Лазерная очистка памятников истории и культуры из мрамора и бумаги от биодеструкторов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.03, кандидат наук Геращенко, Анастасия Николаевна

• Геращенко, Анастасия Николаевна
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Геращенко, Анастасия Николаевна

Оглавление

Введение

Глава 1. Лазерная очистка памятников истории и культуры от биодеструкторов (обзор литературы)

1.1. Биодеструкторы памятников

1.1.1. Виды био деструкторов и их воздействие на каменные памятники

1.1.2. Био деструкция объектов из органических материалов

1.1.3. Традиционные методы удаления биодеструкторов

1.2. Лазерная очистка памятников

1.2.1. Физические принципы лазерной очистки

1.2.2. Лазерная очистка каменных памятников

1.2.3. Лазерная очистка органических материалов

1.2.4. Лазерное удаление биодеструкторов

1.3. Контроль результатов лазерной очистки

1.3.1. Спектроскопия лазерной искры (LIBS)

1.3.2. Рамановская спектроскопия

1.3.3. Рентген-флуоресцентный анализ

Глава 2. Модельные эксперименты по воздействию лазерного излучения на споры микроскопических грибов

2.1. Обоснование выбора источника лазерного излучения

2.2. Подготовка образцов и методика проведения экспериментов

2.3. Результаты экспериментов по лазерному удалению спор

2.4. Воздействие лазерного излучения на жизнеспособность спор грибов

2.5. Обсуждение результатов и краткие выводы

Глава 3. Лазерная очистка камня от биодеструкторов

3.1. Теоретическое рассмотрение теплофизических явлений при лазерной очистке каменных поверхностей

3.2. Подготовка модельных образцов камня с био деструкторами

3.2.1. Подготовка модельных образцов камня с микромицетами

3.2.2. Подготовка модельных образцов камня с водорослями

3.3. Результаты экспериментов по лазерной очистке модельных образцов камня

3.3.1. Результаты экспериментов по лазерному удалению микромицетов

3.3.2. Результаты экспериментов по лазерному удалению водорослей

3.3.3. Результаты экспериментов по удалению био деструкторов с помощью лазера на парах меди и УФ лампы

3.4. Лазерная очистка скульптур

3.4.1. Лазерная очистка мраморной скульптуры XVIII в. «Зефир, качающийся на ветке»

3.4.2. Лазерная очистка мраморной скульптуры XIX в. «Примавера»

3.5. Краткие выводы по главе

Глава 4. Лазерная очистка органических материалов от биодеструкторов

4.1. Обоснование выбора источника лазерного излучения

4.2. Подготовка модельных образцов органических материалов

4.3. Результаты экспериментов по лазерной очистке образцов органических материалов

4.3.1. Результаты по обработке Nd:YAG лазером

4.3.2. Результаты по обработке волоконным лазером

4.4. Лазерная очистка бумаги (реставрация исторических документов)

4.5. Краткие выводы по главе

Глава 5. Методы контроля результатов и безопасности лазерной очистки

5.1. Методы сканирующей электронной (СЭМ) и атомно-силовой

микроскопии (АСМ)

5.1.1. Экспериментальные исследования методом СЭМ

5.1.2. Экспериментальные исследования методом АСМ

5.2. Метод рентген-флуоресцентного анализа

5.3. Разработка интегрирующего фотоприемника для контроля

результатов очистки

5.3.1. Принцип работы интегрирующих фотоприемников. Постановка задачи

5.3.2. Оценка возможности использования интегрирующего цилиндра

в качестве фотоприемника (моделирование в программе Zemax)

5.3.3. Описание конструкции разработанного лабораторного

макета интегрирующего фотоприемника в форме цилиндра

5.3.4. Калибровка сконструированного прибора

5.3.5. Контроль результатов лазерной очистки модельных образцов

и мраморных скульптур

5.4. Краткие выводы по главе

Заключение

Библиографический указатель

Приложение 1. Методика лазерного удаления биодеструкторов с поверхности памятников

Список публикаций

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Лазерная очистка памятников истории и культуры из мрамора и бумаги от биодеструкторов»

Введение

Лазерные технологии находят все более широкое применение в реставрации и консервации объектов культурно-исторического наследия во всем мире. Первые экспериментальные работы по применению лазеров в реставрации произведений искусства были проведены еще в 1972 году в Италии. В последующие годы во многих странах Европы, в США, Канаде начались исследования в этой области, постепенно сформировалось отдельное научно-техническое направление по применению лазерных технологий в сохранении памятников. На сегодняшний день можно выделить три области применения лазерной техники: 1 - реставрация; 2 - исследование, анализ и диагностика; 3 - мониторинг состояния памятников и окружающей среды. В числе названных направлений все большее распространение получает технология лазерной очистки, относящаяся к области реставрации. Эта технология применяется для бесконтактного, селективного удаления различных загрязнений без повреждения поверхности памятников [1].

