Współczesne poglądy na rozkład drewna w obiektach zabytkowych

Jerzy Ważny

Współczesne poglądy na rozkład

drewna w obiektach zabytkowych

JERZY WAŻNY

WSPÓŁCZESNE POGLĄDY NA ROZKŁAD DREWNA

W OBIEKTACH ZABYTKOWYCH

R ozkład d re w n a od przeszło stu la t stanow i p rz e d m io t w n ik liw y ch b ad ań naukow ych. Za­ in te reso w an ie ty m p ro b lem em w yn ik a nie ty lk o z jego znaczenia czysto naukow ego, ale p rz e d e w szy stk im stąd, że rozkład drew n a jest p rzy czy n ą pow ażn y ch szkód m ate ria ln y c h w różnych dziedzinach gospodarki i k u ltu ry . P ro c es ro zk ład u d rew n a szczególnie w odnie­ sien iu do zachow anych zabytkow ych budow li 1 d rew n ia n y c h obiektów ruchom ych pow oduje s tr a ty nie d ające się ocenić, często zresztą nieo d w racaln e. A by stra to m w tej dziedzinie w m ia rę m ożliw ości zapobiec, a p rzy n a jm n ie j w y d a tn ie ograniczyć d e stru k c y jn e sk u tk i tego procesu, konieczne jest dokładne poznanie czynników niszczących d rew no oraz m echa­ n izm u ich działania.

W 1878 r., a więc bez m ała sto la t tem u, n ie­ m iecki m ykolog R. H a rtig udow odnił po raz pierw szy, że niszczenie d rew n a może zachodzić ty lk o pod w pływ em rozw ijający ch się w nim grzybów . Od tego czasu liczni n au kow cy b a ­ dali zjaw iska ro zk ład u d rew n a i doszli do w niosku, że je s t on procesem enzym atycznym , w y w o ły w any m p rzez enzym y, k tó re d ziałają jako b io k ata liz ato ry , a w ydzielane są przez różne m ik roo rgan izm y. W zależności od zespołu enzym ów , ja k im i d y sp o n u ją m ikroorganizm y, w d rew nie rozkładow i ulegać m ogą celuloza lub lignina. To stw ierd zen ie pozw oliło Falcko- w i (1926 r.) n a u sta le n ie dw óch typów ro zk ła­ du: d estru k cy jn eg o , p rz y k tó ry m zniszczeniu ulega celuloza, i korozyjnego, pow odującego zniszczenie ligniny. P ó źn iejsi badacze, jak W a­ nin, B avendam m , K ochm an, zaproponow ali uw zględnienie — obok rozk ład u d e stru k c y jn e ­ go, nazw anego przez nich b ru n atn y m , i koro­ zyjnego czyli p stre g o — trzeciego typ u , zw a­ nego je d n o lity m lu b białym , działającego de­ s tru k c y jn ie zarów no na celulozę, jak i na lig­ ninę. D alsze b a d a n ia i o bserw acje prow adzone w różnych dziedzinach zastosow ania drew na w ykazały, że m oże ono ulegać zniszczeniu rów nież w p rzy p a d k a c h , w k tó ry ch działanie m ikroorganizm ów — w szczególności g rzy ­

2

bów — było praw ie w ykluczone lub też nie udało się stw ierdzić w ogóle ich obecności. B yły to sytuacje, w któ ry ch drew no z n a jd o ­ wało się pod w pływ em działania chem ikaliów (kwasów i zasad), czynników atm o sferyczn ych (pow ietrze, w oda, św iatło, te m p e ra tu ra ) lub radiacji izotopowej.

R ozpatrzm y po kolei m ożliwości w y w oły w an ia rozkładu d rew na przez te czynniki.

D ziałanie rozkładow e su bstancji o c h a ra k te rz e kw asów lub zasad nie w ym aga bliższych o b ja ś­ nień. Pod w pływ em tych związków n a s tę p u je hydroliza drew na, w y k orzystyw an a od w ielu lat w p ro d u k cji p apieru.

