Janusz Lehmann
Zagrożenia zabytków przez skażenia
środowiska
Ochrona Zabytków 51/1 (200), 28-30
1998
Janusz Lehmann
ZAGROŻENIA ZABYTKÓW PRZEZ SKAŻENIA ŚRODOWISKA
Przyspieszony postęp cywilizacyjny ostatniego stu lecia, a zwłaszcza rozwój przem ysłu i m otoryzacji, p o ciąga za sobą narastanie skażeń środow iska n atu raln e go — pow ietrza, w ody i gleby. O bliczono, że w latach pow ojennych emisja skażeń do atm osfery i w ody p o dwajała się w Ameryce Północnej i w E uropie prze ciętnie co 15 lat.
Zagrożenia stw arzane przez zanieczyszczenia śro d o wiska dla zabytków w w ielkich m iastach sygnalizow a ne były w początkach XX w. Stw ierdzono na przykład, że skórzane opraw y książek w bibliotece królewskiej w Londynie stają się kruche już po 20 latach, podczas gdy przechow yw ane w rezydencjach wiejskich nie tra cą elastyczności naw et po 100 latach. W inę za to przypisano wysokiem u stężeniu dw utlenku siarki w a t m osferze Londynu.
Jednak dopiero od końca lat pięćdziesiątych zaczęły się w Europie i Ameryce na dużą skalę działania m a jące na celu ograniczenie emisji zanieczyszczeń i oczy szczanie skażonych w ód, a w latach siedem dziesiątych zaw arto pierwsze konw encje zm ierzające do ograni czenia emisji zanieczyszczeń i do oczyszczenia atm o sfery.
Kwestie związane z dewastacją i skażeniem gleby znajdują się obecnie w fazie badań i dyskutow ania. W śród tem atów obecnie najintensyw niej opracow y w anych są te, które dotyczą skażeń gleby m etalam i ciężkimi oraz utylizacji i unieszkodliw iania odpadów , w tym rów nież k o m unalnych1.
W zakresie ochrony zabytków najwcześniej p o d jęto działania dotyczące zabytków przechow yw anych w m uzeach. W 1965 r. odbyła się w L ondynie konfe rencja pośw ięcona klim atologii m uzealnej. W latach siedem dziesiątych opracow ano norm y m iędzynarodo we w arunków przechow yw ania zabytków w m uzeach, na podstaw ie których w ydano norm y do stosow ania w poszczególnych krajach2.
Dla zabytków architektury takie wytyczne, jednak znacznie ogólniejszej natury, pró b o w an o opracow ać na m iędzynarodow ym sym pozjum zorganizow anym w 1986 r. przez U niw ersytet w G óteborgu i Instytut Szwedzki w Rzymie, przy współudziale Komitetu Kon serw atorskiego IC O M i Rzymskie C entrum UNESCO. Sympozjum to dało im puls do podjęcia w ielu szczegó łowych badań3.
1. Chem iczne zagrożenia s'rodowiska w Polsce. Raport — ekspertyza, pod red. L. Paw łow skiego i Z. Kozaka, Komiter N auk Chemicznych PAN, Lublin 1 9 83.
2. L ’environnem ent de l ’ Europe. Rapport du C onseil m inistériel nordique à la Conférence internationale du C onseil nordique sur la pollu tion atm osférique transfrontiere, Stockholm 1986; B. Becker,
Skażenia atmosfery, wody i gleby
Liczne są substancje skażające atm osferę, w odę i glebę oraz różne są ich źródła. O drębnie klasyfiko w ane są skażenia biologiczne i radioaktyw ne. Panuje przekonanie, że środow isko, przede wszystkim atm o sfera i w ody pow ierzchniow e, są zatruw ane przez m ia sta i przem ysł, natom iast wieś utrzym uje zdrow e śro dow isko. Pogląd ten już nie jest trafny. Z naczna część skażeń atmosfery, w ód pow ierzchniow ych i gleby p o w odow ana jest obecnie intensyfikacją upraw y i h o dowli. W H olandii np. połow a skażeń pochodzi z ro l nictwa. Skażenia gleby i w ody pochodzą rów nież ze stosow ania naw ozów sztucznych, fungicydów, insek tycydów i herbicydów.
Skażenia atmosfery, w ód pow ierzchniow ych i gleby muszą być rozpatryw ane ilościowo. Często te same składniki występują w podw ójnej roli, raz jako skład niki pożyteczne i niezbędne do utrzym ania życia, drugi raz jako szkodliw e skażenia. O zon w stratosferze jest pożyteczny, tw orzy w arstw ę o ch ro n n ą niezbędną do ochrony życia przed prom ieniow aniem UV. W tro p o - sferze norm alne stężenie ozonu w ynoszące 1 5 -4 0 ppb (ok. 3 0 -8 0 ptg/m 3) jest pożyteczne, natom iast w ystę pujące ostatnio w rejonach „dziury o zonow ej” stęże nia powyżej 100 ppb (200 p,g/m 3) są groźne dla życia. Pow odują one zaburzenia w gospodarce w odnej ro ślin, u ludzi sprzyjają pojaw ianiu się raka skóry.