Одной из трудноразрешимых проблем в реставрации является удаление биологических поражений с поверхности памятников. Развитие биопоражений приводит к ухудшению внешнего вида и физического состояния поверхности. Микроорганизмы внедряются в материал, повреждая его механически и химически: ферментами и кислотами. Биодеструкторами обычно являются бактерии, микроскопические грибы, водоросли и лишайники. Главную роль при этом обычно играют микроскопические грибы, способные развиваться практически на любом материале.

Биопоражения появляются как на каменных памятниках, экспонирующихся на открытом воздухе, так и на объектах из органических материалов, включая музейные экспонаты, книги и документы из библиотечных фондов и архивов. В первом случае проблема биоповреждения затрагивает в основном скульптуры и декоративные элементы фасадов зданий, создаваемые преимущественно из карбонатных пород, то есть мрамора и известняка. Такие памятники могут полностью разрушиться из-за биопоражений уже через несколько десятков лет экспонирования. Органические материалы, в отличие от камня, являются для микроорганизмов не только субстратом, но и питательной средой. Поэтому для них биодеструкторы оказываются даже более разрушительными [2].

В настоящее время в реставрации для удаления биопоражений в основном применяются механический и химический методы очистки поверхности, имеющие существенные недостатки. В зависимости от степени воздействия, они, чаще всего, или не позволяют полностью решить задачу удаления биопоражений, или приводят к повреждению материала объекта. Несмотря на

очевидную актуальность этой проблемы и широкое внедрение лазеров в сферу реставрации в целом, метод лазерной очистки до сих пор мало применялся для противодействия процессам биодеструкции. Использование лазерного излучения для удаления био деструкторов представляется весьма перспективным вследствие значительных преимуществ такой обработки по сравнению с химическими и механическими методами: локальность и прецизионность воздействия, отсутствие механического контакта с поверхностью, возможность сохранения рельефа поверхности и даже исторической патины, экологичность и другие.

В связи с вышесказанным, изучение вопросов влияния оптического излучения на микроорганизмы-биодеструкторы и отработка технологии лазерного удаления биопоражений представляются важными задачами с научной и практической точек зрения.

Целью диссертационной работы является исследование совокупности вопросов, связанных с воздействием лазерного излучения на микроорганизмы-биодеструкторы, и разработка технологии лазерной очистки памятников. В работе были поставлены и решены следующие задачи:

1. Исследование оптических свойств материалов памятников и основных видов их биодеструсторов, а также выбор лазерных источников, обеспечивающих эффективную и безопасную очистку.

2. Экспериментальное исследование возможности лазерной очистки поверхности карбонатных горных пород и органических материалов от био деструкторов.

3. Разработка и исследование методов контроля результатов лазерной очистки.

4. Разработка методики лазерного удаления биодеструкторов с поверхности памятников.

5. Апробация технологии лазерной очистки от биодеструкторов на исторических памятниках.

Практическая значимость работы:

1. Продемонстрирована возможность эффективного лазерного удаления микроорганизмов и других загрязнений с поверхности мрамора, известняка, бумаги, древесины и кожи. Определены оптимальные параметры лазерного излучения для решения этих задач.

2. Предложен и экспериментально проверен подход к контролю результатов лазерной очистки памятников в реставрации, основанный на измерении коэффициента отражения очищаемых материалов при помощи интегрирующего фотоприемника. Разработан макет измерительного устройства такого типа, отличающийся простотой технического исполнения и имеющий низкую стоимость.

3. Разработана методика лазерной очистки памятников из различных материалов от биопоражений.

Научная новизна работы:

1. Впервые исследовано взаимодействие лазерного излучения ближнего инфракрасного диапазона с основными видами биодеструкторов и показана возможность их эффективного удаления при помощи лазеров с поверхности различных материалов.

2. Впервые определены оптимальные параметры лазерного излучения и рабочие режимы лазерной обработки мрамора, известняка, бумаги, древесины и кожи, позволяющие безопасно удалять с их поверхности микромицеты и водоросли.

