Биологические разрушения настенной живописи и строительных материалов

Условия для развития микроорганизмов на настенной живописи и строительных материалах складываются при постоянном или периодическом переувлажнении ограждающих конструкций церковных зданий. Это происходит вследствие нарушения вертикальной и горизонтальной гидроизоляции, при протечках кровли, а также из-за образования конденсата, особенно при недостаточном воздухообмене. В зависимости от степени увлажнения настенная живопись и строительные материалы могут подвергаться разрушительному действию хемоорганотрофных бактерий, актиномицетов, микроскопических грибов, хемолитотрофных бактерий.

Для развития бактерий и грибов благоприятны зоны с высоким влагосодержанием строительных материалов, но не максимально обводненные, в которых все поровое пространство заполнено водой. На наиболее увлажненных и освещенных участках развиваются микробно-водорослевые ассоциации, в состав которых входят зеленые водоросли, циапобактерии (сине-зеленые водоросли), хемоорганотрофные бактерии и актиномицеты. Рост водорослей служит хорошим индикатором для определения переувлажненных участков кладки стен и столбов. В случае развития микробно-водорослевых ассоциаций трансформируется только поверхностный слой строительных материалов. Более глубокие деструктивные изменения (отслоение корок, распыление, образование каверн) происходят на участках с более выраженными термодинамическими изменениями состояния кладки, и с более благоприятными условиями для развития аэрофильных микроорганизмов.

Из-за нестабильности влажностного режима и высокого осмотического потенциала неблагоприятными для развития микроорганизмов становятся зоны кристаллизации водорастворимых солей, вдоль фронта движения воды. Границы их изменяются в зависимости от сезона.

Развитие микроорганизмов с разными типами метаболизма углубляет и ускоряет процессы физико-химического разрушения строительных материалов. Клетки и клеточные слизистые чехлы, состоящие из экзополисахаридов, легко набухают во влажных условиях, поэтому оказывают расклинивающее действие на микротрещииы и поровые пространства, в которых поселяются микроорганизмы. Многие из них образуют агрессивные по отношению к строительным материалам метаболиты.

Архитектурная форма древних церковных зданий, дошедших до наших дней, и строительная технология, применявшаяся при их сооружении, обеспечили им устойчивость к воздействию окружающей среды. Инерционность массивных сооружений из природных материалов, хорошие условия для движения воздуха в интерьере, регулирующего тешговлагообмен между ограждающими конструкциями и воздушной средой, способствуют сохранению здания и его декора, поэтому качество ограждающих конструкций здания имеет решающее значение для его сохранения. Необходимо постоянно следить за их состоянием и своевременно устранять все неисправности.

Причины, способствующие переувлажнению ограждающих конструкций здания, а, следовательно, их ускоренному физическому, химическому и биогенному разрушению, обычно типичны для большинства древнерусских соборов и церквей. Образование культурного слоя вокруг древних зданий способствует капиллярному подсосу влаги в кладку стен. Нередко в неудовлетворительном состоянии находятся кровли и отмостка. Причиной намокания стен может быть плохая гидроизоляция открытых парапетов и гульбищ. Часто территория, прилегающая к зданию, содержится (или ранее содержалась) в запущенном виде, старые дренажные системы разрушены, в результате чего активизируются процессы увлажнения фундаментов и нижней части стен талой и дождевой водой. Из-за неисправных водостоков или их нехватки для организованного водосброса с кровли происходит увлажнение стен здания. Негерметичность дверных и оконных заполнений способствует неконтролируемой инфильтрации наружного воздуха, вследствие чего происходит глубокое охлаждение стен в неотапливаемых зданиях в зимнее время и обильное конденсационное увлажнение медленно прогревающихся стен в весенне-летний период.

Наряду с общими причинами биоповреждений настенной живописи и строительных материалов существуют индивидуальные причины роста микроорганизмов, связанные с конкретными микроклиматическими условиями и архитектурными особенностями церковных зданий.