D w utlenek węgla i m etan określane są m ianem ga zów cieplarnianych. Bez dw utlenku węgla w pow ie trzu nie m ogłoby istnieć życie na ziemi. Stw ierdzono, że nadm ierna ilość dw utlenku węgla i m etanu w p o w ietrzu przyczynia się do ocieplenia klim atu.
Przyjmuje się, że czyste powietrze zawiera ok. 0,2 ppb S 0 2, 1,0 ppb N O x oraz 1 0 -3 0 p p b 0 3. W skażonym pow ietrzu w mieście zawartość S 0 2 może być 100-krot- nie, a w ekstrem alnych przypadkach 1000-k ro tn ie wyższa. Z aw artość N O x m oże w zrosnąć 5 0 -k ro tn ie . N atom iast zaw artość ozonu jest zwykle redukow ana przez tlenki azotu, z którym i w chodzi w reakcję, cho ciaż w szczególnych warunkach, przy silnym nasłonecz nieniu tw orzą się ze spalin sam ochodow ych trujące nadtlenki, a stężenie ozonu m oże osiągnąć aż 200 ppb. M ożem y przyjąć, że przed uprzem ysłow ieniem , kiedy nie spalano węgla kam iennego i pochodnych ropy
naf-H. M üller, G. Bredenbeck, Internationales Sym posium „Klim a und B eleuchtung von M useen’’, „Informationen für die M useen der D D R ”, 2 1 , 1 9 8 9 , 4 , s. 8 9 -1 0 1 .
3. A ir P ollution an d Conservation, Safeguarding O u r Architectural H eritage. Proceedings o f the International Interdisciplinary S ym po sium , Rom e, O cto b er 1 5 -1 7 1986.
towej, stężenia S 0 2 i N O x w atm osferze E uropy były zbliżone do ich zaw artości w czystym pow ietrzu.
Skażenia pow ietrza określano wg ilości spalanych paliw i zaw artości w nich zw iązków tw orzących ska żenia. Obecnie m etodą pom iaru stężenia skażeń jest m onitoring, tj. bezpośrednie oznaczanie zaw artości poszczególnych skażeń w pow ietrzu, w odzie i glebie w licznych, w ybranych miejscach. W Poznaniu Pań stw ow a Inspekcja Sanitarna posiada kilka stacji pom ia ru skażeń atmosfery. Prowadzi się pom iary stężeń py łów (w tym metali ciężkich), tlenków siarki i azotu oraz związków fluoru. Z w yników poszczególnych pom iarów oblicza się w artości średnie. Tak np. dla dw utlenku siarki uzyskano następujące średnioroczne stężenia: ul. Kościuszki (śródmieście) — 71 /xg/m3, ul. C zw artaków (przemysł) — 76 ^ug/m3, a na obrzeżu miasta: ul. N o w ina — 38 jug/m3, O siedle K osm onau tów — 46 n g/nT, O siedle Armii Krajowej — 41 /rg/m 3. N iszczenie materiałów przez agresywne skażenia
Niszczenie jest w zasadzie nieuchronne. Jednakże podejm ując odpow iednie działania, proces ten m ożna przyśpieszać lub opóźniać. U m iejętność stosow ania działań i środków opóźniających niszczenie jest istotą konserwacji i ochrony zabytków 4.
Czynniki niszczące w środow isku próbuje się dzielić na naturalne i sztuczne. Podział ten nie jest przejrzysty. „N atu raln y ” klim at jest m odyfikow any przez człow ie ka. N iektóre skażenia pow ietrza, w ody i gleby są do pew nego poziom u zawartości ich „n atu raln y m i” składnikam i. Po przekroczeniu określonego stężenia stają się agresywne. Należy podkreślić, że poszczególne czynniki rzadko działają indyw idualnie, zwykle n a to m iast w zespołach. Działanie łączne m oże potęgow ać niszczenie5. Tak np. dow iedziono, że niszczące działa nie dw utlenku siarki potęgow ane jest obecnością tlen ków azotu lub ozonu; że obecność w ody nie tylko potęguje niszczenie, ale jest wręcz niezbędna, aby p ro ces niszczenia mógł nastąpić. U ogólniając te zależności m ów im y o synergizmie oddziaływ ania czynników fi zycznych, chem icznych i biologicznych z w arunkam i ekologicznym i i klim atycznym i determ inującym i k ró t k o - i długoterm inow e zm iany w stanie zachow ania obiektów zabytkowych.