3. Предложен метод контроля результатов лазерной очистки памятников непосредственно в процессе реставрации, основанный на измерении коэффициента отражения очищаемых поверхностей при помощи интегрирующего фото приемника.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Эффективное удаление не менее 99% микроскопических грибов и водорослей с поверхности памятников из мрамора и известняка достигается при их обработке лазерным излучением с длиной волны 1 мкм, длительностью импульсов 40-100 мкс, частотой повторения импульсов 5-10 Гц и плотностью энергии 20-60 Дж/см2 в зависимости от породы камня и конкретного вида микроорганизмов.

2. Эффективное удаление не менее 99% микроскопических грибов с поверхности бумаги, кожи и древесины достигается при их обработке лазерным излучением с длиной волны 1 мкм, длительностью импульсов около 10 не, частотой повторения импульсов 10-20 кГц и плотностью энергии 15-20 Дж/см2 в зависимости от типа материала и вида микроорганизмов.

3. Измерение коэффициента диффузного отражения очищаемой поверхности при помощи интегрирующего фотоприемника с измерительной полостью в форме цилиндра позволяет проводить контроль результатов лазерной очистки каменных памятников в процессе реставрации.

Апробация работы:

Результаты работы представлялись и обсуждались на 27 научных конференциях и

семинарах, в том числе 5 Всероссийских и 14 международных. Основные из них:

• V Международная конференция молодых ученых и специалистов «0птика-2007», 2007, г. Санкт-Петербург

• Международная научно-практическая конференция «Неделя науки СПбГПУ», 2007, 2009 и 2010, Санкт-Петербург

• VI Всероссийская межвузовская конференция молодых ученых, 2009, г. Санкт-Петербург

• I, II и III Междисциплинарный микологический форум, 2009, 2010 и 2012, г. Москва

• Международная научно-техническая конференция «Láser 0ptics-2010» и «Láser 0ptics-2012», 2010, 2012, г. Санкт-Петербург

• Международная научно-методическая конференция «Исследования в консервации культурного наследия», 2010, г. Москва

• Вторая Международная научно-практическая конференция «Война и оружие. Новые исследования и материалы», 2011, г. Санкт-Петербург

• VIII и IX Международная научно-практическая конференция «Исследование, реставрация и превентивная консервация музейных объектов», 2011, 2013, г. Киев, Украина

• IV международный симпозиум «Биокосные взаимодействия в природных и антропогенных системах», 2011, г. Санкт-Петербург

• V и VI Всероссийский форум студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и инновации в технических университетах», 2011, 2012, г. Санкт-Петербург

• Международный симпозиум «Фундаментальные основы лазерных микро- и нанотехнологий» (FLAMN-13), 2013, г. Санкт-Петербург

По результатам диссертации опубликовано 25 печатных работ, в том числе 6 в российских рецензируемых научных журналах (из перечня ВАК). Список публикаций приведен в конце диссертации.

Реализация и внедрение результатов работы:

Работа прошла апробацию в ходе выполнения практических реставрационных работ в ГМЗ «Царское село», Государственном музее городской скульптуры г. Санкт-Петербурга, Лаборатории консервации и реставрации документов Санкт-Петербургского филиала Архива РАН.

Результаты диссертационной работы были использованы в рамках НИР по теме «Разработка лазерных технологий реставрации произведений искусства» при выполнении государственного контракта с Минобрнауки России 14.740.11.0601 от 05.10.2010 г.

Все результаты, представленные в работе, получены самим автором или при его непосредственном участии.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 114 наименований, 1 приложения и списка основных публикаций. Общий объем диссертации - 158 страниц. Работа содержит 96 рисунков, 31 таблицу.

Глава 1. Лазерная очистка памятников истории и культуры от биодеструкторов (обзор литературы)

1.1. Биодеструкторы памятников

Одной из главных причин разрушения памятников культуры и искусства является появление и развитие на их поверхности биологических поражений. Эта проблема затрагивает камень (мрамор, известняк, песчаник), органические материалы (бумагу, кожу, ткань, древесину и т.д.), керамику и т.д. Биодеструкторами памятников являются бактерии, плесневые грибы, водоросли, лишайники, мхи, а иногда и высшие растения [2, 3]. Появление биопоражений на поверхности объектов культурно-исторического наследия приводит к ухудшению их внешнего вида, что проявляется в изменении исходного цвета поверхности. Главная же проблема состоит в том, что поселяясь на поверхности объектов и выделяя продукты обмена веществ, микроорганизмы постепенно разрушают их структуру. Ведущую роль при этом обычно играют микроскопические грибы (или, как их еще называют, плесневые грибы, микромицеты).