Рис.21. Белый налет биологического происхождения на стенописи в церкви Рождества Богородицы в Ферапонтове. Темные участки над и под белой полосой в медальоне после пробной расчистки


Рис. 22. Колонии микроорганизмов в пробах, отобранных с поверхности настенной живописи с белым налетом (Никольский придел церкви Рождества Богородицы в Ферапонтове, коричневая разгранка на полотенцах).Исследование методом отпечатка с помощью бакпечаток:
а) среда Чапека; с крахмалом;
б) среда Чапека




Рис 23 Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) Фрагмент штукатурки с красочным слоем (церковь Рождества Богородицы в Ферапонтове коричневая разгранка на полотенце в Никольском приделе) На поверхности красочного слоя белый налет биологического происхождения а) х 38 б) х 190 в) х 950 г) х 9500

Рис 24а. СЭМ. Поверхность красочного слоя настенной живописи свободная от колонии микроорганизмов (Спасо Преображенский собор Мирожского монастыря южная стена дьяконника); х 650

Рис 24б. СЭМ. Поверхность красочного слоя настенной живописи покрытая колониями микроорганизмов (церковь Успения в Мелетове, композиция "Отцы церкви"); х 650

При проведении реставрационных работ специалистами ГосНИИР была обследована настенная живопись в Троицком соборе Александровской слободы. Собор, построенный в начале XVI в., отапливается, в нем регулярно проводятся богослужения. Стены и своды собора покрыты масляной живописью XIX в., под слоем которой сохранилась древние росписи. На откосах окон северной стены и на своде северного нефа образовался налет, похожий на копоть, цвет которого при ближайшем рассмотрении варьировал от темно-коричневого до черного. Налет покрывал большие участки живописи. На откосах окон и прилегающих к ним участках стен он был почти сплошным, на своде нефа темно-коричневые и черные пушистые налеты располагались в кракелюре красочного слоя. В результате микологического анализа было установлено, что налет состоит из видов грибов, относящихся к так называемым грибам сажистой плесени, которые развиваются в помещениях с повышенной влажностью воздуха на стенах и потолках, периодически подвергающихся конденсационному увлажнению. В составе грибных ассоциаций на откосах окон доминировал Aureobasidium pullulans, и два вида рода Cladosporium: С. Sphaerospermum, С. cladosporioides. Co свода были выделены грибы С. Sphaerospermum, С. cladosporioidesи единичные изоляты Ulocladium sp., Alternaria sp. На зараженных участках живописи активно шел процесс разрушения и отслоения красочного слоя. При обследовании выяснилось, что образование налета происходит на наиболее холодных участках стен собора, где вероятность образования конденсата в зимнее время очень высока. Недостаточная герметизация окон и плохое утепление свода северного нефа явились причинами понижения температуры стен на этих участках. Поддерживаемая в храме высокая для зимнего времени температура (выше +20°С) и повышение относительной влажности воздуха во время служб из-за присутствия большого количества людей создавали условия для выпадения конденсата и развития грибов. Чтобы после антимикробной обработки живописи не допустить повторного развития грибов, было рекомендовано уплотнить окна на северной стене, утеплить свод северного нефа и поддерживать в храме зимой температуру в пределах +16-18°С.