Powietrze składa się z 1 części tlenu i 4 części azotu z niewielkim dodatkiem dw utlenku węgla i gazów szlachetnych. O prócz tych składników w pow ietrzu zwykle zaw arte są zanieczyszczenia stałe i gazowe, ozon i para w odna. Z p unktu w idzenia trw ałości m a teriałów , azot, dw utlenek węgla i gazy szlachetne uznaw ane są za obojętne. Inne gazy zaw arte w p ow ie trzu, zwłaszcza siarkow odór, tlenki siarki i azotu, ozon
4. Lehmann J . , Chem ia w ekspertyzie i konserw acji za b y tk ó w z m a teria łó w nieorganicznych, Biblioteka M uzealnictw a i O chrony Z a bytków , seria B, t. LI, W arszawa 1 9 78.
i inne są agresywne w stosunku do większości m ate riałów. Tlen pow oduje procesy niszczące, takie jak: rdzewienie żelaza, tlenie tkanin, skóry, papieru, d rew na, płow ienie barw ników , ciem nienie spoiw farb i la kierów. Reakcje tlenu z m ateriałam i przyśpieszane są obecnością aktyw atorów — katalizatorów utleniania.
W oda obecna jest niemal wszędzie tam , gdzie ma miejsce niszczenie substancji zabytkow ych. W oda cie kła tw orzy się w w yniku kondensacji pary w postaci deszczu, rosy i mgły. Pow ietrze w zależności od tem peratury może zawierać różne ilości pary w odnej, cie płe pow ietrze więcej, zim ne mniej. Ilość w ody adhe- zyjnej zawartej w m ateriałach, takich jak: drew no, tk a niny, skóra, papier, obiekty ceram iczne czy porow aty kam ień, pozostaje w rów now adze z w ilgotnością o ta czającego pow ietrza.
Pył i kurz są postaciam i zanieczyszczeń stałych. Ich ilość w pow ietrzu w yrażana jest w m ikrogram ach na m etr sześcienny pow ietrza. Ilość zawieszonego pyłu zimą w pow ietrzu miejskim m oże wynosić kilkaset m ikrogram ów ; latem spada w mieście do około stu m ikrogram ów . M ow a tu jest o w ielkościach średnich. Inna jest bow iem zaw artość zanieczyszczeń stałych w pow ietrzu po deszczu, inna przy w ietrznej pogodzie, a jeszcze inna przy utrzym ującej się przez czas dłuższy bezwietrznej pogodzie. Jego szkodliw ość dla zabytków jest zróżnicow ana w zależności od składu chem icznego i stopnia rozdrobnienia. Najm niej szkodliwe są che micznie obojętne pyły gruboziarniste, osiadające luźno na pow ierzchni i nie reagujące z m ateriałem obiektu. Pyły drobnoziarniste wykazują tendencję do silnego przyw ierania do pow ierzchni, a w przypadku agre sywności chemicznej — do reagow ania. W miastach i okręgach przem ysłow ych w skład pyłów w chodzi sa dza i smoliste p rodukty spalania. Ich obecność p o w o duje trw ałe brudzenie, w idoczne zwłaszcza na pia skow cow ych w ykładzinach elewacji i na rzeźbach. O prócz działania bezpośredniego przypisuje się pyłom pośrednie działanie niszczące, polegające na zdolności kondensow ania wilgoci, agresywnych gazów i cieczy, d robnoustrojów i zarodników oraz fragm entów glo nów i porostów .
Z zanieczyszczeń gazowych pow ietrza największą szkodliwością odznaczają się tlenki siarki i siarkow o dór, tlenki azotu, am oniak oraz ozon. D w utlenek siar ki przekształca się w kwas siarkowy, a ten jest agresyw ny w stosunku do większości m ateriałów .
Siarkow odór reaguje bezpośrednio z większością metali tw orząc siarczki. Bierze udział w rdzew ieniu żelaza, w patynow aniu miedzi i jej stopów, jest o d p o wiedzialny za czernienie srebra. W atm osferze ulega utlenieniu do dw utlenku siarki. Tlenki azotu tw orzą kwas azotowy. A m oniak w atm osferze przekształca się
5. J. Lehmann, The M ethodology fo r the Cleaning and D esalting o f Stone O bjects in G olu ch ów Castle M useum , IC O M -C o m m itte e for Conservation 8th Triennial M eeting, Sydney 6 - 1 1 IX 1 9 87, s. 4 8 7 - 4 9 1 .
w tlenki azotu. M echanizm niszczenia pow odow anego przez tlenki azotu i am oniak nasuwa pew ne p o d o b ień stwa do m echanizm u pow odow anego obecnością dw utlenku siarki i siarkow odoru; są one o tyle mniej groźne, że w atm osferze rozkładają się stosunkow o szybko, podczas gdy tlenki siarki utrzym ują się przez czas dłuższy i są przenoszone prądam i pow ietrza na duże odległości.