D ziałanie czynników atm osferycznych na d re w ­ no jest zagadnieniem d y sk usyjn y m . W iadom o pow szechnie, że drew no użytkow e, z n a jd u ją c e się przez dłuższy czas w zm iennych w a ru n ­ kach atm osferycznych, początkow o zm ienia sw oją barw ę, sta je się szare, n astęp n ie n a jego pow ierzchni tw orzą się spękania, tk a n k a zaczy­ na się w ykruszać. M am y tu do czy n ien ia z kom pleksow ym działaniem różnych cz y n n i­ ków, z k tóry ch część może praw d op od ob nie w yw oływ ać zm iany chem iczne, a d ziałan ie innych jest raczej problem atyczne. Nie m a r a ­ czej w ątpliw ości co do działania rozkładow ego św iatła, a ściślej m ówiąc pro m ien io w an ia u ltrafioletow ego, i pow ietrza (tlenu). U ltra fio ­ let, działając k atality cznie, ak ty w iz u je p ro cesy u tlen ian ia celulozy i ligniny; zjaw iska te są jednak bardzo pow olne i z reg u ły o g ran iczają się do pow ierzchniow ej w a rstw y d rew n a. Izo­ topy prom ieniotw órcze dysponują do stateczn ą energią, ab y spowodow ać zm iany chem iczne w drew nie. W w yn iku działania p ro m ie n i ß i γ n a stę p u je depolim eryzacja celulozy i lign iny , czyli tzw. radioliza. Nie budzi w reszcie żad ­ nych w ątpliw ości u jem n y w pływ w ysokiej te m p e ra tu ry (powyżej 140°C) na drew no. D zia­ ła ona bezspornie jako czynnik u tle n ia ją c y , w w yniku czego drew no ulega pirolizie.

D uże znaczenie p rzy rozkładzie d rew n a p rz y ­ p isu ją n ie k tó rz y badacze działan iu w ody. Isto t­ nie, tk a n k a d rzew na c h a ra k te ry z u je się dużą higrosk o p ijno ścią i nasiąkliw ością, a ty m sa­ m ym u lega pęcznieniu p rz y zw iększaniu w il­ gotności i kurczen iu p rz y przesychaniu. Na sk u te k częstego, w ielokrotnego w y stępow ania tego zjaw isk a i jego nieró w n o m iern o ści w sto ­ su n k u do całej m asy drzew n ej, na pow ierzchni d re w n a p o w sta ją liczne, w iększe lub m niejsze spękan ia. Je d n ak że pom iędzy spękaniam i tk a n ­ ka d rz e w n a jest n ien aru szo n a i nie w yk azuje zm ian chem icznych. 'M am y zatem do czynie­ nia z d ziałan iem sił fizycznych, a nie z ro zkła­ dem chem icznym . I b y ło b y dziw ne, g dyby sa­ m a w o d a b y ła zdolna do w yw oływ ania rea k c ji chem icznych, czyli h ydrolizy, bez ud ziału ja ­ kichk olw iek k atalizato ró w . Jeżeli nie n a stę p u ­ je h y d ro liz a lub u tle n ia n ie cu k ru, czyli sacha­ rozy, w cukierniczce, to dlaczego m ogłoby to być m ożliw e w odniesieniu do znacznie b a r­ dziej skom plikow anych w budow ie w ęglow o­ danów drew n a. A zatem tru d n o jest mówić 0 w odzie jak o przyczy n ie „ w ie trze n ia ” drew na. P rzep ro w ad zo n e w ostatnich latach szczegó­ łow e i żm u dn e bad an ia d rew n a zniszczonego w ró żn y ch okolicznościach, a p rzy p o m in ające­ go sw oim w y glądem drew no zniszczone przez czy n n ik i atm osferyczne, pozw oliły n a w y ja ś ­ nien ie zjaw iska tzw. „ w ie trze n ia ” drew na. W 1954 r. angielski m ykolog S avory stw ie r­ dził, że ro zk ład d rew n a m oże być w y w oływ any rów nież p rzez grzy by z k la sy A scom ycetes 1 D eu tero m y cetes, a nie ty lk o przez pod staw - czaki (Basidiom ycetes), jak dotychczas sądzono. Mogą się one rozw ijać w w a ru n k ach i sy tu a ­ cjach, w k tó ry c h — szczególnie ze w zględu na dużą w ilgotność — rozw ój podstaw czaków jest niem ożliw y. W d rew n ie chłodni kom inow ych, w stre fie p rzy ziem n ej i w ierzchołkow ej s łu ­ pów, n a podkładach kolejow ych, na palach m ostow ych i po rto w ych stw ierdzono później w y stę p o w a n ie licznych g atu n k ó w tych g rzy ­ bów. W y w o ły w any przez nie rozkład różni się od typo w ego rozk ład u grzybow ego i nazw an y został p rze z badaczy niem ieckich „M oderfäule” , przez angielskich zaś — „ S o ftro t” . W w a ru n ­ k ach po lsk ich rozkład tego ty p u , nazw an y przez a u to ra niniejszego opracow ania „rozkładem p le śn io w y m ”, n oto w an y b y ł w chłodniach ko­ m inow ych, n a słupach oraz w b u d y n k ach — w m iejscach silnego zaw ilgocenia, np. pod zle­ w am i, w podw alinach itp. R ozkład pleśniow y stw ie rd z o n o rów nież w licznych budow lach za­ b y tk o w y ch , np. w W ilanow ie i w zam ku w L u ­ blinie.

