ПРО+Не используйте методические пособия в качестве самоучителя. Вам в помощь на сайте представлены эксперты и мастера реставраторы. Спрашивайте, интересуйтесь, задавайте вопросы на нашем форуме.
 

Сегодня в городской системе стали частыми случаи «экологического бедствия» (экологического кризиса) на исторических территориях, где сосредоточены недвижимые памятники истории и культуры. Часто приходится наблюдать интенсификацию коррозионных разрушений материала памятника, которая, безусловно, связана с химическим загрязнением городской среды, но при этом нельзя не учитывать, что её скорость будет определяться изменением механизмов биоповреждений памятника на территориях с нарушенным экологическим равновесием. На них «пионерные» виды микроорганизмов занимают всё экологическое пространство и определяют механизм повреждения материала памятника. Сапрофитные взаимодействия в системе заменяются патогенными. Поэтому одними из наиболее часто встречающихся в современной практике эксплуатации зданий стали повреждения, связанные с жизнедеятельностью различных патогенных микроорганизмов. По мнению специалистов, до 40% повреждений имеют биохимическое происхождение.

В условиях городской среды биохимическая коррозия приводит к повреждению как наружных, так и внутренних стен и других частей зданий. Этому в значительной степени способствует загрязнение окружающей среды и деградация экосистемы города в целом и, прежде всего, почвенной экосистемы, что и способствует активизации и изменению механизма действия микроорганизмов. Значительное влияние на состояние геологической среды, по данным исследований, проведенных в институте литосферы* Российской Академии наук, оказывают обитающие в грунтах и подземных водах микроорганизмы. Основным условием жизнедеятельности микроорганизмов является наличие в окружающей среде источников углерода, а также доноров и акцепторов электронов для проведения окислительно-восстановительных реакций, которые служат для них источником энергии. По типу питания микроорганизмы могут быть органогетеротрофами, литоавтотрофами, органоафтотрофами. В результате техногенного воздействия в почвы, грунты и подземные воды в избытке поступают органические соединения. Следовательно, основные микробные процессы в геологической среде города определяются гетеротрофной микрофлорой, развивающейся на органике.

Сложные органические вещества разлагаются микробами-гидролитиками в аэробных и анаэробных условиях на простые, органические и неорганические соединения, которые, в свою очередь, используются другими физиологическими группами микроорганизмов. Аэробные микроорганизмы, используя в качестве акцепторов электронов кислород, образуют различные окислы. Анаэробы осуществляют гидролиз и брожение с образованием летучих жирных кислот, спиртов, водорода. Эти вещества используются другими анаэробами, которые восстанавливают неорганические акцепторы электронов (нитраты, сульфаты, углекислоту, окисленное железо и др.). При этом, в соответствии с термодинамикой процессов, преимущество получают популяции, специализирующиеся на реакциях с более высоким энергетическим выходом. При наличии нитратов преимущество получают денитрификаторы. Деятельность этой группы, как и любой другой, оценивается неоднозначно в зависимости от конкретных целей и условий. С одной стороны, процесс денитрификации может эффективно препятствовать поступлению нитратов в подземные воды, с другой стороны, одним из продуктов денитрификации является такое неблагоприятное соединение как закись азота, образующаяся при рН 5—7 и при недостатке кислорода. Если в среде отсутствуют или исчерпаны нитраты, но имеются сульфаты, активно развивается сульфатвосстанавливающая популяция. В этом случае обеспечивается минерализация исходного загрязнения, однако накапливается такое токсичное загрязнение как сероводород. Наконец, накапливание метана с использованием углекислоты метанообразующими бактериями идет после исчерпания электронов. Образующиеся газы могут поступать в аэробную зону. Водород используется водородными бактериями в реакции высвобождения гремучего газа; нитрификаторы окисляют аммиак до азотной кислоты; сероводород окисляется тионовыми бактериями до серы и сульфатов; метан утилизируется метилотрофами с образованием углекислого газа и воды. На границе окислительной и восстановительной зон в микроаэрофильных условиях развиваются микроорганизмы, главная функция которых — создание геохимического барьера и бактериального фильтра для перехвата из аэробной зоны кислорода, губительного для анаэробов и восстановленных продуктов, из анаэробной зоны.