В 1990-х гг. был восстановлен интерьер Рождественского собора начала XVIII в. в селе Рождествено-Суворово под Москвой. Пол в соборе был покрыт мраморной плиткой, а стены заново расписаны в технике масляной живописи. В течение последних семидесяти лет собор был неотапливаемым и недействующим. Одновременно с воссозданием интерьера в храме было устроено электрическое отопление. Богослужения в соборе стали проводиться по выходным и праздничным дням. В целях экономии электроэнергии отопление включалось накануне проведения богослужений, а по окончании отключалось. Восстановленная стенопись стала быстро разрушаться, прежде всего на уровне полотенец и нижнего яруса живописи. На стенах и столбах появились вздутия красочного слоя, образовались налеты в виде серых и серо-коричневых пятен, местами сливающиеся в сплошной налет; на некоторых участках произошло отслоение красочного слоя; на штукатурке появились бежевые пятна и пятна цвета ржавчины; образовались каверны, наполненные порошкообразным материалом. Разрушение живописи и строительных материалов произошло по всему периметру стен и столбов, достигая двухметровой высоты от уровня пола. Особенно серьезными были повреждения в жертвеннике и на западной стене четверика. Темно-серый налет на живописи образовался вследствие развития колоний Acremoniummurorum, 90% всех изолятов. В составе этого налета совместно с A. murorum (но в значительно меньшем количестве) были обнаружены A. Strictum, С. cladosporioides, С. spharospermum, Ulocladiumhartarum, Alternariaalternata, Aspergillusversicolor, Penicilliumchrysogenum. Серо-коричневые пятна на живописи образовались в результате развития колоний A. versicolor, P. chrysogenum, Sporotrichumsp. В пробах деструктированной штукатурки было обнаружено большое количество актиномицетов и плесневых грибов. Доминирующими формами грибов на этих участках были Verticilliumlateritium(колонии оранжевого цвета), Sporotrichumsp. (белые колонии), Acremoniumstrictum(светлые колонии с желто-розовым оттенком). В отдельных случаях на участках штукатурки, покрытых пятнами цвета ржавчины, плотность популяции V. lateritiumсоставляла 100%. Виды родов Verticillium, Acremonium, Sporotrichum, Scopulariopsisмогут развиваться в условиях недостатка органического вещества. Они выступают также в качестве пионеров заселения слабощелочных субстратов. Будучи в то же время микофилъными формами грибов, эти виды устойчивы в составе насыщенных микробных сообществ и являются характерными представителями поздних этапов микробных сукцессии. В целом, судя по результатам обследования памятника, грибы в наибольшей степени заселяли красочный слой и грунт, содержащие органические вещества, а также самый верхний слой штукатурки; в более глубоких слоях штукатурки преобладали актиномицеты.

Причиной быстрого и активного разрушения живописи и развития колоний плесневых грибов явилось введение отопления без учета особенностей храма. Вследствие плохого состояния отмостки фундамент и нижняя часть стен постоянно увлажнялись атмосферными осадками. Устройство паронепроницаемого покрытия пола, вплотную примыкающего к стенам, и нерегулярное включение отопления в зимний период во время проведения богослужений способствовало образованию конденсата на наиболее холодных участках стен в нижней части храма. Новые росписи были выполнены в технике масляной живописи, которая ввиду паронепроницаемости может сохраняться на поверхности стен только при благополучном температурно-влажностном режиме. Повышение температуры воздуха внутри храма усиливает капиллярный подсос влаги строительными материалами, поэтому, прежде чем вводить отопление, необходимо устранить источники переувлажнения конструкций. Увлажнению живописи и штукатурки способствовало также выпадение конденсата, о чем свидетельствовал интенсивный рост грибов на стенах, особенно за различного рода тепловыми экранами, например, фанерными щитами, ограничивающими церковный ящик. В подобной ситуации необходимо прежде всего приведение в порядок отмостки, осушение нижней части стен храма и устройство пристенных вентиляционных каналов, а также контроль за тепло-влажностным режимом строительных конструкций. До выполнения этих мероприятий проводить богослужения в зимнее время нежелательно.

Развитие плесневых грибов на стенописи церкви Успения в селе Шубино¹ под Москвой началось после перебоев в системе центрального отопления, которые стали происходить, начиная с 1995 г. В результате снижения температуры теплоносителя температура воздуха в храме стала понижаться. Во время проведения больших праздничных богослужений при кратковременном подъеме температуры зимой возникали условия, при которых на стенах и в порах штукатурки образовывался конденсат.

Развитие микроскопических грибов началось в первую очередь по кракелюру стенописи на сводах арок и откосах окон в четверике. Кроме того, значительно усилилось отслоение масляной краски на южной стене четверика и в дьяконнике около пола, так как помимо увлажнения нижней части стен верховодкой, они стали дополнительно увлажняться конденсационной влагой. В создавшейся ситуации (при ограниченном режиме подогрева) для сохранения стенописи и предотвращения роста микроорганизмов было рекомендовано в зимнее время изолировать центральный четверик, а для богослужений использовать помещения, меньшие по объему, где можно поддерживать более высокую температуру при имеющихся источниках тепла.