Środow isko — atm osfera, w ody pow ierzchniow e i gleba — są swoistym laboratorium chemicznym, gdzie związki siarki, azotu, tlen, w oda, św iatło, inne jeszcze pierw iastki i drobiny biorą udział w ogrom nej liczbie różnorodnych reakcji chem icznych. Do tego należy dodać aktyw ność organizm ów żywych i synergizm — wzajem ne oddziaływ anie na siebie różnych skażeń, w w yniku czego skutki ich działania zostają w ielo k ro t nie zwiększone lub zm niejszone, a mieć będziem y ob raz odpow iednio skom plikowany, znany i wyjaśniony tylko częściowo. N a głębsze jego poznanie trzeba bę dzie jeszcze wiele czasu i dociekań naukow ych6. O chrona przed agresywnymi skażeniam i środowiska
W m iarę poznaw ania zagrożeń wynikających ze skażeń środow iska, opracow yw ane są m etody o ch ro ny. Sympozjum zorganizow ane przez U niw ersytet i Po litechnikę w G óteborgu, Instytut Szwedzki w Rzymie, Rzymskie C entrum UNESCO i K om itet K onserw ator ski IC O M , w ydało kom unikat końcow y i zalecenia. We w nioskach i zaleceniach w ysunięto postulaty ogra niczenia emisji skażeń, rozw inięcia lokalnych, regio nalnych, narodow ych i m iędzynarodow ych p ro g ra m ów badawczych, szkolenia restauratorów i k o n ser w atorów w zakresie znajomości zagrożeń dla
zaby-6. J. Lehmann, Chem ical A spects o f D eterioration and. Preservation o f Stone A rchitectural Relics. International Sym posium on the C on servation o f the Relics o f M edieval M on u m en tal Architecture, War- saw -L edn ica, 2 4 - 2 6 V 1994.
tków ze strony skażeń, jak rów nież doraźnego zabez pieczania i długofalow ej ochrony zagrożonych obiek tów zabytkow ych7.
W ochronie zabytków architektury i rzeźby w eks pozycji zew nętrznej w ażna jest wiedza o niszczących czynnikach środow iskow ych i elem entarnych m eto dach oraz środkach zaradczych
Zaniedbanie i działanie wilgoci są największymi za grożeniam i dla zabytków. Wszelkie zabiegi ochronne w inny być podejm ow ane zanim pow staną szkody. N aj ważniejszymi operacjam i ochronnym i są:
— zabezpieczenie przed kapilarnym podciąganiem w o dy gruntow ej,
— zabezpieczenie przed penetracją w ody opadow ej, — zabezpieczenie przed niszczącymi czynnikami bio
logicznymi,
— zabezpieczenie przed zabrudzeniem ,
— zabezpieczenie przed skażeniem solami rozpuszczal nymi w w odzie,
W m uzeach zaleca się elim inow anie z pow ietrza: dw utlenku siarki, siarkow odoru, tlenków azotu, a ta k że pyłów, tlenku w ęgla, am oniaku, form aldehydu, w ęglow odorów i chlorow cow ęglow odorów z pom ie szczeń, w których przechow yw ane są obiekty z m ate riałów wrażliw ych. W ielkie m uzea zaopatrują się w in stalacje klim atyzacyjne, które oprócz utrzym yw ania tem peratury i w ilgotności pow ietrza na zadanym p o ziom ie, elim inują większość szkodliwych zanieczy szczeń. M niejsze m uzea muszą sobie radzić prostszymi środkam i i sposobam i, jak um ieszczanie w gablotach, szafach, skrzyniach i innych pojem nikach mieszczą cych zabytki, pochłaniaczy nadm iaru wilgoci i skażeń, w ypełnionych zwykle w ęglem aktyw ow anym , żelem krzem ionkow ym i zapraw ionym i chem icznie w łók ninam i8.
7. Lehmann J., Chem iczne a spekty niszczenia i ochrony kamiennych relik tó w architektury, „O chrona Zabytków ” 1 9 9 5 , nr 1, s. 6 9 -7 2 . 8. B. Becker, H . M üller, G. Bredenbeck, op. cit., s. 8 9 -1 0 1 .
Environmental Pollution as a Threat to Historical Monuments The author discusses threats to historical monuments
posed by particular types of air, water, and soil pollution. He draws attention to trends in scientific and popular works as well as to achievements and perspectives for the protection of the natural environment. The article outlines possibilities
for protection against the devastating impact of aggressive pollution of the environment, and accentuates the synergism of their activity with variable climatic and environmental factors.