При наличии в грунтовых водах избыточной концентрации восстановленного железа и марганца в микроаэрофильной зоне будут развиваться железобактерии, а в аэробной — марганецокисляющие бактерии, так как марганец отличается большей геохимической подвижностью и большей устойчивостью к окислению кислородом воздуха. В случае поступления избыточных количеств различных загрязнителей, а также изменения физико-химических условий окружающей среды, равновесие в микробной системе будет нарушаться с преимущественным развитием тех или иных групп микроорганизмов. При этом разложение поступающего извне загрязнителя может обеспечиваться как в аэробном, так и в анаэробном блоке микробной системы - то есть система в целом и отдельные популяции способны выполнять функцию барьера, препятствующего распространению загрязняющих веществ в окружающей среде.

В результате развития микроорганизмов в условиях интенсивного загрязнения геологической среды возникают неблагоприятные ситуации. Ярким примером негативного антропогенного воздействия служат свалки. При аэробном разложении внутри свалок накапливаются растворенные органические кислоты и окислы. Просачивающиеся через свалки поверхностные воды приобретают агрессивность из-за подкисления этими соединениями и могут растворять карбонатные породы, вызывая коррозию подземных сооружений. В случае плохой аэрации идет активное выделение таких газов как аммиак, сероводород, метан. Высокие концентрации аммиака способствуют бурному развитию нитрификаторов, для которых реакция окисления аммиака в азотную кислоту является единственным источником энергии. Эта группа микроорганизмов способна интенсивно разрушать стены и фундаменты зданий вблизи свалок. Повышенное выделение сероводорода губительно сказывается на живых организмах и усиливает коррозию металлов. Подщелачивание среды за счет удаления сульфат-аниона сульфатредуцирующими бактериями может привести к осаждению кальция и магния в воде карбонатов и изменению состава грунтовых вод. Если внутри свалки накапливается в избытке метан, то, распространяясь в прилегающих почвах, грунтах и водах, этот газ угнетает растительность за счет массового развития метилотрофов, резко снижающих концентрацию кислорода в среде, идущего на окисление метана. В близлежащих грунтах продукты жизнедеятельности активизировавшихся организмов — слизи, газы, поверхностно-активные вещества — способны изменять свойства грунтов, вызывая, например, такое явление как плывуны.

В крупных промышленных городах, кроме органики, самым мощным загрязнителем являются соединения серы, которые входят в состав выбросов почти всех предприятий. Попадая в почвы, грунты, воду, атмосферу, эти соединения вовлекаются в цикл превращений в аэробном и анаэробном блоках микробной системы. В анаэробной зоне образующийся сероводород вызывает коррозию металлов, образуя сульфиды. В аэробной зоне развиваются тионовые бактерии, вызывающие сернокислотное выветривание горных пород, кислотную коррозию металлических сооружений и строительных материалов, растворение карбонатных пород. Серная кислота способствует замещению карбонатных пород на гипс, имеющий больший объем, что может привести к растрескиванию мраморных плит и других подобных материалов. В условиях угольного голода особенно остро стоит проблема с купоросными водами, которые образуются в углях из серы с помощью тионовых бактерий. Образующаяся серная кислота выщелачивает из окружающих пород металлы, в первую очередь железо, и создает агрессивную среду. Активному развитию сульфатредуцирующих бактерий способствуют поступающие со сточными водами органические соединения.

На территории г. Москвы при проведении микробиологического обследования отдельных корродированных участков трубопроводов теплосети и прилегающих к ним прогреваемых грунтов были выделены бактерии цикла серы, преимущественно термофилы. Среди выделенных бактерий обнаружены организмы, которые ранее выделялись только из морской подводной сольфатары с высокой температурой и повышенным давлением. Как видим, при антропогенном воздействии такие экстремальные условия для развития необычных форм создаются и в условиях города. Характерное для города мощное физическое воздействие (создание тепловых, электрических, электромагнитных полей и т.д.) также способно оказать влияние на деятельность микроорганизмов в геологической среде. При этом в первую очередь следует обратить внимание на повышение температуры в грунтах. В черте города в грунтах могут развиваться микроорганизмы с самыми разными требованиями к температуре — от психрофилов до термофилов, включая зону роста патогенных микроорганизмов (37°). Есть сведения о подавлении и повышении активности микроорганизмов под действием постоянного электрического тока. В экологическом плане наибольший интерес представляют такие лабораторные эффекты как ориентация клеток вдоль или поперек силовых линий электрического поля и направленное перемещение клеток в поле, что ведет к неоднородному пространственному распределению микроорганизмов. Микроорганизмы в городах разрушают битумные покрытия в резервуарах с питьевой водой, асфальтобетонные покрытия, памятники искусства, закупоривают водопроводные трубы.

