黒い皮膜をもつペトログリフ岩石の表面劣化の発達に対する温度の影響

なぜ古代の岩絵が剥がれ落ちるのか

世界の砂漠地帯では、何千年も前に動物や人間、記号が露出した岩に刻まれました。今日、これらの多くのペトログリフは、薄い岩の板が浮き上がって剥がれ、彫刻が一緒に失われることで静かに消えつつあります。本研究は、中国北西部のある著名な遺跡を詳細に調べ、見かけ上単純な疑問に答えようとしています：芸術を載せる岩の“皮”がどうして緩んでくるのか、そして温度がそれにどのように関係しているのか？

砂漠の石に付いたもろい皮膜

研究者たちは寧夏の大麦地（ダマイディ）にあるペトログリフに着目しました。ここは乾燥地帯で、800枚以上の彫刻パネルが風に晒された尾根上に露出しています。彫刻面は薄く暗い「黒い皮膜（ブラッククラスト）」で被覆され、像を際立たせる一方で損傷を受けやすいように見えます。現地調査では、その皮膜が膨れて（ブリスター化）やがて剥離（スケーリング）すると、彫刻が失われていることが多いことが示されました。剥がれたときには、皮膜の直下に狭い弱化帯が現れ、その下に強い堅い砂岩が続いています。この層構造—硬い暗色の皮膜、柔らかく弱い中間層、硬い基盤岩—が、温度が岩をどのように攻撃するかを理解するうえで重要であることがわかりました。

太陽、雨、そして岩の向き

研究チームは数か月にわたり、異なる深さに穿孔したセンサーとサーマル赤外カメラを使って、岩の表面と内部の温度を監視し、隠れたブリスターを検出しました。上方10センチメートルの岩は日内で大きな温度変動を受け、正午の強い日射で急激に上昇し、夜間に冷えることが分かりました。おおむね南向き（この北半球のサイトでは約180度）の岩面は最も長時間かつ強い日照を受けました。これらの日当たりの良いパネルではブリスター化とスケーリングの発生率が最も高く、損傷が太陽熱と強く結びついていることを示します。熱せられた岩に突然降る雨は別種の応力を加えます：表面が急速に冷却され、内部がそれに追随できないほどの温度差が生じます。

岩の層がどのように振る舞うかの計測

皮膜化した表面が下の石材と異なる振る舞いをする理由を理解するため、科学者たちは彫刻のある場所の近傍から黒い皮膜、弱い中間層、無傷の基盤岩の小片を採取しました。実験室で彼らは各材料を通る音速（剛性や亀裂の指標）や熱伝導率、加熱時の熱膨張のしやすさを測定しました。深部の新鮮な砂岩は剛性が高く、熱をよく伝え、比較的大きく膨張しました。黒い皮膜も比較的剛性があり膨張性を示しましたが、熱伝導はやや低めでした。両者の間に挟まれた弱い中間層はより軟らかく、熱伝導が悪く、膨張も最も小さかった。簡潔に言えば、岩の表面は硬い殻が柔らかく脆い帯に接着され、その下に硬い核があるような構造になっていました。

岩内部の応力をシミュレートする

これらの測定値を用いて、チームは黒い皮膜、弱い中間層、強い基盤岩を含む岩塊のコンピュータモデルを構築しました。次に2種類の温度変化を与えました：遅い日常的な昇温・降温と、夏の嵐のような急激な冷却です。シミュレーションでは、日常的な温度サイクルは控えめな応力を生むものの、層間で一貫した不均一な伸縮を引き起こしました。急激な冷却ははるかに強い応力と、弱い中間層を横切る大きなひずみの飛び（急変）を生じさせました。これらの飛びは柔らかい帯内に集中し、表面と平行な亀裂を形成しやすくしました。温度パターンによっては、最初の剥離は皮膜と弱い中間層の間で起きる場合もあれば、中間層とより深い基盤岩の間で起きる場合もあり—これは現地で観察される薄い皮膜片の剥離とより厚い板状の剥離の両方と一致します。

岩絵を守るための示唆

本研究は、ペトログリフを載せる岩石の破壊が偶発的に起きているわけではないことを示しています。層構造と強い日射、および時折の急激な冷却が共同してブリスター化とスケーリングを促進しているのです。外側の皮膜と内側の基盤岩が中間の柔らかい帯よりも大きく膨張・収縮するため、熱応力が繰り返し弱い中間層を引き裂き、亀裂が伝播して表面の板が剥離します。したがって保全対策は、過度の温度ショック、特に強烈な直射日光と過熱した表面への突然の雨を減らすことに重点を置くべきで、遮蔽構造の設置や管理された水利用などの手段が考えられます。より広く見れば、この研究は世界中の他の砂漠岩で見られる同様の剥離や剥落の説明にも寄与し、気候と岩の構造がどのようにして代替のない古代芸術を脅かすかについて明確な図式を提供します。

引用: Wu, C., Liu, C., Wang, J. et al. The effect of temperature on the development of surface deterioration on the petroglyph-bearing rocks with black crust. npj Herit. Sci. 14, 173 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02447-1

キーワード: ペトログリフの保存, 岩石風化, 熱応力, 砂漠の岩絵, 石材保存