Высокая вероятность повреждения стенописей микроорганизмами возникает в церковных зданиях, прежде использовавшихся только как летние, если в них без учета их теплофизических характеристик вводится отопление. Храм Рождества Богородицы в Тарычеве под Москвой, построенный в шестидесятых годах XVIII в., был летним усадебным храмом. Он имеет сомкнутый свод, который заканчивается ложным барабаном В 1990-х гг. он был передан церкви. По желанию настоятеля прихода свод храма был заново расписан в технике темперной живописи. По прошествии менее одного года новая живопись покрылась налетом плесени, практически полностью её скрывшим. Неутепленный свод летней церкви и отсутствие вентиляции воздуха, которая обеспечивала бы выброс теплого влажного воздуха из-под свода, создали идеальные условия для образования конденсата в холодное время года и развития плесневых грибов на стенописи.

Цоколи большинства старых церковных зданий увлажняются верховодкой, намокают из-за плохо организованного водосброса с кровель. Устройство в интерьере храма каких-либо декоративных стенок, закрывающих участки, на которых наблюдается разрушение строительных материалов, приводит к усилению развития микроорганизмов. Такие участки стен вследствие замедления теплообмена с воздухом внутри здания дополнительно увлажняются образующимся конденсатом.

При низкой температуре развитие микроорганизмов приостанавливается даже при высокой влажности, но при повышении температуры выше 0°С степень оводненности субстрата становится решающим фактором. В неотапливаемых древнерусских храмах максимальная влажность стен наблюдается в конце весны - начале лета. Из-за большой инерционности стен их прогрев весной идет медленно, и таким образом создаются условия для выпадения конденсата при поступлении теплого влажного наружного воздуха внутрь храма. Во многих неотапливаемых церковных зданиях, где сохранились росписи, выполненные в комбинированной технике (фреска плюс темпера) или клеевыми красками (как правило, более поздние поновления), нижние ярусы живописи, откосы окон, иногда отдельные участки на парусах и сводах покрыты налетом белого цвета, а на наиболее освещенных участках — с желтым или зеленоватым оттенком, маскирующим живопись. Такой же налет, но менее интенсивный, образуется на штукатурке, и даже на кирпичной кладке. Этот налет как бы выявляет наиболее холодные в весенне-летний период участки стен. Он особенно плотен на более гигроскопичных материалах. Его образованию способствуют некоторые гигроскопичные разновидности охры и клеевые связующие, а также гигроскопичные природные материалы. Они использовались ранее для укрепления красочного слоя настенной живописи, например, широко применявшаяся для этих целей камедь.

Более гидрофобные участки живописи, наоборот, могут быть свободными от налета, хотя вокруг них он хорошо заметен. Проведенные исследования (микробиологические посевы, световая и растровая электронная микроскопия) позволили установить, что налет был сформирован в основном клетками микроорганизмов, среди которых доминирующую роль играют актиномицеты. Воздушный мицелий микроколоний актиномицетов, прижатых друг к другу, образует плотный белый, иногда с оттенками желтого цвета, хорошо заметный налет, в пробах которого обнаружены также хемоорганотрофные бактерии, мицелиальные грибы и в некоторых случаях дрожжи (рис. 21-24).