Рассмотренные примеры неблагоприятных последствий заставляют ставить вопрос о прогнозе деятельности микроорганизмов в геологической среде. На первом этапе, сопоставляя условия жизнедеятельности микробов с физико-химической обстановкой среды обитания, была составлена карта-схема для территорий города с выделением зон возможных микробных процессов. Для крупных городских агломераций с населением более одного миллиона человек выделили следующие зоны возможных микробных процессов (на рис. 1.9. приведена схема распределения этих зон для территории г. Москвы).



1 зона — развитие гетеротрофной микрофлоры с усилением микробных процессов превращения серы и металлов
2 зона — развитие гетеротрофов  с  локальным  преобладанием процессов превращения соединений серы, азота, образования и окисления метана
3 зона — развитие гетеротрофов  с  преобладанием микробных процессов превращения азота
4 зона — развитие метанообразующих   и   метаноокисляющих бактерий
5 зона —     сбалансированное развитие микробной системы Рис. 1.9. Схема возможных микробных процессов в геологической среде крупной городской агломерации (для г. Москвы)
 

Зона 1 характерна для промышленных и примыкающих к ним селитебных районов с интенсивным загрязнением органическими веществами и соединениями серы. Это зона кислых и слабокислых грунтовых вод с высоким содержанием сульфат-иона, катионов металла, растворенных органических веществ; интенсивной кислотной коррозии и выветривания. В анаэробной зоне возможна сероводородная коррозия металлов с осаждением сульфидов.

Зона 2 характерна для селитебных районов, удаленных от промышленной зоны. Реакция среды слабокислая, нейтральная и слабощелочная. Опасность коррозионных процессов возрастает в зонах утечки из канализации, в прогреваемых грунтах около теплопроводов.

Зона 3 характерна для районов пищевой промышленности (главным образом мясомолочной) и бывших сельскохозяйственных угодий. Грунтовые воды загрязнены нитратами, реакция среды нейтральная, слабощелочная и щелочная. В анаэробных условиях возможны процессы аммонификации и денитрификации с выделением аммиака и окислов азота. В аэробных условиях возможна кислотная коррозия сооружений вблизи зон выделения аммиака, обеспечивающего развитие нитрификаторов.

Зона 4 характерна для районов с интенсивным поступлением органических загрязнителей из свалок и полей орошения. Реакция среды нейтральная. Возможны процессы коррозии и угнетения растительности вблизи свалок.

Зона 5 - характерна для лесопарковых территорий.

Выделенные зоны микробных процессов весьма условны, так как реальная структура микробных сообществ так же гетерогенна, как гетерогенна среда обитания. Гетерогенность системы не статична. При некоторых внешних воздействиях могут происходить изменения с выделением какой-либо микробной популяции в качестве доминантной. Следовательно, для прогнозирования последствий воздействия на памятники целесообразно сопоставить протекающие процессы с характером повреждения материала и его расположением в городской системе.

Для территории г. Москвы, как показывают наблюдения, все памятники по их ситуационному расположению в городской системе и варианту воздействия на них микробиоты можно разделить на две группы:

I — расположенные вблизи природных сообществ (вариант расположения А по схеме на рис. 1.9 — зона 5);

II — расположенные на территориях, где царствуют пионерные сообщества, т.е. бактерии, грибы и др. микроорганизмы (вариант расположения Б — соответственно, возможны зоны 1—4).

В соответствии с этим расположением (А и Б) можно различить два варианта механизма биоповреждений памятника:

А — биозаселение объекта, направленное на развитие экосистемы. Микроорганизмы действуют сапрофитно, что сопровождается процессом почвообразования и появлением растений, мхов, лишайников и др. на увлажненных участках конструкций. В случае развития биоповреждений по варианту А деструктивные процессы в материале идут с незначительной скоростью, происходит лишь в большей или меньшей степени нарушение эстетических характеристик поверхности материала. При этом для данных процессов приоритетное значение имеет фактор увлажнения. Такие механизмы являются рецидивирующими, в значительной степени зависящими от температуры, влажности и др. абиотических факторов, что соответствует варианту биокоррозии по принятым в реставрационной практике признакам. Эти повреждения памятников хорошо изучены, и для них имеется эффективная система профилактических мероприятий предупреждения. Опасным в этом случае мероприятием является уничтожение растительности, расположенной в непосредственной близости от памятника. Её уничтожение, как правило, приводит к нарушению экологического равновесия и активизации разрушающих процессов в памятнике, что будет происходить, пока не установится новое равновесие на этой территории;

