档案文献遗产保存的物理因子

档案文献遗产保存的物理因子_档案文献遗产保护理论与实践

3.1.1　档案文献遗产保存的物理因子

物理因子主要指档案文献遗产保存环境的温湿度和光线。

3.1.1.1　温湿度

在各种环境因素中，温湿度始终贯穿于档案文献遗产保护的始终，因此，监测和调控档案文献库房的温湿度是档案文献遗产保护过程中不可忽视的重要方面。

（1）温度、湿度、露点温度与结露现象

温度是物质分子、原子无规则运动的宏观表现，是用来衡量物体冷热程度的状态参数。空气的温度简称气温，是衡量空气冷热程度的物理参数。在档案文献遗产管理活动中，经常使用库内温度、库外温度，说明库房内外空气的温度。温度的衡量标尺中，我国习惯于用摄氏温标，欧美国家常用华氏温标，它们之间存在着严格的换算关系。

湿度对于一般物质而言用含水量表示，空气的湿度常用绝对湿度、饱和量、相对湿度等加以表示。其中，绝对湿度是指单位体积空气中实际所含的水蒸气的量，通常指1立方米空气中实际所含的水蒸气的重量，用克/立方米（g/m³）或者水蒸气压力帕（Pa）表示。饱和量是指空气所能含的最大限度的水蒸气的量。在一定的温度下，由于空气中容纳的水蒸气的量是固定的，因此饱和量是常数，见表3-1。^[5]

表3-1　不同温度时空气中水蒸气的饱和量
（以1m³空气含水蒸气的饱和量计算）

相对湿度是指一立方米空气实际所含水蒸气的重量与同温下饱和状态所含水蒸气重量的百分比，列成公式可以表示为：

相对湿度反映了含水蒸气量距离饱和量的程度。如果空气含有水蒸气的量距饱和量越近，相对湿度的百分数越大，空气越潮湿。如果空气含有水蒸气的量距饱和量越远，相对湿度的百分数越小，空气越干燥。因此，相对湿度概念能够表明空气是潮湿还是干燥，在库房湿度管理中最为常用。

露点温度是指空气在含湿量不变的条件下达到饱和状态时的温度。当空气在含湿量和压力不变时，环境温度与相对湿度之间有着密切的关系。当环境温度降低到某一阈值时，环境的相对湿度会达到100%，这时空气的相对湿度达到饱和湿度。如果温度继续下降，空气中的水蒸气就会凝聚成水珠，这种现象叫结露。可见，在结露之前，一定有一个温度是空气结露的临界温度，这个临界温度称为露点温度。档案文献库房结露与否不仅取决于库房的实际含水量，而且和库房的当前温度、当前湿度直接相关。温度越高、湿度越低时，越难以结露；反之，温度越低、湿度越高时，越容易结露。

结露现象在实际应用时很重要。在夏季高温高湿季节，如果库外热湿空气袭入库内，可能会因为突然遇到库内的低温环境而结露，引起库内湿度增大。因此，库房管理在夏季要避免热湿空气袭入库内。在库房管理过程中，通过检查地面及库房墙壁下半部有无小水珠产生来判断库房是否产生结露现象。在高温高湿地区进行库房的温湿度调控时，应先降湿，后降温，以免由于增加了库房湿度而产生结露现象。

（2）温湿度作用的机理

温度主要是通过以下两条途径影响档案文献制成材料的：^[6]

第一，促使档案文献制成材料大分子相转变。档案文献制成材料是由很多原子和原子团组成的大分子，它们无时无刻不处在振动之中。振动频率与环境温度密切相关。环境温度升高，大分子振动频率加大，振幅越强。当温度升高到一定程度时，档案文献制成材料可以发生旁侧官能团的分离、解聚作用以及主链裂解。结果，由于大分子物质结构的变化，其性能也相应地发生了变化。

第二，改变化学反应活化能。纸张的主要成分可以发生氧化、水解等多种反应。各种反应能否发生以及发生的程度取决于参加反应的物质的活化能的大小。活化能是指活化状态分子与反应物状态分子各自平均能量的差值，是一个依赖于温度的量。随着温度的升高，活化分子数增加，导致有效碰撞次数增多，反应速度加快。温度与反应速度之间的这种关系可以定量表达为：

K=lgA+Ea/RT

上式中，K为速度常数，Ea为反应活化能，A为特征常数，R为8.134焦/摩·开（J/mol·K），T为绝对温度（K）。一般可将Ea看成常数，K值随着温度的升高而增加是显而易见的。

