Содержание к диссертации
Введение
1. Мониторинг состояния памятников культурного наследия в городской среде (обзор литературы)
1.1 Методология экологического мониторинга состояния памятников
1.1.1 Общая схема структурной организации мониторинга (на примере России)
1.1.2 Методика мониторинга состояния каменных памятников в городской среде
1.2 Особенности разрушения бронзовых памятников 33
1.2.1 Коррозия металлов и сплавов 33
1.2.2 Патина на поверхности бронзовых памятников в городской среде
1.2.3 Механизмы и факторы патинообразования на медных сплавах
2. Влияние деструктивных факторов на состояние бронзовых памятников в городской среде
2.1 Модели для оценки влияния факторов риска на состояние памятников
2.2 Мониторинг состояния воздушной среды в Некрополях музея городской скульптуры (Санкт-Петербург)
2.2.1 Методика измерения 83
2.2.2 Результаты и их обсуждение 87
3. Мониторинг состояния бронзовых памятников в городской среде 99
3.1 Основные этапы экспертизы 99
3.2 Квалиметрическая оценка состояния художественных бронз скульптурных памятников
3.2.1 Расчетная квалиметрическая модель 105
3.2.2 Апробация модели
3.3 Методы исследования патины с поверхности бронзовых памятников в лабораторных условиях
3.4 Разработка и наполнение базы данных по состоянию бронзовых памятников Санкт-Петербурга
4. Определение фазового состава патины на поверхности бронзовых памятников спектрофотометрическим методом in situ
4.1 Спектры диффузного отражения (СДО) аналогов минералов патины
4.1.1 Получение СДО эталонных образцов и их обработка 125
4.1.2 Результаты анализа особенностей СДО и рассчитанных по ним характеристик аналогов минералов патины
4.2 Возможности определения фазового состава патины с использованием спектров отражения и колориметрических характеристик эталонных образцов
4.2.1 Методика определения 139
4.2.2 Примеры определения 141
5. Патина на бронзовых памятниках Санкт-Петербурга по результатам комплексного исследования
5.1 Натурное обследование и световая микроскопия 159
5.2 Рентгенофазовый анализ и ИК-спектроскопия 165
5.3 Сканирующая электронная микроскопия и локальный 176 рентгеноспектральним микрозондовый анализ
5.4 Биологические методы 181
Заключение 184
Список литературы
- Особенности разрушения бронзовых памятников
- Мониторинг состояния воздушной среды в Некрополях музея городской скульптуры (Санкт-Петербург)
- Расчетная квалиметрическая модель
- Результаты анализа особенностей СДО и рассчитанных по ним характеристик аналогов минералов патины
Введение к работе
Актуальность исследования. Действующий Федеральный закон Российской Федерации от 10.01.2002 № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» рассматривает материальное культурное наследие народов Российской Федерации в качестве важного компонента среды обитания человека и непременного объекта охраны от проявления разрушающих воздействий -факторов риска.
В последние годы памятники культурного наследия все чаще становятся жертвой «экологической агрессии» современного индустриального производства, урбанизации и других антропогенных и естественных природных факторов. Их состояние стало в современных условиях одним из характерных индикаторов экологической ситуации региона. По этой причине изучение изменения состояния объектов культурного наследия, влияния на него разрушающих факторов, необходимо не только для спасения памятников, но и для совершенствования управления окружающей средой.
Наблюдение за состоянием памятника должно проводиться с учетом временных и пространственных параметров изменения и развития экосистемы на территории его расположения, включая все техногенные и природные компоненты. Только такой подход позволяет полно изучить процессы разрушения памятников и кинетику их развития.
Среди мировых промышленных мегаполисов Санкт-Петербург выделяется как уникальный по масштабу памятник, сохранивший в основных чертах грандиозный исторический центр. Высокая степень сохранности и подлинности послужила основанием для включения исторического центра Санкт-Петербурга вместе с группами памятников пригородов в Список Всемирного наследия ЮНЕСКО. Угроза физической утраты уникальных памятников Санкт-Петербурга связана с процессами естественного старения, которые ускоряют неблагоприятные климатические, геологические и экологические условия, а так же вандализм и интенсивный туризм. Большую роль в этих процессах играют атмосферные загрязнители, из-за воздействия которых многие уникальные объекты находятся в активной фазе разрушения. Следует отметить, что нормирование загрязнителей для сохранения памятников культуры является актуальной задачей государственного значения.