Б — когда видимого биозаселения не наблюдается, так как в повреждении принимают участие патогенные микроорганизмы, а повреждения материала происходят на межкристаллитном, микроструктурном уровне. В этом случае (ситуация подобна кризисной, см. рис. 1.7) микроорганизмы — «пионерные виды», определяя взаимодействия в системе «памятник—среда», занимают все экологическое пространство. Функции этих микроорганизмов — восстановление нового равновесия на таких территориях. Пионерные виды дают начало новым формам жизни, а новые формы начинают заполнять экологические ниши. Это патогенные микроорганизмы, одна из функций которых в природной среде направлена на переработку минеральной составляющей (горных пород, минеральных веществ, почв и т.д.) в этой системе. В случае городской системы, для снятия ее кризисной фазы развития, они начинают перерабатывать минеральные и органические материалы строительных объектов, включая памятники. Так микробиотические факторы становятся определяющими в механизме повреждения всех строительных и реставрационных материалов. При развитии биоповреждений по варианту Б происходит интенсивное химическое загрязнение материала и диффузия в нем растворимых веществ. Появляются высолы, ускоряется процесс выветривания. Например, процесс растворения карбонатов происходит в гипердинамическом режиме и распространяется вглубь блока камня на 1—5 см в год, в зависимости от наличия в материале метастабильных фаз. Новообразования, возникающие в результате воздействия продуктов метаболизма микроорганизмов на материал памятника (прежде всего сульфаты натрия), перемещаются в материале и могут вызвать его разрушение за счет объемных деформаций. При этом такие процессы на ранних стадиях невозможно отследить визуально, что также осложняет задачу оценки биоповреждений.

Практически до настоящего времени такая классификация не проводилась и роль состояния экосистемы в вариантности развития процесса биоповреждения памятника не учитывалась. Это приводило к тому, что независимо от варианта биоповреждения использовались химические биоцидные препараты, представляющие опасность и для человека, и для окружающей среды. В результате таких действий при ремонте и реставрации неизбежно малоопасный процесс по варианту А переводился в вариант Б. Поэтому часто (в 90% случаев) после завершения реставрации и сдачи объекта биоповреждения появлялись вновь. При этом скорость процесса физико-химического разрушения материала резко возрастала.

Для идентификации указанных А и Б вариантов механизма биоповреждений по визуальным признакам и определения характерных проявлений стадий развития этих повреждений и прогнозирования тяжести последствий следует различать четыре стадии, представленные в табл. 1.3.

Таблица 1.3.
Классификация тяжести биоповреждения
Стадия
Проявления (характерные признаки)
видимые
невидимые
1
Локальные изменения в поверхностном слое (отдельные небольшие очаги пигментации, поверхностные шелушения), площадь повреждений до 10 мм
Появление в микроструктуре микроводорослей и бактерий. Возможны следы новообразований (сотые доли процента)
2 а
Мокрые пятна, видимая кромка капиллярного увлажнения, зеленый налет и локально расположенные темные пятна размером не более нескольких мм, как правило, заселенные сухопутными водорослями или темного цвета микролишайниками
Появление в микроструктуре отдельных бактериальных колоний, возможно наличие единичных гифов грибов
2 б
Появление на фасадных поверхностях налета зеленого и серого цвета в местах постоянного увлажнения слизистых пленок
Для стадии 26 явные следы новообразований (от десятых долей до одного процента)
Зарастание лишайниками, мхами. Появление признака слегка заметной шероховатости открытых поверхностей. Возможны белые солевые налеты, прочно сцементированные с материалом
Преобладание биотических структур сообществ мхов и лишайников, наличие колоний бактерий. Перекристаллизация кальцита в рамках углекислотного равновесного процесса. Количество новообразований не более 1%
3 б
Концентрация налета от серого цвета до черного. Появление на фасадных поверхностях визуально легко определяемых контуров и площадей с наличием желто-серых масляно-влажных пятен. На соседних участках возможны высолы, легко удаляемые с поверхности, и вздутия. Интенсифицируется процесс отшелушивания наиболее плотных поверхностных слоев. Внутри помещений — интенсивное зарастание влажных участков плесневыми грибами и колониями бактерий. Микроорганизмы присутствуют на площадях от десятков см до нескольких метров
Преобладание на поверхности гетеротрофных грибов и гифов внутри камня. Накапливание в поверхностных слоях кристаллогидратов и веществ, обладающих повышенной гигроскопичностью. На поврежденных участках под поверхностной коркой присутствуют новообразования с преобладанием сульфатов натрия, калия и кальция (сульфатизация свыше 5%)
4 а
Отслоение поверхностных корок («патины») в случае нарушения баланса увлажнения в наружных ограждающих конструкциях. Локальные выкрашивания в лицевом слое материала. Нарушение связности отделочных материалов. Появление на горизонтальных поверхностях и в трещинах растительности
Новообразования при перекристаллизации кальцита в поверхностных слоях. Присутствие в материале метастабильных соединений магния и железа
4 б
Растрескивание, отслоение штукатурных слоев. Скалывание, расслоение конструкционных материалов. Полное разрушение связующего кладочного и шовного растворов. Бурный рост культуры грибов или бактерий даже при незначительном нарушении тепловлажностного режима в помещениях
Необратимые изменения фазового состава. Большое содержание загрязнителей — сульфатов, соединений натрия, новообразований, возникших при растворении основных минералов материала (сульфатизация свыше 15%). Частое присутствие хлорида натрия на испаряющих поверхностях конструкций и в объеме материала