B ad an ia n a d rozkładem pleśniow ym pro w adzo­ ne są szeroko przez lab o ra to ria zagraniczne. Ich w y n ik i pozw alają obecnie na w y jaśn ien ie p rzy c z y n y rozkładu d rew n a w tych p rz y p a d ­ kach, w k tó ry c h nie m ożna było ich dotychczas ustalić. N a m iędzynarodow ym sym pozjum w B e rlin ie w 1965 r. stw ierdzono w w y nik u

przedstaw ionych rez u lta tó w badań, że rozkład pleśniow y jest n iew ątpliw ą p rzy czyn ą zjaw iska „w ietrzen ia” drew na, k tó re obserw ow ać m ożna wszędzie — na o tw a rte j p rze strz e n i i pod d a ­ chem. R ozkład pleśniow y odnosić się może do każdego drew na, k tó re m a ty lk o dostateczną wilgotność i dostęp tlenu . R ozkład pleśniow y rozprzestrzen ia się nie tylko w naszym k lim a ­ cie, ale w y stęp u je n a całej k u li ziem skiej. P rzypisać m u n ależy duże znaczenie gospodar­ cze ze w zględu na jego powszechność, m im o stosunkow o w olniejszego tem pa procesów ro z­ kładow ych w poró w nan iu z rozkładem w yw o­ ływ anym przez g rzyb y podstaw czaki.

O pierając się n a dotychczasow ych w yn ikach badań i poglądach naukow ców , m ożna s tw ie r­ dzić, że drew no nie p su je się an i nie tra c i swoich w łasności w yłącznie na sk u tek starzen ia się. Jego niszczenie może następow ać w w y ­ niku działania różnych czynników chem icz­ nych, fizycznych lub biologicznych. N ależy w y ­ różnić dw a rodzaje procesów zachodzących w drew nie: uszkodzenie d rew n a i rozkład d rew n a. U szkodzenia drew na następow ać m ogą pod w pływ em sił m echanicznych, np. tarcia, ścisk a­ nia, rozciągania, nierów nom iernego pęcznienia i k urczenia się oraz na sk u tek żeru owadów. W ty ch p rzyp ad kach w drew n ie p o w stają róż­ nego rodzaju o tw ory (spękania, chodniki la r ­ w alne), zgniecenia lub zniekształcenia kom órek. R ozkład drew na może n astąp ić pod w pływ em czynników zdolnych do a k ty w izacji procesów hy d ro lizy lub oksydacji. Bez działania k a ta li­ zatorów lub b iokatalizatorów drew no nie zm ie­ nia sw ojej s tr u k tu ry chem icznej i może ją za­ chow yw ać przez czas nieograniczony. W spół­ czesny podział czynników niszczących drew n o będzie zatem przed staw iał się następująco:

CZYNNIKI NISZCZĄCE DREWNO

Uszkodzenie drew na Rozkład drew na

C z y n n i k i f i z у с z n o - m e с h a n i с z n e

Działanie sił m echanicz­ nych (pękanie na skutek różnicy wilgotności, tarcie i in.)