湿度主要是通过以下两条途径影响档案文献制成材料的：^[7]

第一，直接作用途径。档案文献制成材料在不同的湿度环境中表现为吸湿和解吸。在一定温度下，环境湿度大，档案文献制成材料含水量大，表现为吸湿。当吸湿的档案文献转移到中、低湿环境中时，档案文献制成材料含水量将减少，表现为解吸。这样，湿度的变化直接引起档案文献制成材料结构的变化，必然导致其性质发生变化。

第二，间接作用途径。随着环境湿度的增大，档案文献的吸湿性增强，环境中的有害气体（尤其是酸性有害气体）对档案文献制成材料破坏作用增强。以二氧化硫为例，它可以溶于水生成亚硫酸，后者在一定的催化剂作用下与空气中的氧进一步作用生成硫酸。这两种酸性物质可以离解出氢离子，为档案文献制成材料的酸性水解提供了条件，这在纸质档案文献中表现得尤为明显。

温湿度作用的机理表明，温度和湿度一旦作用于档案文献遗产时，既可以促使档案文献遗产发生物理变化，也可以带来化学变化。“高温高湿对纸张的破坏作用更为强烈，温度和湿度对纸张耐久性的综合作用大于独立作用之和，表现为一种协同效应。”^[8]因此，实际工作中需要控制温湿度的作用。

（3）温湿度作用的表现

温湿度始终存在于档案文献遗产保存的过程之中，不论采取何种方法加以控制，它都会或多或少地给档案文献遗产带来影响。国外有人曾做过实验，将25℃、50%相对湿度下纸张的寿命定为标准寿命（设定数值为1.00），当温度每升高或降低10℃时，纸张的寿命就降低或增加5倍左右；当温度一定时，相对湿度升高或降低20%，其寿命降低或增加2倍左右，见表3-2。^[9]

表3-2　温湿度对纸张的破坏作用

原苏联D.M.斯乌克也做过温度变化方面的试验，结果表明，在相对湿度为65%的条件下，将纸张存放温度从15℃升至25℃，纸张的撕裂度平均降低2.8%，耐折度平均降低13.1%，抗拉力平均降低5.5%，耐破度平均降低2.8%，见表3-3。^[10]

表3-3　纸张存放温度从15℃升至25℃时强度变化百分率（%）

类似的试验还有：

W.J.巴罗于20世纪60年代对纸张进行的热老化试验表明，在38℃～98℃的范围内，每升高15℃，纸张老化速度平均增加到原来的4.8倍，相当于每升高10℃时，老化速度增加1.8倍。温度每升高10℃，硝酸纤维素片基的老化速度增加2.45倍。^[11]

国外研究者将纸张放在不同温度条件下进行老化，考察使其耐折度从219次降到65次所用的时间，结论是：当温度升高或降低20℃时，纸张的寿命会降低或增加7～8倍。^[12]

瞿耀良等研究了7种文化用纸在25℃、30℃、45℃（湿度为30%～50%）时的耐久性，认为在“30℃以下时温度对纸张耐折度的影响不甚明显”。^[13]

笔者曾测试过温湿度对纸张性能的影响：温度升高，纸张的pH值呈下降趋势：当温度从20℃升高到40℃、60℃、90℃时，纸张的pH值下降分别为1.8、3.8、7.5，呈现成倍下降的趋势；而随着湿度的增加，其pH值是不断降低。^[14]温度每升高20℃，纸张白度以2倍左右的速度下降；而在一定的温度下，高湿引起纸张白度的变化至少是低湿下的5～6倍。^[15]在机械强度方面，温度每升高20℃，纸张的拉力、耐折度都以每周2倍左右的速度降低。^[16]

以上列举的试验主要侧重于载体方面，温湿度对于字迹的影响表现在：高温还促使耐热性差的纸质档案文献遗产的字迹材料发生油渗扩散现象，如复写纸、印泥、圆珠笔字迹等。复写纸字迹材料的色素是盐基品蓝、盐基青莲、油溶黑、立索尔红等油溶性颜料或染料，圆珠笔的字迹材料是用曙红培司、品蓝培司、青莲培司等有机油溶性染料作为色素，印泥中的色素成分红粉是溶解在蓖麻油和牛油中的。作为颜色溶剂的油和蜡的熔点一般都不高，字迹在高温下长期保存会出现油渗现象，字迹逐渐扩散。严重时字迹模糊不清，无法阅读。高温会促进氧气和其他有害气体对银影像造成微斑。

