Wpływ temperatury na rozwój degradacji powierzchni skał z pektroglyfami pokrytych czarną skorupą

Dlaczego starożytna sztuka naskalna się łuszczy

Na pustyniach całego świata ludzie ryli w kamieniu wizerunki zwierząt, ludzi i symboli tysiące lat temu. Dziś wiele z tych petroglifów powoli znika, gdy cienkie warstwy skały pęcznieją i odrywają się, zabierając ze sobą ryty. Badanie to przygląda się szczegółowo słynnej lokalizacji w północno-zachodnich Chinach, by odpowiedzieć na pozornie proste pytanie: dlaczego „skórka” skalna przenosząca sztukę odkleja się i jaki ma z tym związek temperatura?

Delikatna powłoka na pustynnym kamieniu

Naukowcy skupili się na petroglifach Damaidi w Ningxia, suchej okolicy, gdzie ponad 800 paneli skalnych wystaje na wietrznych grzbietach. Powierzchnie rzeźb pokrywa cienka, ciemna „czarna skorupa”, która uwydatnia wizerunki, ale wydaje się też szczególnie podatna na uszkodzenia. Przeglądy terenowe wykazały, że tam, gdzie skorupa unosi się w pęcherze (tzw. pęcznienie) i następnie łuszczy (odspajanie), rysunki często giną. Gdy płatki odrywają się, odsłaniają wąski pas osłabionej skały tuż pod skorupą, leżący nad mocnym, zwartym piaskowcem. Ta warstwowa struktura — twarda ciemna skorupa, miękka osłabiona warstwa pośrednia, twarde podłoże — okazuje się kluczowa dla zrozumienia, jak temperatura atakuje skałę.

Słońce, deszcz i orientacja skały

Zespół monitorował temperatury na powierzchni i wewnątrz skały przez miesiące, używając czujników wierconych na różnych głębokościach oraz termowizji do wykrywania ukrytych pęcherzy. Odkryli, że górne 10 centymetrów skały doświadcza silnych dobowych wahań temperatury, gwałtownie nagrzewając się w południe i chłodząc w nocy. Płaszczyzny skalne zwrócone na południe (około 180 stopni w tej lokalizacji na półkuli północnej) otrzymywały najdłuższe i najsilniejsze nasłonecznienie. Te eksponowane na słońce panele miały najwyższe wskaźniki pęcznienia i łuszczenia, co silnie łączy uszkodzenia z nagrzewaniem słonecznym. Nagły deszcz padający na rozgrzaną skałę dodawał drugi rodzaj naprężeń: szybkie schłodzenie powierzchni, znacznie szybciej niż wnętrze skały mogło się dostosować.

Pomiary właściwości warstw skalnych

Aby zrozumieć, dlaczego skorupa zachowuje się inaczej niż skała pod nią, naukowcy pobrali małe fragmenty czarnej skorupy, miękkiej warstwy pośredniej i nietkniętego podłoża z obszarów bliskich, lecz nie bezpośrednio na rzeźbach. W laboratorium zmierzyli, jak szybko fale dźwiękowe przechodzą przez każdy materiał (jako wskaźnik sztywności i pękania), jak dobrze każda warstwa przewodzi ciepło oraz jak bardzo rozszerza się przy ogrzewaniu. Świeży piaskowiec na głębokości był sztywny, dobrze przewodził ciepło i rozszerzał się stosunkowo silnie. Czarna skorupa była również stosunkowo sztywna i wykazywała duże rozszerzalności, choć przewodziła ciepło słabiej. Miękka warstwa pośrednia, wciśnięta między nimi, była mniej twarda, słabo przewodziła ciepło i najmniej się rozszerzała. Mówiąc prościej: powierzchnia skalna jest zbudowana jak twarda powłoka przyklejona do miękkiego, bardziej kruchego pasa, który z kolei spoczywa na twardym rdzeniu.

Symulowanie naprężeń wewnątrz skały

Korzystając z tych pomiarów, zespół stworzył modele komputerowe bloku skalnego obejmującego czarną skorupę, warstwę pośrednią i mocne podłoże. Następnie narzucili dwa rodzaje zmian temperatury: powolne, dobowe nagrzewanie i chłodzenie oraz nagłe schłodzenie, jak przy letniej burzy uderzającej w rozgrzaną skałę. W symulacjach codzienne cykle generowały umiarkowane naprężenia, ale konsekwentne, niejednolite rozciąganie i kurczenie się na granicach między warstwami. Nagłe schłodzenie powodowało znacznie silniejsze naprężenia i ostre skoki odkształceń przez warstwę pośrednią. Te skoki koncentrowały się w miękkim pasie, sprzyjając powstawaniu pęknięć równoległych do powierzchni. W zależności od wzorca temperaturowego pierwsze od separacji mogło zajść albo między skorupą a warstwą pośrednią, albo między warstwą pośrednią a głębszym podłożem — zgodnie z obserwacjami terenowymi dotyczącymi cienkich płatków skorupy versus grubszych odłupków.

Co to znaczy dla ratowania sztuki naskalnej

Badanie pokazuje, że skały z petroglifami nie rozpadają się przypadkowo; ich warstwowa struktura, w połączeniu z silnym nasłonecznieniem i okazjonalnym szybkim schłodzeniem, aktywnie napędza pęcznienie i łuszczenie. Ponieważ zewnętrzna skorupa i wewnętrzne podłoże rozszerzają się i kurczą bardziej niż miękki środkowy pas, naprężenia termiczne wielokrotnie ciągną za warstwą pośrednią, aż pęknięcia się rozprzestrzenią i płaty powierzchni odpadną. Oznacza to, że działania konserwatorskie powinny koncentrować się na ograniczaniu ekstremalnych szoków temperaturowych — zwłaszcza bezpośredniego, intensywnego nasłonecznienia i nagłego deszczu na przegrzanych powierzchniach — poprzez rozwiązania takie jak struktury zacieniające lub kontrolowane zarządzanie wodą. Szerzej rzecz biorąc, praca ta pomaga wyjaśnić podobne łuszczenie i odspajanie obserwowane na innych pustynnych skałach na świecie, oferując jaśniejszy obraz tego, jak klimat i struktura skały wspólnie zagrażają bezcennej starożytnej sztuce.

Cytowanie: 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

Słowa kluczowe: ochrona petroglifów, wietrzenie skał, naprężenia termiczne, sztuka naskalna pustyni, konserwacja kamienia