C z y n n i k i f i z y k o c h e m i c z n e Światło (ultrafiolet) Wysokie tem peratury Radiacja izotopowa C z y n n i k i c h e m i c z n e Kwasy Zasady C z y n n i k i b i o l o g i c z n e Owady Bakterie Grzyby

t a l 1

■■ Г -— P i

3 b .

Çq

5ь.

Z m iany m ikro stru k tu ry drewna pod w pływ em działa­ nia grzybów: 1. Drewno zdrowe: 2. Drewno zniszczone przez rozkład brunatny; 3 a, b. Różne fazy zniszczenia przez rozkład jasny jednolity; 4 a, b. Różne fazy znisz­ czenia przez rozkład jasny jam kow aty; 5 a, b. Różne fazy zniszczenia przez rozkład pleśniowy.

Transform ations survenues dans la m icrostructure du bois sous l’action nocive des champignons lignivores: 1. Bois sain 2. Bois détérioré par la pourriture brunâtre 3. a,b. différentes phases de la détérioration par la pourriture claire homogène 4. a,b. différentes phases de la détérioration par la pourriture claire caviteuse 5. a,b. différentes phases de la détérioration par la moisissure

W rozkładzie d rew n a pow odow anym przez grzyby w y ró żn iam y obecnie n a stę p u jąc e typy: R o z k ł a d b r u n a t n y — zw any także de­ stru k c y jn y m , zachodzi w w y n ik u procesu h y ­ drolizy celulozy i hem iceluloz. G rzyb y w yw o­ łujące ro zkład b ru n a tn y p ro d u k u ją i w yd ziela­ ją en zy m y ty p u hydrolaz, w szczególności en­ zym a k ty w iz u jąc y rozkład celulozy — celula- zę. W w y n ik u pow staw ania szeregu zw iązków pośrednich — ostatecznym p ro d u k te m ro zk ła­ du jest glikoza, p rzy sw aja n a przez grzyby. J e d ­ nocześnie z rozkładem celulozy i hem iceluloz n a stę p u ją p ew ne zm iany jakościow e ligniny, niew yczuw alne ilościowo p rz y stosow anych m e­ todach an ality czn y ch . P rzypuszcza się, że lig­ nina tra c i część grup m etoksylow ych i ulega częściowej przem ianie n a kw asy hum usow e, co nadaje d re w n u b ru n a tn ą barw ę. O statecznie drew no p rz y rozkładzie b ru n a tn y m , poza zm ia­

ną zabarw ienia, rozpada się na p ry zm aty czn e klocki, sta je się m iękkie, kruche, w palcach d a­ je się z łatw ością rozcierać n a proszek. J e d n o ­ cześnie ze zm ianam i chem icznym i n a s tę p u ją w drew nie zm iany anatom iczne. C h a ra k te ry z u ­ ją się one przede w szystkim znacznym z m n ie j­ szeniem się grubości błon kom órkow ych do­ chodzącym n iek ied y do 75%, m niej w ięcej ró w ­ n om iernym na całym obwodzie i długości ko­ m órek (il. 2).

