与创新,2022,No.193(01):114-117.

作者：孔重娟

作者单位：西北师范大学

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