高湿使纸张含水量增大，空气中的有害物质会直接或间接地引起纤维素发生化学反应。如酸性有害气体可以和水结合生成酸，直接催化纤维素水解；氧化性有害气体可以促进纤维素氧化，从而导致纸质档案文献载体的损毁。

高湿有利于有害生物的生长繁殖。微生物机体含75%～90%的水分，新陈代谢也必须有水分参加。档案文献害虫体内含水量一般为体重的44%～67%，其生理活动也离不开水。有害生物机体水分的获得与保持，同它们所处的环境条件密切相关。当环境湿度大时，档案文献制成材料含水量增加，有害生物通过危害档案文献所获取的水分就越多，对其生长繁殖越有利，对档案文献造成的破坏越大。反之，则对其生长繁殖不利，对档案文献的破坏较小。

高湿使耐水性较差的字迹材料洇化退色，如彩色墨水。纯蓝墨水的色素成分是酸性墨水蓝、直接湖蓝，红墨水的色素成分是酸性大红G和墨水红A，这些色素成分是有机染料。有机染料易溶于水，当环境湿度较大时，档案文献含水量升高，字迹材料易洇化退色。同时，在潮湿情况下，来自空气中的氧化性气体能够与水作用生成原子氧。这种原子氧具有漂白作用，能够促进字迹的漂白退色。

当然，低温和低湿的保存环境也不宜提倡。当环境湿度太低时，档案文献制成材料所含的水分蒸发，不能维持其正常的含水量，使得档案文献制成材料变硬、变脆，柔性下降、强度降低，就像塑料失去增塑剂一样变得脆硬。在我国西北地区，档案文献长期处于低湿干燥的环境中，容易发脆，耐久性降低。低温好似一把“双刃剑”。通常情况下，低温有利于档案文献的耐久性，但这并不是说库房温度越低越好。温度过低，档案文献制成材料的内部结构遭到破坏，其耐久性也遭受了破坏。

高温高湿是热带国家保护档案文献遗产所面临的最大问题，例如，过度的热量影响了胶粘剂、有机材料（尤其是纸张、皮革和羊皮纸）、墨水、装订材料（订书钉、大头针等）的寿命；高温高湿为微生物的快速生长提供了有利的条件，真菌可以直接在可移动文化遗产载体上生长繁殖，造成污染和危害；高温高湿为害虫的生长和繁殖提供了理想的场所，尤其是白蚁、蟑螂、毛衣鱼，它们是热带地区可移动文化遗产保护的最大的危害物；高温、高湿使啮齿动物数量快速增加。尽管啮齿动物的破坏作用已经清楚地为各个热带国家乃至全世界认识到了，但它仍然是热带国家最难以解决的保护问题之一；在一些热带地区，尤其是西印度群岛，还可能出现龙卷风、洪水、海啸、地震和火山爆发等自然灾害。在控制温湿度过程中需要引进降温降湿设备。“十分有趣和巧合的是通常被称为‘第三世界’或‘发展中国家’的大部分区域都处在热带。”^[17]但由于“空调在基本建设费上和能源消耗上是昂贵的”，一些国家，即使购买了部分设备，也只能在工作时间内开机；“断电是一些热带地区国家普遍的特点和忧虑的主要原因”，因此，降温降湿的保护计划难以执行。^[18]这样，恶劣的环境条件带来了遗产保护问题，使得修复工作大量地存在。而修复不仅需要经济支持，还需要技术和人才。“因为资金欠缺；同时，受过这方面训练的人员也很不足。”^[19]印度保护专家R.K.珀蒂指出，发展中国家往往无力进行修复工作，这样，只能眼睁睁地看到不少遗产“死去”。以马来西亚为例，许多历史文件已被大火、洪水和战争毁掉，幸存的少量历史文件也仅有一小部分幸免于气候的侵害。然而，那些逃脱了气候侵害的文件又遭受到随之而来的由于未被细心贮存带来的损坏、由于部分管理人员的疏忽造成的变质。结果，现在大量资金和精力都投入到修复被时间、气候、昆虫、霉菌和啮齿动物损坏的文件上。^[20]这样的保护工作显然是被动的，需要加以改进。