1.1.1. Виды биодеструкторов и их воздействие на каменные памятники

Известно, что камень имеет чрезвычайно широкую сферу применения: наружная облицовка зданий, отделка стен и пола, памятники, колонны, камины, орнаменты, скульптуры и т.д. Можно сказать, что в городских ландшафтах сооружения и объекты из природного камня занимают центральное место.

В каменных памятниках исторического и культурного наследия используются различные типы природного камня в соответствии с архитектурными, инженерными и художественными целями, а также доступностью материала. Всего насчитывается более 8000 разновидностей природного камня. Для создания скульптур, памятников, архитектурного декора и т.п. чаще всего используются природные мраморы и известняки, то есть карбонатные горные породы. Широкое распространение этих пород камня в Санкт-Петербурге и во всем мире объясняется их декоративными свойствами и легкостью в обработке.

Мрамор (лат. шагшог, греч. таг таю б - блестящий камень) - кристаллическая горная порода, образовавшаяся в результате перекристаллизации известняка или доломита. Мрамор состоит из кальцита (карбоната кальция СаСОз), или доломита (карбоната кальция и магния

СаМ^(СОз)2), или из обоих минералов. На качество мрамора и его декоративность влияют примеси других минералов, а также органические соединения. Окраска мрамора обычно светлая.

Известняк - осадочная порода, состоящая преимущественно из карбоната кальция. Чистый известняк - белого или светло-серого цвета, примеси органических веществ могут окрашивать известняк в другие цвета [4, 5].

Мраморы и известняки относятся к камням средней твердости и мягким. Они обладают зернистой структурой, размеры зерен обычно лежат в пределах от 0,2 до 1,5 мм. Известно, что карбонатные породы характеризуются высокими темпами разрушения в неблагоприятных экологических условиях (по сравнению, например, с силикатными породами). В условиях городской среды уже после 20-30 лет экспонирования памятники из мрамора и известняка могут разрушаться. В городской среде ускоряются процессы деструкции камня (биодеструкция камня и сульфагизация, приводящая к образованию черных гипсовых корок). Поэтому многие экстерьерные памятники оказываются в плачевном состоянии (рис. 1.1) [2, 6].

Рис. 1.1. Мраморные скульптуры с загрязнениями различного характера на поверхности (Летний сад, Некрополь Александро-11евской лавры, г. Санкт-Петербург)

Большую роль в разрушении каменных памятников играют биологические поражения. Обычно в первую очередь каменные памятники колонизируются в фототрофическими (водоросли, лишайники) и хемотрофными (нитрифицирующие бактерии) микроорганизмами, а затем гетеротрофными бактериями, микроскопическими грибами, а позже мхами и высшими растениями [6]. На памятниках в Санкт-Петербурге можно наблюдать все возможные виды

биопоражений (рис. 1.2). Иногда микроорганизмы образуют на поверхности камня ассоциации, литобионтные сообщества. В благоприятных для роста условиях микроорганизмы могут покрыть поверхность памятника сплошной пленкой.

Рис. 1.2. Виды биопоражений на каменных памятниках: а - микроскопические грибы, б - водоросли, в -

мхи, г-лишайники.

Используя материал памятника как субстрат, микроорганизмы растут на нем, питаются, размножаются, выделяют продукты обмена веществ. В качестве питательных веществ они могут использовать вещества органической природы (в том числе, остатки старой плесени или слизистой бактериальной пленки), пыль, следы рук, реставрационные полимерные материалы и т.п. Более того, многие грибы и бактерии могут получать необходимые им углерод и энергию из органических веществ, содержащиеся в минеральных материалах.

Помимо механического воздействия, микроорганизмы могут оказывать на камень и химическое влияние посредством выделения продуктов метаболизма. Для того чтобы использовать различные вещества в качестве источника своего питания, микроорганизмы выделяют специфические белки - ферменты, которые катализируют реакции в процессах расщепления сложных структурных макромолекул материала на отдельные фрагменты. Кроме этого микроорганизмы выделяют также пигменты, углекислый газ, аммиак, сероводород, спирты и кислоты [6]. Биогенные вещества вступают в химические реакции с компонентами горной породы, что приводит к ее растворению (появлению биопиттинга, микрокарста),

изменению состава минералов и вторичному минералообразованию. В целом, биологическая активность прямо или косвенно приводит к изменению химического состава поверхностного слоя и постепенному разрушению камня.

