监测莫高窟周围地-气活动强度分布

为什么沙漠空气对古代艺术很重要

位于中国西北的莫高窟在一处沙漠崖壁上保存着数千年的佛教壁画。这些壁画正在缓慢受损：每当岩石由干燥变为潮湿或由潮湿回到干燥时，微小的盐晶体在墙体内部不断生长和溶解。本文研究提出了一个简单但关键的问题：围绕窟区通过地面的那种无形“呼吸”——即空气在地中流动——如何驱动这些湿度变化，我们可以采取什么措施来应对？

藏于脚下的无形呼吸

在沙漠地表下，沙粒与砾石之间的孔隙充满了空气。当外界气压随天气系统升降时，埋藏的这些空气会被挤进或挤出地层，作者将此过程称为地—气活动。气压上升时，较干燥的外界空气被推入土壤和岩石，降低湿度；气压下降时，较潮湿的空气上升，提升湿度。研究团队证明了，这种“呼吸”的强弱可以通过埋藏空气中相对湿度摆动的幅度来追踪。换句话说，湿度摆幅越大，地—气活动越强。

绘制沙漠中看不见的气流图

为了解该过程在地表上如何变化，研究人员在距莫高窟约两公里范围内的208个点（其中193个点提供了良好数据）埋设了湿度和温度传感器。他们将区域划分为三类：悬崖上方的戈壁石质高原、洞窟正前方有树木、道路与大泉河的地带，以及靠近三卫山的戈壁区域。通过将每个观测点与位于地下室的长期参考传感器比较，研究者计算出相对的地—气活动强度，并使用制图软件绘制出地面不同地点“呼吸”强弱的详细图像。

地形与土壤如何塑造地面的呼吸

地图揭示了显著的空间格局。地—气活动总体上从东南向西北减弱，并且在地势较高处通常较小。等高线稀疏的平坦地带通常表现出比陡峭、等高线密集的坡地更强的活动。在洞窟上方的悬崖顶部，许多点的活动较弱，可能是因为悬崖裂隙使空气侧向逸出而非垂直进出。相比之下，洞窟正前方和附近沟谷的一些低洼处显示出非常强的地面呼吸。被流沙覆盖的地区——松散但通气性差的沙层——表现出明显较弱的活动和比邻近裸露戈壁砾石更小的湿度摆幅。

上升与下降湿度的不同节律

尽管几乎所有观测点的湿度变化都随气压变化同期起伏，但它们的细节节律存在差异。最常见的模式像随天气变化的温和波动。在一些地点，湿度从较高基线出现明显的向下脉冲，可能是干燥气流被强行压入地层所致。少数地点呈相反的短促向上湿度脉冲，或许是空气通过悬崖裂隙被挤出时造成。极少数地方的湿度在基线上下摆动。总体来看，研究发现气压变化在各地都是主要驱动因素；局部地形和土壤只是调制响应的强度。

通过引导地面的呼吸保护壁画

对于文物保护者而言，这些发现把一个抽象的物理过程转化为一张实用的地图。更强的地—气活动意味着洞窟墙体处干湿条件在更大范围内交替，这会促使盐分反复结晶与溶解，从而逐步破坏壁画。了解地面“呼吸”最强的区域后，管理者可以有针对性地采取措施，例如封堵关键悬崖裂缝、在灌溉绿带与悬崖之间设置透气的屏障、加固沟谷土壤，或重新评估会改变地下气流的道路铺装。简言之，保护脆弱的沙漠艺术不仅是控制洞窟内部的空气，更需要理解并管理环绕其周边由气压驱动的微妙地面呼吸。

引用: Li, F., Li, H., Wang, S. et al. Monitoring the intensity distribution of earth-air activity around the Mogao Grottoes. npj Herit. Sci. 14, 83 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02354-5

关键词: 莫高窟, 地-气活动, 湿度与壁画, 气压抽送, 文化遗产保护