R o z k ł a d j a s n y j e d n o l i t y — w y w o ły ­ w any jest przez g rzyby zdolne do p ro d u k o w a ­ nia i w ydzielania enzym ów ak ty w izu jący ch rozkład w szystkich składników drew na, tj. w ę­ glow odanów i ligniny. Obok procesów h y d ro li­ zy zachodzić tu ta j będą procesy u tle n ia ją ce , a zatem grzyby dysponow ać po w in n y całym kom ­ pleksem enzym ów hy dro lityczn y ch i o ksyd a­ cyjnych. W w y n ik u rozkładu ty p u jasnego je d ­ nolitego drew n o p rzy b ie ra kolor jasny, tj. ja ś­ n iejszy od koloru d rew n a zdrowego, często n a ­ w et zupełnie biały, sta je się m iękkie, jed n a k nie kruche, lecz elastyczne; p rzy zaaw ansow a­ nym rozkładzie drew no rozpada się w zdłuż słojów rocznych na p łatk i p rzy p o m in ające tzw. lig nin ę sa n ita rn ą . W m ik ro stru k tu rz e d rew n a zachodzą c h a ra k te ry sty c z n e zm iany. W błonach kom órkow ych tw orzą się liczne s tre fy ro zk ła ­ du w szystkich składników (il. 3 a, b). R ozpusz­ czanie ogranicza się do określonego obszaru w zdłuż strzępków . D alszy rozkład ścian ko­ m órkow ych odbyw a się przez nowo u tw o rzo n e strzęp k i grzybni.

R o z k ł a d j a s n y j a m k o w a t y — c h a ­ ra k te ry z u je się w zasadzie ty m i sam ym i zm ia­ nam i chem icznym i w drew nie, jak ie zachodzą p rz y rozkładzie jednolitym , różnica polega głów nie na koncentro w aniu się akty w n o ści e n ­ zym ów początkow o w niek tó ry ch p u n k ta c h b ło­ ny, w w yn iku czego — obok nie n a ru szo n y ch frag m en tó w — tw orzą się w n iej ro m b o idaln ej fo rm y otw orki, szybko się rozszerzające (il. 4 a, b). D rew no zniszczone przez rozkład ja m ­ k o w a ty m ożna łatw o rozpoznać po tw orzący ch się na tle ciem niej zabarw ionego d rew n a so- czew kow ato-jam kow atych w głębien iach w tkance drzew nej, w ypełnionych b iały m i re s z t­ kam i w łókien.

R o z k ł a d p l e ś n i o w y — nie w y k a z u je łatw o zauw ażalnych sym ptom ów , jak ie zw ykle w y stęp u ją p rz y rozkładzie b ru n a tn y m lub ja s ­ nym . W m okrym środow isku, w k tó ry m g rzy ­ by w yw ołujące rozkład pleśniow y w y s tę p u ją najczęściej, drew no pok ry w a się brązow o czarną lub brązow oszarą, m iękką, cienką w a rstw ą, do­ piero p rz y w y sy chan iu p ę k ającą w zdłuż i w po­ przek. Głębokość rozkładu jest na ogół n ie w ie l­ ka, chociaż b y w ają w ypadki d ziałan ia tych grzybów na kilk a cen ty m etró w w głąb d re w ­ na. Z w ykle w a rstw a zniszczona, po p rze sc h n ię ­ ciu i spękaniu, odpada niew ielkim i p ła tk a m i,

co u tru d n ia u stalenie rzeczyw istej głębokości porażenia. W ażną cechą diagnostyczną je st tu ­ taj dość w y raźna granica pom iędzy stre fą zaa­ takow aną a zdrow ą, nie w y stęp u jąca nig dy p rzy innych typach rozkładu. M ik ro stru k tu ra drew na zniszczonego przez rozkład pleśniow y, dająca się prześledzić dokładnie za pom ocą m i­ kroskopu elektronow ego, je s t bardzo c h a ra k te ­ rystyczna. S trzęp ki grzybni tych grzybów nie rosną w ew n ątrz kom órek drew na, ale p rze n i­ k ają bezpośrednio do błony kom órkow ej, roz­ p rze strz e n ia ją się tam rów nolegle do przebiegu fib ry l i, rozpuszczając su b stan cje ścian kom ór­ kow ych, tw orzą rom boidalne w głębienia o ostrych końcach, tzw. k aw ern y . Z m iany w ściankach m ożna obserw ow ać n a jle p ie j na p rz e k ro ju poprzecznym drew na. W idoczne są tam drobne otw orki, któ re z czasem sta ją się coraz liczniejsze, łączą się i w końcu z ajm u ją całe w tó rn e zgrubienie błony (il. 5 a, b).