Скорость биологической деструкции памятника зависит от качественной и количественной представленности микроорганизмов, а также определяется совокупностью экологических факторов. Условия окружающей среды оказывают существенное влияние на развитие микробного сообщества, стимулируя или ингибируя рост различных групп микроорганизмов [4, 6]. Поэтому в городских экологических системах процессы разрушения камня обуславливаются комплексным воздействием на материал тесно взаимосвязанных физических, химических и биологических факторов [2].

Микроскопические грибы (микромицеты)

Среди организмов, поражающих каменные памятники, приоритетное значение принадлежит микроскопическим грибам. Жизнедеятельность грибов приводит к значительному повреждению материалов, изменению их внешнего вида и физических свойств. Процесс разрушения материалов, вызванный деятельностью грибов, называют микодеструкцией.

Микроскопические грибы - многочисленная и разнородная в систематическом отношении группа одноклеточных и многоклеточных микроорганизмов. Общее число их видов, описанных к настоящему времени, составляет, по мнению различных авторов, от 10 до 250 тысяч. Колонии их, видимые невооруженным глазом, обычно называют плесенью.

Грибы образуют вегетативное тело - мицелий. Он состоит из ветвящихся тончайших нитей - гиф, которые разрастаются по поверхности объекта, а частично внедряются в него. Их толщина колеблется от 2 до 30 мкм. Гифы растут только в длину, и рост их практически не ограничен. Скорость роста колеблется от 0,1 до 6 мм/час и зависит от скорости поступления питательных веществ. Поверхностный мицелий образует окрашенные или неокрашенные налеты [2, 7].

Отдельной группой микроскопических грибов, не имеющих типичного мицелия и существующих в виде отдельных почкующихся или делящихся клеток и их колоний, являются дрожжи. В связи с высокими пищевыми потребностями и неспособностью усваивать неорганические вещества их разрушающая способность по сравнению с другими грибами значительно меньше [2].

Грибы размножаются вегетативным, бесполым и половым путем. При вегетативном размножении от мицелия отделяются его части, которые дают начало новому мицелию. Бесполое и половое размножение происходит при помощи специализированных клеток (одноклеточных и многоклеточных структур) — спор. Одна колония микроскопических грибов

может образовать сотни тысяч и миллионы спор. Вследствие малых размеров споры способны распространяться током воздуха, прикрепляться к органическим и минеральным частицам пыли и, оседая на предметы, проникать в мелкие поры и трещины.

При наличии подходящего питательного вещества, даже в небольшом количестве (пыль, отпечатки пальцев и т.п.), достаточной влажности и температуры оболочка физиологически зрелой споры разрывается, и из нее выходит одна или несколько ростовых трубок, являющихся началом нового мицелия. Сначала развитие гиф идет за счет запасных веществ споры, в дальнейшем - путем адсорбции питательных веществ их материала. Гифы разрастаются, ветвятся, на них образуются органы спороношения и затем споры. Таким образом, жизненный цикл большинства грибов протекает от споры до споры [2, 7].

Одна из важнейших функций спор грибов - обеспечение выживания при неблагоприятных условиях существования. Споры более стойки к экстремальным воздействиям, чем мицелий. Споры грибов могут выдерживать воздействие низких и высоких температур, высоких доз излучения, ядовитых веществ. Даже находясь в условиях вакуума, они в течение нескольких лет не теряют способности к прорастанию. [8, 9].

Микроскопические грибы способны к жизнедеятельности в широком интервале влажности, температуры, рН среды, освещенности, содержания кислорода. По сравнению с водорослями и бактериями, микроскопические грибы способны развиваться при более низкой влажности и малом количестве питательного материала. Для прорастания спор и развития мицелия наибольшее значение имеет влажность. Грибы могут расти при относительной влажности воздуха от 60 до 100%. Из всех микроорганизмов они наиболее устойчивы к обезвоживанию.

Рост и развитие микромицетов зависят от температурного режима. Для большинства грибов, вызывающих повреждение материалов, оптимальная температура, то есть та, при которой наблюдается максимальная скорость роста, равна 24-28°С. Минимальная температура для развития грибов составляет обычно от 0 до 5°С, а максимальная температура колеблется от 27 до 55-60°С для разных видов грибов [7].

Основная причина повреждений памятников микроскопическими грибами заключается в том, что они используют субстрат в качестве источника питания и выделяют продукты своего обмена веществ, в том числе ферменты, которые катализируют процессы расщепления сложных структурных макромолекул на отдельные фрагменты. Существуют микромицеты с широким набором ферментов, что позволяет им развиваться на различных субстратах. Поэтому, в частности, на бумаге могут присутствовать и оказывать на нее не менее разрушительное воздействие те же виды микромицетов, что характерны и для камня [2].