Правительством Санкт-Петербурга принято Постановление от 1.11.2005 года № 1681 «О Петербургской стратегии сохранения культурного наследия», в котором определены основные приоритеты, критерии и направления охраны памятников Санкт-Петербурга. В постановлении отмечается необходимость проведения междисциплинарных исследований процессов разрушения исторических памятников, а также воздействий на них различных деструктивных факторов на основе постоянного мониторинга и прогнозирования развития их состояния.
Уникальная коллекция бронзовых памятников Санкт-Петербурга, мониторингу состояния которых посвящена настоящая работа, находится в критической ситуации. В условиях загрязненной воздушной атмосферы процессы коррозии металлов и сплавов активизируются. На поверхности памятников
происходит образование «дикой» рыхлой патины, часто фиксируются очаги «бронзовой болезни», обусловленной проникновением коррозии вглубь сплава. Закономерности разрушения памятников из меди и медных сплавов в городской среде к настоящему времени исследованы недостаточно. Методика геоэкологического монторинга их состояния не разработана.
Объект исследования - бронзовые памятники Санкт-Петербурга и окружающая их воздушная среда.
Предмет исследования - состояние бронзовых памятников Санкт-Петербурга и влияние на него окружающей воздушной среды.
Цель работы - разработка комплексного методологического подхода к исследованию и прогнозированию состояния бронзовых памятников в городской среде.
Основные задачи:
Разработать базовую оценочную модель по влиянию комплекса деструктивных факторов на состояние объектов культурного наследия, находящихся на открытом воздухе, и квалиметрическую расчетную модель по оценке воздействия факторов риска на памятники Санкт-Петербурга;
Провести мониторинг состояния воздушной среды в Некрополях музея городской скульптуры и проанализировать особенности воздействия загрязнителей воздуха на бронзовые памятники;
Разработать методику геоэкологического мониторинга состояния бронзовых памятников в городской среде:
предложить квалиметрическую модель для оценки состояния медного сплава;
разработать неразрушающую спектрофотометрическую методику определения фазового состава патины на поверхности бронзовых памятников;
создать и разместить в Интернете базу данных по состоянию бронзовых памятников Санкт-Петербурга;
4. Провести экспертизу состояния представительной выборки бронзовых
памятников Санкт-Петербурга, изучить закономерности их разрушения и дать
рекомендации по комплексу реставрационных и профилактических мероприятий
на обследованных памятниках и окружающих их территориях.
Положения, выносимые на защиту:
Базовая оценочная модель, полученная по результатам анализа влияния широкого комплекса деструктивных факторов на состояние объектов из различных материалов, позволяет проводить сравнительный квалиметрическии анализ степени воздействия биотических, абиотических, антропогенных и конструкционных факторов на памятники культурного наследия, находящихся в различных географических и экологических условиях.
Загрязнители воздушной среды (сернистый и угарный газы, озон и аэрозоли твердых частиц) являются основными компонентами синергетической химической атаки на бронзовые памятники Санкт-Петербурга. Интенсивность деструктивных процессов зависит от места расположения памятника и максимальна в осенне-весенний период.
Разработанная методика геоэкологического мониторинга, включающая оригинальную квалиметрическую модель по оценке состояния медного сплава, новый способ определения фазового состава патины in situ и базу данных, является эффективным инструментом при экспертизе состояния бронзовых памятников в городской среде.
Патина на бронзовых памятниках Санкт-Петербурга представляет собой композитную биогеохимическую систему, формирующуюся под действием экологических факторов. Минеральный состав патины представлен соединениями меди и требует постоянного контроля из-за присутствия хлоридов (атакамита, нантокита и кальюметита), являющихся индикаторами «бронзовой болезни» памятника.
Фактический материал, подходы и методы исследования. Фактическую основу диссертации составляют результаты трехлетнего мониторинга загрязнителей воздушной среды в Некрополях музея городской скульптуры и состояния представительной выборки бронзовых памятников Санкт-Петербурга, существенно отличающихся по времени нахождения в городской среде (от 20 до 180 лет): Николаю I на Исаакиевской площади, Героям Краснодона в парке Екатерингоф и 40 памятников в Некрополях Музея городской скульптуры.