Pod w zględem chem icznym rozkład pleśniow y odgryw a szczególną rolę. G rzyby te pow odują

p rzed e w szystkim h ydrolizę węglow odanów , ale jednocześnie stw ierdzono zm niejszanie się za­ w arto ści ligniny. N ależy przypuszczać, że w o­ bec dużej liczby grzybów w yw ołujących rozkład pleśniow y, zm iany chem iczne mogą m ieć róż­ n oro d n y c h a ra k te r. Dalsze badania pozw olą n iew ątp liw ie to zagadnienie bliżej w yjaśnić. W ykrycie i bliższe zbadanie rozkładu pleśn io­ wego — k tó ry obok innych czynników stanow i p rzy czyn ę niszczenia d rew n a w budow lach i ruchom ych obiektach zabytkow ych — m a isto tn e znaczenie dla p rac konserw ato rskich. Jednocześnie staw ia przed n auk ą now e zada­ n ie — opracow ania m etod i środków chem icz­ nych, k tó re by uw zg lędn iały odm ienne w łaści­ wości m ikroorganizm ów w yw ołujących rozkład pleśniow y.

doc. dr inż. Jerzy Ważny

Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego W arszawa

LES OPINIONS ACTUELLES SUR LA DESTRUCTION DU BOIS DANS LES MONUMENTS HISTORIQUES

La destruction du bois résulte de l’action de divers facteurs que l’on divise généralem ent en 4 groupes suivants:

1. Les facteurs physico-chimiques tels que: action des forces m écaniques (frottem ent, compression, traction) provoquent la destruction du bois,

2 Les facteurs physico-chimiques — lum ière (ultra­ violet), hautes tem pératures, radiation des isotopes — entraînent la décomposition du bois.

3. Les facteurs chimiques — acides, alcalins — pro­ voquent la décomposition du bois.

4. Les facteurs biologiques — insectes, détruisent le bois, les bactéries e t les champignons lignivores pro­ voquent la décomposition du bois.

Dans la décomposition du bois causée par les cham ­ pignons lignivores, on distingue les types suivants: 1. La pourriture brunâtre apparaît à l’issue d’un processus de l’hydrolyse de la cellulose et des hemi- celluloses provoqué par les enzymes du type hydrolaz. Le pro d u it final de ce processus est la glucose assimilée par les champignons lignivores. Le bois se détériore en cales prysm atiques, il devient mou et fragile. En même temps des changements anatom iques survien­ nen t dans la structure du bois. , 2. La pourriture claire homogène consiste en une hydrolyse et une oxydation de tous les éléments du bois notam m ent des hydrates de carbone, de la lignine provoquée par les enzymes dégagés par les cham ­ pignons lignivores. En résu ltat de ce processus le bois

devient de plus en plus clair, parfois même blanc et se détériore en morceaux le long des couches a n ­ nuelles.

3. La p ourriture caviteuse claire. Dans le bois se produisent les mêmes changements chimiques que dans celles de la p o u rritu re claire homogène avec cette différence qu’elles se concentrent seulem ent en certains points form ant une cavité creuse dans le tissu du bois.

4. Moisissure. Des filam ents de champignons ligni­ vores pénètrent directem ent dans la m em brane cel­ lulaire, dissolvant la substance des parois cellulaires par l’hydrolyse des hydrates de carbone. Les cavernes qui se form ent ainsi deviennent de plus en plus nom breuses et s’unissent les unes aux autres. Dans un m ilieu humide où ces champignons lignivores apparaissent le plus fréquem m ent le bois se couvre d’une couche tenue et molle, brune et noirâtre soit grisâtre, qui ne se fend qu’en séchant. La profondeur de la décomposition n ’est pas très grande en général, m ais parfois il arrive que l’infection des champignons lignivores attein t juisqu’à quelques centim ètres de pro­ fondeur. Entre la zone attaquée et la zone saine appa­ ra ît une lim ite assez visible, ce qui n ’a jam ais été observé lorsqu’il s’agit d’autres genres de décomposi­ tion.

La moisissure est provoquée par les champignons lignivores de la classe des Ascomyeètes, par contre les autres types de décomposition sont provoqués par les champignons lignivores basides — Basidiomycètes.