За счет физического и химического воздействия грибы способны самостоятельно вызывать различные повреждения горных пород. Кроме того, микромицеты могут входить в состав литобионтных сообществ, развивающихся на поверхности памятников в антропогенной среде. Жизнедеятельность грибов приводит к снижению прочности материалов, а при длительном развитии - к полной их деструкции, происходящей в результате утилизации природных полимеров [8, 9]. Первоначально на поверхности камня формируются компактные микроколонии, от которых в толщу субстрата отходят «проникающие гифы». Такие гифы способны ветвиться и менять характер роста, что позволяет им заполнять пространство между кристаллами и нередко полностью оплетать последние (рис. 1.3). Этот процесс сопровождается расширением трещин и лежит в основе отслаивания поверхностных чешуй мрамора и разрушения поверхностного слоя [10].

Рис. 1.3. СЭМ-изображения микроскопических грибов на поверхности мрамора и известняка

Видовой состав микробного сообщества на карбонатном субстрате зависит от условий экспонирования памятника и свойств материала. В различных экологических условиях на карбонатных породах было выявлено более 150 видов микромицетов. Большая часть из них является темноокрашенными микроскопическими грибами [11].

Чаще всего с поверхности камня различными исследовательскими группами изолируются виды родов Pénicillium, Aspergillus, Alternaria, Phoma, Cladosporium, Chaetomium, Mucor, Botrytis, Aureobasidium и Torula. Такие грибы способны использовать большой спектр питательных веществ, и даже следовые количества органики могут стимулировать их рост и использоваться в качестве источника энергии [12]. Внеклеточные ферменты микробного происхождения могут расщеплять даже сложнейшие органические комплексы (полисахариды, многие азотистые соединения, спирты). В городской среде грибы демонстрируют способность разрушать различные вещества техногенного происхождения, попадающие на поверхность камня из атмосферы.

Водоросли и лишайники

Биодеструкторами каменных памятников могут выступать аэрофильные и почвенные микроскопические водоросли. Они оседают на поверхность камня из воздуха, и при условиях достаточной влажности и освещенности развиваются на ней, образуя сплошную пленку. Такие водоросли способны переносить перепады температур и условий увлажнения от состояния избыточного увлажнения (например, после дождя) до состояния минимальной влажности (в засушливые периоды). Существовать в таких неблагоприятных условиях способно сравнительно небольшое количество видов (около 300). Аэрофильные водоросли представлены микроскопическими водорослями из отделов сине-зеленых, зеленых и, в меньшей степени, диатомовых и красных водорослей [13].

Развитие водорослей на памятниках чаще всего обусловлено наличием источников атмосферного или органического загрязнения (например, близостью зеленых насаждений). При появлении водорослей на каменных памятниках они образуют порошкообразный или слизистый налет, пленку или корку. В результате памятник зеленеет или чернеет. Отслаивание таких биопленок сопровождается потерей элементов памятника.

Другим распространенным видом биодеструкторов каменных памятников являются лишайники. Для них особенно характерен процесс биотрансформации минеральных веществ, так как многие выделяемые ими соединения обладают комплексообразующим действием. Они образуют специфические кислоты, негативно действующие на материалы. Талломы лишайников, также как и клетки водорослей, поглощают минеральные компоненты, входящие в состав пород, на которых они развиваются. Эпилитные и эндолитные лишайники играют ведущую роль в формировании патины, обогащенной оксалатом кальция. Под действием щавелевой кислоты происходит образование оксалата кальция и его отложение на поверхности камня и в толще материала. В последнем случае это обусловлено проникновением щавелевой кислоты в материал камня. Такая патина препятствует испарению воды и может создавать условия для развития других форм разрушения камня. Отслаивание патины вместе с горной породой часто приводит к невосполнимым потерям [2, 6, 11].

Благодаря биохимической активности лишайники способны проникать внутрь камня на значительную глубину не только по мелким трещинам и щелям, но и посредством растворения горных пород. И если для большинства форм водорослей необходимы затененные или сильно увлажняемые поверхности камня, то лишайники могут развиваться на освещенных сухих участках, увлажняемых периодически атмосферными осадками или конденсационной влагой [3, 8]. Следует отметить, что лишайники очень чувствительны к антропогенному и техногенному загрязнению воздуха, поэтому они не так распространены на городских памятниках, как микроскопические грибы или водоросли.