Измерения содержания загрязнителей воздушной среды (SO2, СО и Оз) в Некрополях Музея городской скульптуры с июня 2006 по май 2009 произведены сертифицированным и аттестованным комплексом «СКАТ» (версия ПАК8816), установленным научно-производственным предприятием «ОПТЭК» в техническом помещении Лазаревской усыпальницы. Анализ проб автоматически выполнялся каждые 20 минут, результаты поступали в базу данных центрального сервера.
Экспертиза состояния бронзовых памятников была проведена по разработанной методике, включающей оригинальную квалиметрическую модель по оценке состояния медного сплава, новый способ определения фазового состава патины in situ и специализированную базу данных.
Для оценки влияния деструктивных факторов, в том числе загрязнителей воздушной среды, на состояние памятников культурного наследия из различных материалов была разработана универсальная базовая модель и квалиметрическая расчетная модель для памятников Санкт-Петербурга.
Работа выполнена на кафедре геологии и геоэкологии РГПУ им. А.И. Герцена. Часть экспериментальных исследований была проведена в лабораториях геологического и биологического факультетов СПбГУ, а также в Институте геологии и геохронологии Докембрия РАН.
Научная новизна. Разработана методика геоэкологического мониторинга состояния бронзовых памятников в городской среде. Предложена неразрушающая спектрофотометрическая методика определения фазового состава патины на поверхности памятников. Разработаны и опробированы квалиметрические расчетные модели по оценке состояния медного сплава в городской среде и воздействию факторов риска на памятники Санкт-Петербурга. Создана база данных по состоянию бронзовых памятников Санкт-Петербурга. Впервые
проведено детальное эколого-геохимическое исследование патины на поверхности бронзовых памятников Санкт-Петербурга.
Теоретическая значимость. Предложена методика и усовершенствованы подходы к оценки состояния бронзовых памятников в городской среде. Выявлены особенности воздействия загрязнителей воздуха, приводящие к деградации памятников и влияющие на патинообразование. Определены закономерности эволюции патины на поверхности памятников Санкт-Петербурга.
Практическая значимость. Экспертиза состояния 42 памятников Санкт-Петербурга выполнена по контракту с Комитетом по культуре правительства Санкт-Петербурга и Государственным Музеем городской скульптуры ("Разработка и внедрение специализированной базы данных по состоянию памятников Санкт-Петербурга на основе результатов мониторинга", 2009; "Комплексный мониторинг состояния памятников музейных некрополей и воздействия на них окружающей среды", 2010). Полученные результаты используются при планировании и проведении реставрационных и консервационных работ на бронзовых памятниках.
Результаты проведенных исследований также внедрены в учебный процесс и используются в учебных курсах «Эколого-геологические проблемы и экспертиза памятников культурного наследия» (РГПУ им. А.И. Герцена), «Экология памятников культурного наследия», «Кристаллогенетические процессы и биокосные взаимодействия на поверхности памятников в городской среде» (СПбГУ).
Обоснованность и достоверность результатов работы базируется на большом объеме выполненных полевых и лабораторных исследований с применением широкого комплекса современных инструментальных методов и компьютерных технологий, а также анализе отечественных и зарубежных литературных источников по исследуемой проблеме.
Апробация работы. Основные научные и практические результаты работы докладывались и обсуждались на международных и российских конференциях: VET - X Международные семинары «Геология, геоэкология и эволюционная география» (Санкт-Петербург, 2008-2010), IX Всероссийская научная конференция «Проектирование инженерных и научных приложений в среде MatLab» (Астрахань, 2009), XI Съезд Российского Минералогического общества (Санкт-Петербург, 2010), ХХХУШ - ХХХГХ научные и учебно-методические конференции СПбГУ ИТМО (Санкт-Петербург, 2009-2010), семинары «Проблемы реставрации и обеспечения сохранности памятников культуры и истории» (Санкт-Петербург, 2010), «Скульптура ХУШ-ХГХ веков на открытом воздухе. Проблемы сохранения и экспонированиия» (Сергиевка, Старый Петергоф, 2010), VII Международная конференция «Геология в школе и вузе: геология и цивилизация» (Санкт-Петербург, 2011).