Сохранность памятника и качество реставрационных работ на территориях, лишенных природной среды, будут, прежде всего, зависеть от умения оценивать отклонения экосистемных параметров от нормального развития экосистемы охранной зоны памятника. В таких ситуациях подобный подход позволит правильно прогнозировать последствия создавшейся критической ситуации в экосистеме и правильно определить механизм биоповреждения материала памятника. На территориях с нарушенным экологическим равновесием меняется механизм разрушений. Не зная его, невозможно эффективно выбрать способы защиты конструкций зданий от заселения микроорганизмами (бактериями, грибами и т.д.), обеспечить антикоррозионную защиту и экологическую безопасность среды внутри помещений в зданиях с зафиксированными случаями биоповреждений.

* Для обсуждения использованы данные, изложенные в книге Бохарева Л.В. и др. «Рациональное использование и охрана окружающей среды города». — М: Наука, 1989.

Первоисточник: 
Экология. Основы реставрации. В.П. Князева М., 2005
 
 
 
 
Ошибка в тексте? Выдели ее мышкой и нажми   Ctrl  +   Enter  .

Стоит ли самостоятельно реставрировать непрофессионалу? (2017)


  1. Технические операции требуют профессиональных навыков.

  2. Представить ход работы - это одно, а сделать - совсем другое.

  3. Не каждому памятнику пригодны стандартные методики реставрации и хранения.

  4. Некоторые методики устарели из-за выявленных деструктивных последствий.

  5. Неверно подобранные материалы сразу или в будущем нанесут вред памятнику.

  6. Если возвращаете памятнику утраченную красоту, то сохраняете ли его подлинность?

________________

В этих и во многих других вопросах разбирается только квалифицированный специалист!
  • Вам в помощь на сайте представлены эксперты и мастера реставраторы.
  • Спрашивайте, интересуйтесь, задавайте вопросы на нашем форуме.
  • Обучайтесь под непосредственным руководством опытного наставника.

 

Что Вы считаете ГЛАВНЫМ в процессе реставрации? (2017)


Есть ли у вас друзья реставраторы? (2017)


Есть ли у вас друзья реставраторы?

«Дружба — личные взаимоотношения между людьми, основанные на общности интересов и увлечений, взаимном уважении, взаимопонимании и взаимопомощи». (Дружба—Википедия)

«Знакомство — отношения между людьми, знающими друг друга». (Знакомство—Викисловарь)

Система Orphus

Если вы обнаружили опечатку или ошибку, отсутствие текста, неработающую ссылку или изображение, пожалуйста, выделите ошибку мышью и нажмите Ctrl+Enter. Сообщение об ошибке будет отправлено администратору сайта.

ЕЖЕГОДНЫЙ КОНКУРС ЛУЧШИХ РАБОТ ВЕРНИСАЖА И ВЕБ-ПОРТФОЛИО

БИБЛИОТЕКА РЕСТАВРАТОРА

RSS Последние статьи в библиотеке реставратора.

НазваниеАвтор статьи
УЧЕБНИК РУССКОЙ ПАЛЕОГРАФИИ (1918) Щепкин В.Н.
МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНИКА ВИЗАНТИЙСКОЙ РУКОПИСНОЙ КНИГИ Мокрецова И. П., Наумова М. М., Киреева В. Н., Добрынина Э. Н., Фонкич Б. Л.
О СИМВОЛИКЕ РУССКОЙ КРЕСТЬЯНСКОЙ ВЫШИВКИ АРХАИЧЕСКОГО ТИПА Амброз А.К.
МУЗЕЙНОЕ ХРАНЕНИЕ ХУДОЖЕСТВЕННЫХ ЦЕННОСТЕЙ (1995) Девина Р.А., Бредняков А.Г., Душкина Л.И., Ребрикова Н.Л., Зайцева Г.А.
Современное использование древней технологии обжига керамических изделий Давыдов С.С.