1.1.2. Биодеструкция объектов из органических материалов

Действию биодеструкторов подвергаются практически все виды материалов, используемых для создания произведений искусства. Проблема биопоражений актуальна не только для каменных памятников, но и для объектов из органических материалов, то есть музейных экспонатов, книг и документов из библиотечных фондов и архивов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Геращенко, Анастасия Николаевна, 2013 год

Список публикаций

1. Кылосова (Геращенко), А. Н. Лазерная технология защиты каменных памятников от биологических разрушений / А.Н. Кылосова // Молодые ученые - промышленности Северо-Западного региона: Материалы конференций Политехнического симпозиума 2007 года.СПб.: Изд-во Политехи, ун-та. - 2007. - С. 86-87.

2. Кылосова (Геращенко), А.Н. Разработка лазерной технологии удаления биологических пленок с поверхности каменных памятников / А.Н. Кылосова, В.А. Парфенов // XXXVI Неделя науки СПбГПУ: Материалы Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов. - 2008. - С. 69-71.

3. Кылосова (Геращенко), А.Н. Применение лазеров для защиты памятников от разрушения под воздействием окружающей среды / А.Н. Кылосова, В.А. Парфенов // Сборник трудов международного молодежного научного экологического форума «Экобалтика-2008». - 2008. - С. 213-214.

4. Геращенко, А.Н. Лазерное удаление микроскопических грибов / А.Н. Геращенко, В.А. Парфенов // Сборник трудов конференции молодых ученых, Вып. 1. Оптотехника и оптическое приборосторение / Гл. ред. д.т.н. проф. В.Л. Ткалич. - СПБ: СПБГУ ИТМО. -2009.- С. 39-43.

5. Геращенко, А.Н. Использование технологии лазерной очистки для борьбы с биологическими повреждениями экспонатов в музеях / А.Н. Геращенко, И.Ю. Кирцидели, В.А. Парфенов // Иммунопатология, аллергология, инфектология. - 2009. -№2. - С. 42.

6. Геращенко, А.Н. Удаление микромицетов с поверхности памятников при помощи лазерной обработки / А.Н. Геращенко, И.Ю. Кирцидели, В.А. Парфенов // Научно-технические ведомости СПбГПУ. - 2009. - №4(88). - С. 113-118.

7. Парфенов, В.А. Лазерная очистка исторических памятников / В.А. Парфенов, А.Н. Геращенко, М.Д. Геращенко, И.Д. Григорьева // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. - 2010. - № 2(66). - С. 11-17.

8. Геращенко, А.Н. Удаление микроскопических грибов с помощью Ы(1:УАО лазера / А.Н. Геращенко, В.А. Парфенов // XXXVIII Неделя науки СПбГПУ: Материалы

международной научно-технической конференции. Ч. IX. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та. -2009.-С. 102-104.

9. Кирцидели, И.Ю. Исследование влияния УФ-излучения на микромицеты полярных регионов / И.Ю. Кирцидели, В.А. Парфенов, Е.П. Чепурных, А.Н. Геращенко // Иммунопатология, аллергология, инфектология. -2010. -№1. - С. 63.

10. Геращенко, А.Н. Удаление биогенных загрязнений с поверхности памятников с помощью лазерной обработки / А.Н. Геращенко, И.Ю. Кирцидели, В.А. Парфенов // Международная научно-методическая конференция «Исследования в консервации культурного наследия» Москва, ГосНИИР, 9-11 ноября 2010г.: Сборник тезисов. - 2010. -С. 15-16.

11. Геращенко, А.Н. Воздействие ультрафиолетового и инфракрасного излучения на микроскопические грибы / А.Н. Геращенко, Е.П. Горелова, В.А. Парфенов // XXXIX международная научно-практическая конференция «Неделя науки СПбГПУ»: материалы лучших докладов. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, - 2011. - С. 197-199.

12. Парфенов, В.А. Из опыта лазерной очистки скульптуры «Зефир, качающийся на ветке» / В.А. Парфенов, А.Н. Кылосова (Геращенко) // VII Грабаревские чтения: доклады, сообщения, тезисы. - М.: «Сканрус». - 2010. - С. 271-275.

13. Геращенко, А.Н. Лазерное удаление биологических поражений с поверхности памятников / А.Н. Геращенко // 64-я Научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава университета: Сборник докладов студентов, аспирантов и молодых ученых. Санкт-Петербург, 25 января - 5 февраля 2011 г. Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ»,-2011.-С. 176-179.