3.1.1.2　光照

（1）太阳光源与人工光源

太阳光是最常见的光。太阳发出的光波波长从200nm一直延续到10 000nm。当它穿过大气时，波长短于290nm的短波长紫外光和长于3000nm的长波长红外光被大气层吸收了，波长介于290nm～3000nm的光能够抵达地球的表面。根据太阳光波长的长短及人的视觉对光波的感觉范围，可以将达到地表的这一部分太阳光分为可见光和不可见光。波长290nm～400nm的光波和760nm～3000nm的光波，人眼感觉不到，称为不可见光；波长在400nm～760nm的光波，能够为人眼感觉到，称为可见光。

太阳发射的可见光在太阳的电磁波谱中所占的范围很小。人们看到的日光呈白色，好像是单一的光波所呈现的颜色。其实，这种白色是由许多不同波长的光组成的复合光。这种复合光通过三棱镜后可以明显地分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种单色光。其中，波长愈短，频率愈高，其折射能力越强；波长愈长，频率愈小，其折射能力越弱。所以，白光透过三棱镜后，因为各种光波的折射率不同而形成美丽的七色光带，即光谱。

据资料介绍，到达地球表面的阳光，紫外线约占5%，可见光约占40%，红外线约占55%，且三者所占比例随季节、气候和地理位置的不同而变化。尽管紫外线的含量较低，但它对档案文献制成材料的破坏作用最大。^[21]

随着科技的进步和人们审美要求的提高，人工光源在社会生活中的应用越来越普遍，呈现出千姿百态。与档案文献关系较密切的人工光源有档案文献库房使用的白炽灯、日光灯，缩微复印和静电复印使用的弧光灯、石英灯等。这些光源用途各异，发出的光波和强度差异较大；但从本质上看，具有和太阳能光源相同的特性。这些光源所发出的紫外线虽然大部分被灯管、灯泡吸收了，但仍有一部分透过灯管、灯泡或外罩照射在档案文献上，从而造成对档案文献制成材料的破坏。

（2）光照对于档案文献遗产的危害

不论是太阳光源还是人工光源对档案文献遗产都可以产生一定危害，“对含磨木浆的纸张（如新闻纸）和含微量铁、不很纯的纤维素或大量树脂的纸张的影响最为显著”^[22]。事实上，光辐射具有潜伏性、积累性和热效应，对各种遗产都有破坏，对有机质地（丝织品、竹简、纸张、磁带等）档案文献遗产的破坏作用更甚。以磁性材料为例，光的热效应使磁记录档案文献的分子运动加快，磁分子的原有排列遭到破坏，必然会影响到它的耐久性。胶片感光层中明胶的熔点较低，受热效应的作用，明胶容易软化，胶片发生粘连，影像失真。这种破坏与光的种类、强度、曝光量等因素有关。

当然，光照对于档案文献遗产的破坏首先表现在光能的破坏方面。不同种类的光具有不同的能量，见表3-4。理论上，光能的作用通过与有机物分子的化学键进行对照分析。档案文献制成材料大都是由碳、氢、氧、氮等元素组成的有机化合物，这些元素间的键能大都在紫外线与部分可见光的能量范围内，故对光的吸取多选择在紫外光区，见表3-5。进一步加以分析，档案文献遗产都是有机化合物，其分子链的断裂往往发生在分子的弱键，即当弱键上积累了相当数量的能量时，才能发生链的断裂，并进而引发新的光化学反应。以纸质档案文献主要成分纤维素为例，其结构中碳与碳之间化学键的能量为83千卡/摩（kcal/mol），要破坏碳与碳化学键的结构就需要大于这个能量。波长短于344.6nm紫外光的能力就超过了83 kcal/mol，可能致使纤维素结构中的C—C键断裂。从表3-4中可以看到，光波波长越短，其能量越大，因此，在防光过程中，重点需要预防紫外光。

表3-4　不同种类光的能量

续表

表3-5　某些化学键的强度

光照的危害可以举例加以说明。在无遮挡的暴露空间，气温为40℃、太阳高度角为73.2°的条件下，物体每平方米每小时受到阳光辐射所产生的热能值为756kcal。这种光辐射热会影响档案文献制成材料的耐久性。美国国家标准局进行的研究表明，某几种纸在空气中受到辐射时，就会退色，温度高于30℃时会发黄。在高温下烤成褐色或在100℃下变黄的纸，类似于因光照而退色250年的旧纸。耐热性差的字迹会因辐射热的影响而发生退色、扩散等现象。这些都是光线的热辐射作用的结果。