Образование такого налета происходит вследствие конденсационного увлажнения. Гигроскопичные материалы впитывают конденсационную влагу, а микроклимат здания не способствует ее испарению в течение длительного времени. В результате создаются условия, благоприятные для развития микроорганизмов. Границы распространения налета зависят как от сорбирующих свойств материалов, подвергающихся конденсационному увлажнению, так и от микроклиматических условий внутри здания. В четверике церкви Иоанна Предтечи в Толчкове, в Федоровском приделе Рождественского собора Пафнутьево-Боровского монастыря этот налет поднимался на высоту более трех метров от уровня пола. К концу августа - началу сентября граница его немного опускалась, так как более высоко расположенные участки стен просыхали, мицелий актиномицетов уменьшался в объеме, и живопись под ним становилась видимой. На гидрофобных материалах, подвергающихся конденсационному увлажнению, в неотапливаемых церковных зданиях развиваются менее требовательные к уровню увлажнения микроскопические грибы. Так, например, большие участки росписей свода и стен Саввинского придела Рождественского собора Саввино-Сторожевского монастыря, выполненные в технике масляной живописи, до начала реставрационных работ и введения отопления были покрыты черным налетом, который был особенно интенсивен в кракелюре красочного слоя. Черный налет возник вследствие развития колоний Cladosporiumcladosporioid.esи Ulocladiumsp.

Как показали результаты биологических исследований в Спасо-Преображенском соборе Мирожского монастыря в Пскове, воспрепятствовать развитию микроорганизмов на стенописи древних храмов можно путем организации в них ограниченного подогрева. Уменьшить степень развития микроорганизмов в неотапливаемых церковных зданиях можно также с помощью регулируемого проветривания, что было продемонстрировано на примере Рождественского собора Ферапонтова монастыря.

В неотапливаемых храмах с настенной масляной живописью происходит развитие микроскопических грибов на красочном слое в виде окрашенных налетов, развивающихся вдоль кракелюра и образующих пятна разной формы. Летом 1997 г. было проведено биологическое обследование настенной масляной живописи в основном объеме Благовещенского собора и в трапезной (Казанский кремль). В нижнем ярусе, доступном для осмотра, колонии микроскопических грибов развивались в кракелюре и в виде пятен черного и серого цвета на красочном слое стенописи. Наиболее интенсивно развитие грибов происходило на живописи в арочных проемах между собором и трапезной, в северо-западной части трапезной около выхода на хоры, а также в углах и различного рода углублениях, образованных при сочленении архитектурных объемов по всему периметру собора и трапезной. На уровне хор колонии микроскопических грибов были обнаружены на северной стене трапезной около преграды, отделяющей ее от собора.

Для определения жизнеспособности и видового состава микроскопических (плесневых) грибов, развивающихся на настенной масляной живописи, были сделаны микологические посевы на искусственные питательные среды.

В результате проведенных исследований было установлено, что микроскопические грибы на красочном слое живописи находятся в жизнеспособном состоянии. Темно-окрашенные налеты, выявляющие кракелюр красочного слоя росписей в северо-западной части трапезной, образовались вследствие развития колоний Cladosporiumsphaerospermum. Там же с участков живописи, покрытых серыми налетами в виде пятен, были выделены Penicilliumvermcosumv. cyclopium(доминирующая форма), Ulocladiumconsortiale, Alternariasp. и Aspergillussp.; последние два, возможно, присутствуют в составе поверхностных загрязнений, так как были представлены единичными колониями. Образование черных округлых пятен на красочном слое южного склона центральной арки стены, отделяющей собор от трапезной, происходит вследствие совместного развития U. consortiale(доминирующая форма) и С. sphaerospermum. Там же с участков, покрытых серым налетом, были выделены Penicilliumsp. (доминирующая форма). Myceliasterilia и Acremoniumsp. были представлены единичными колониями. Микробиологическое повреждение настенной масляной живописи свидетельствует о наличии застойных зон и о конденсационном увлажнении красочного слоя живописи в соборном комплексе в условиях температурно-влажностного режима, существовавшего в нем до обследования.

При разработке методики реставрации настенной масляной живописи необходимо провести фунгицидную обработку участков красочного слоя, поврежденных микроскопическими грибами. Во избежание активизации жизнедеятельности микроскопических грибов изменение температурно-влажностного режима соборного комплекса нужно проводить постепенно.

¹ Памятник архитектуры XVIII в, в плане — продольно-осевой, три объема (притвор, трапезная и четверик) расположены на одной оси. Настенные росписи выполнены в технике масляной живописи, в трапезной — в конце XIX в, в четверике (в неовизантийском стиле) — в начале XX в

Дата добавления: 2015-06-28