14. Геращенко, А.Н. Применение лазеров для удаления биопоражений с поверхности памятников / А.Н. Геращенко, И.Ю. Кирцидели, В.А. Парфенов // Дослщження, реставрац1я та превентивна консервацш музейних пам'яток. Сучасний стан. Перспективи розвитку: Науков1 доповцц VIII М1жнародно1 науково-практично1 конференцн (КиТв, 2327 травня 2011р.)/ ННДРЦУ. - К., 2011. - С. 87-91.

15. Геращенко, А.Н. Лазерное удаление микромицетов с поверхности памятников / А.Н. Геращенко, И.Ю. Кирцидели, В.А. Парфенов // Проблемы медицинской микологии. -2011.-Т. 13, №2.-С. 70.

16. Болдина, О.Н. Лазерная очистка мрамора и известняка от микроскопических грибов и водорослей / О.Н. Болдина, А.Н. Геращенко, И.Ю. Кирцидели, В.А. Парфенов //

156

Биокосные взаимодействия в природных и антропогенных системах - 2011. - СПб.: ВВМ, 2011. - С.133-135.

17. Парфенов, В.А. Лазерная очистка как способ борьбы с биологическими поражениями памятников/ В.А. Парфенов, А.Н. Геращенко, И.Ю. Кирцидели // Культурное наследие: сохранение, реставрация, реновация (Материалы семинара «Проблемы реставрации и обеспечение сохранности памятников культуры и истории» - 2009, 2010) - СПб.: Издательство журнала «Реликвия (реставрация, консервация, музеи)». - 2011. - С. 34-44.

18. Геращенко, А.Н. Лазерная очистка карбонатных пород от микроорганизмов / А.Н. Геращенко, В.А. Парфенов, A.C. Чунаев, И.Ю. Кирцидели, О.Н. Болдина // «Экологические проблемы урбанизированных территорий Северо-Запада России и пути их решения» / Экологическая школа в Петергофе - наукограде Российской Федерации. Материалы VI региональной молодежной экологической конференции. - СПб.: ВВМ. -2011.-С. 137-141.

19. Геращенко, А.Н. Применение лазеров для удаления микроскопических грибов с поверхности органических материалов / А.Н. Геращенко // Наука и инновации в технических университетах: материалы Пятого Всероссийского форума студентов, аспирантов и молодых ученых. - Сб.: Изд-во Политехи, ун-та. - 2011. - С.6-8.

20. Геращенко, А.Н. Интегрирующий фотоприемник для контроля результатов лазерной очистки памятников / А.Н. Геращенко, В.А. Парфенов, Вл.А. Парфенов // Наука и инновации в технических университетах: материалы Шестого Всероссийского форума студентов, аспирантов и молодых ученых. - Спб.: Изд-во Политехи, ун-та. - 2012. - С. 5355.

21. Геращенко, А.Н. Воздействие лазерного излучения на споры микромицетов / А.Н. Геращенко, И.Ю. Кирцидели, В.А. Парфенов // Современная микология в России. Тезисы докладов 3-го съезда микологов России. - 2012. - С. 213-214.

22. Геращенко, А.Н. Противодействие биологическим поражениям памятников с помощью лазерной обработки/ А.Н. Геращенко, И.Ю. Кирцидели, В.А. Парфенов // Исследования в консервации культурного наследия. Вып. 3. Материалы международной научно-методической конференции. -М. Индрик. - 2012. - С. 66-74.

23. Геращенко, А.Н. Технология реставрации книг лазерным лучом / А.Н. Геращенко, М.Д. Геращенко, В.А. Парфенов // Вестник Библиотечной Ассамблеи Евразии. - 2013. -№2. - С. 68-73.

24. Геращенко, А.Н. Контроль эффективности лазерной очистки памятников с помощью интегрирующего фотоприемника / А.Н. Геращенко, В.А. Парфенов, Вл.А. Парфенов // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». - 2013. - № 4. - С. 64-71.

25. Геращенко, А.Н. Лазерная очистка бумаги от плесневых грибов А.Н. Геращенко, В.А. Парфенов // Дослщження, консерващя та реставрацш музейних пам'яток: досягнення, тенденцн розвитку. До 75-р1ччя Нацюнального науково-дослщного реставрацшного центру УкраУни: Науков1 доповуц IX М1жнародно1 науково-практичшм конференцп (Ки1в, 27-31 травня 2013 року) / ННДРЦУ. - К., 2013. - С. 66-70.