نهج NMR-SEM متعدد الوسائط لفك شفرة الضرر التآزري الناتج عن تبلور الأملاح والتجمد-الذوبان في الحجر الجيري

لماذا تنهار التماثيل الحجرية لببطء

عاليًا على منحدرات مغارات لونغمين في الصين، نجت آلاف التماثيل المنحوتة لبوذا لأكثر من 1500 عام من التاريخ. لكن تهديدها الأكبر اليوم ليس الجيوش الغازية بل بلورات ملح صغيرة والدورة السنوية للشتاء المتجمد والصيف الدافئ. تطرح هذه الدراسة سؤالًا بسيطًا وعاجلًا لأمناء التراث والزوار الفضوليين على حد سواء: كيف تتعاون المياه والملح مع البرد لتجويف الحجر الجيري الذي يدعم هذه النقوش التي لا تعوض؟

منحدر صخري يتعرض لهجوم يومي

تقع مغارات لونغمين في ممر نهري رطب حيث تتعرض أسطح الصخور للتبلل والجفاف والتبريد والتسخين باستمرار. تحمل مياه الأمطار والمياه التسريبية أملاحًا مذابة — أساسًا ملح الطعام الشائع وأملاح الكبريتات — إلى داخل الحجر الجيري المسامي. في الشتاء، تتقلب درجات الحرارة من ما دون الصفر بفارق كبير إلى أعلى بكثير، ما يتسبب في تمدد وتقلص الصخر. على مدى قرون، تفتح هذه التغيرات اللطيفة لكن المتواصلة تشققات، وتفك حبيبات وتؤدي إلى تقشر أجزاء من واجهة المنحدر. لحماية الموقع، يحتاج الأمناء إلى رؤية داخل الصخر ومتابعة هذا الضرر أثناء حدوثه، لا الاقتصار على التخمين من السطح المتفكك.

التطلع داخل الحجر دون تدميره

جمع الباحثون أداتين قويتين لتتبع الضرر الناتج عن دورات مكررة من «تبلور الأملاح–التجمد–الذوبان» (SCFT). سمحت تقنية الرنين المغناطيسي النووي (NMR) بتصوير كيفية تواجد المياه داخل المسامات في أعماق أسطوانات حجرية صغيرة، محولةً تغيرات الفراغات الخفية في الصخر إلى إشارات قابلة للقياس. وأتاحت المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) صورًا مفصّلة لسطح الحجر على مستوى الحبيبات، مما مكّن برمجيات حاسوبية من «تلوين» المسامات وحساب مقدار الفراغ المتكون. نقعوا عينات الاختبار في ماء عادي، ومحلول كلوريد الصوديوم المالح، ومحلول كبريتات الصوديوم، ثم عرّضوها لما يصل إلى 90 دورة يومية من البلل والجفاف والتجمّد والذوبان تحاكي المناخ الجزئي للمغارات.

من الفراغات الصغيرة إلى الممرات الواسعة

عند المشاهدة بالمجهر، تتكشف رحلة الصخر من سليمة إلى مُضعفة على ثلاث مراحل. خلال الدورات الأولى، يفتح الماء والجليد شقوقًا دقيقة على طول حدود الحبيبات، ما يزيد عدد أصغر المسامات. مع استمرار الدورات، تبدأ هذه المسامات بالاتصال ببعضها لتشكل قنوات، وتبدأ حبيبات السطح في الذوبان أو الانفصال، خاصة حيث تتواجد الأملاح. في المرحلة النهائية، تندمج العديد من المسامات الصغيرة والمتوسطة لتكوّن تجاويف أكبر وشقوق ممتدة. تظهر قياسات NMR أن حجم المسامات الكبيرة قد يتضاعف تقريبًا، وأن المسامية الإجمالية للعينات ترتفع بشكل حاد — بأكثر من 70% في الاختبارات الغنية بالأملاح. تجعل شبكة الممرات الأوسع المتنامية من السهل على مياه مملوءة بالملح أن تتوغل أكثر، مما يهيئ حلقة مفرغة من الضرر المستمر.

لماذا بعض الأملاح أسوأ من غيرها

ليست كل الأملاح تهاجم الحجر الجيري بنفس الطريقة. يزيد كلوريد الصوديوم من سهولة ذوبان المعادن الرئيسية، وعندما يتبلور أثناء جفاف الماء أو تجمده يضغط بشدّة على جدران المسامات. على النقيض، يميل كبريتات الصوديوم إلى تشكيل طبقة رقيقة من معدن جديد تغطي الحبيبات جزئيًا حتى بينما توسع المسامات. وتجد الدراسة أن المحاليل الحاملة للكلوريد تُحدث الانهيار الأكثر حدة، مع مزيد من المسامات الكبيرة وأنماط ضرر غير منتظمة أكثر مما تسببه محاليل الكبريتات أو الماء النقي. من خلال تتبع التغيرات في «البُعد الكسري» لشبكة المسامات — مقياس لمدى تعقّدها وترابطها — يظهر المؤلفون أن العينات المحمّلة بالملح تطوّر هياكل داخلية أكثر تشابكًا وأقل انتظامًا من تلك المعرضة لمياه متجمدة فقط.

ماذا يعني هذا لحفظ المنحدرات المنحوتة

للغير متخصصين، الخلاصة الرئيسية هي أن الحجر الجيري في لونغمين لا يتصدع ببساطة بسبب البرد أو يذوب في المطر؛ بل يعاد تشكيله من الداخل إلى الخارج بشراكة بين الملح وتقلبات الحرارة. يمنح النهج الجديد NMR–SEM الأوصاف الكمية للأمناء — مثل المسامية، وتوزيع أحجام المسامات، والتعقيد الكسري — التي تكشف متى تحوّل الصخر من تشققات ميكروسكوبية غير ضارة إلى تدهور خطير سريع الانتشار. يمكن أن توجه هذه المعرفة تدابير عملية مثل التحكم في الرطوبة المحمّلة بالأملاح، وتخفيف تقلبات الحرارة قرب النقوش، وإعطاء الأولوية للمناطق الأكثر عُرضة للتدخل قبل أن يفقد الحجر قوته الداخلية وتبدأ الأشكال الثمينة في السقوط.

الاستشهاد: Wang, Z., Wang, Y., Zhao, Y. et al. Multi-modal NMR-SEM approach for deciphering salt crystallization-freeze-thaw synergistic damage in limestone. npj Herit. Sci. 14, 280 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02485-9

الكلمات المفتاحية: تعرية الحجر, تبلور الأملاح, ضرر التجمد–الذوبان, حفظ التراث الثقافي, مسامات الحجر الجيري