По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 9 статей (из них 2 в журнале из списка ВАК) и одна коллективная монография.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и двух приложений. Объем диссертации составляет 197 страниц, включая 91 рисунок, 35 таблиц и 114 наименований используемых литературных источников, в том числе 19 на английском языке.
Особенности разрушения бронзовых памятников
Система контроля экологического состояния исторических памятников, сформированная за последние 15 лет в России, позволила обеспечить достаточно надежную информационную основу государственной политики в соответствующей сфере [51]. Вместе с тем, сложившаяся система отличается наличием существенных недостатков, в числе которых: - неполнота охвата территории страны; - некачественность и ненадежность в некоторых случаях официально представляемой информации, как о количестве памятников, так и об их состоянии; - неустойчивость самой системы мониторинга, основанной, главным образом, на энтузиазме отдельных работников (экспертов и руководителей); - отсутствие надежного механизма ее поддержки и неразвитость ее нормативной базы. В сложившихся условиях представляются актуальными следующие основные стратегические направления совершенствования мониторинга культурного наследия: - разработка ведомственных нормативов, регламентирующих вопросы организации и ведения мониторинга культурного наследия в стране; дальнейшее развитие методической базы соответствующего мониторинга; - повышение ответственности федеральных, региональных и местных органов управления культурным наследием за качество мониторинга, за систематическое, своевременное и полное представление его результатов в соответствующие органы; - совершенствование методики мониторинга с учетом геогрфических особенностей различных регионов, в том числе системы сбора и анализа данных мониторинга культурного наследия на всех территориальных уровнях и обеспечения доступа к ним всех заинтересованных сторон; повышение квалификации кадров и специализированная переподготовка специалистов по организации и проведению мониторинга, в том числе - экологического, недвижимых объектов культурного наследия страны; - внедрение в практику компенсационного принципа финансирования охраны культурного наследия (покрытие ущерба памятникам истории и культуры от антропогенных воздействий за счет предусмотренных законодательством платежей за загрязнение среды).
В западных странах одной из основ для оценки очередности и предстоящих затрат на проведение реставрационных работ все чаще становится детальное картирование состояния камня памятников культуры [93, 103]. Эта методика разработана в Германии, в Техническом университете города Аахен научно-технической группой доктора Б. Фитцнера на основе многолетнего опыта его работ (1975-1995 гг.) на многих объектах мирового культурного наследия, стоящих на учете ЮНЕСКО. Метод предполагает проведение неразрушающих процедур. Они позволяют количественно зарегистрировать и затем документировать состояние камня всего сооружения, отдельных его частей или скульптуры по типам горных пород, интенсивности и распределению форм выветривания камня, как на поверхности памятника, так и в глубине. Численное выражение повреждений камня через их категорию и индекс представляет собой основу для последовательной количественной оценки и рассортировки видов повреждения камня. Метод может быть применён к каменному материалу любого типа, сооружениям из блочного и монолитного камня, памятникам.
Методика Б. Фитцнера сводится к цепи «анамнез - диагноз - терапия» (эти медицинские понятия использованы для образности) Анамнез — это взятая из архивов и литературы общая предыстория создания, существования и настоящего состояния объекта. Диагноз - выявление и оценка «болезней» камня, терапия - его реставрация, определение степени риска всей работы, последующих долгосрочных охранных действий.
Первый шаг и главный документ — это карта. Методика ее составления заключается в следующем: сначала определяют все типы камня, использованного в памятнике, затем типы разрушений. На этой основе составляют два чертежа памятника с соответствующими условными обозначениями (цветом и знаками). Для их составления используются уже имеющиеся в распоряжении исследователя схемы, планы, документальные фотографии тех участков объекта, которые должны быть изучены и изображены на карте фасада здания, скульптуры. Название даётся камню в соответствии с петрографической классификацией и номенклатурой. Используется специально разработанная классификация форм выветривания камня и система терминов и индексов для унифицированной документации этих форм.
Далее все типы разрушений подразделяют по единой системе на шесть категорий: нет повреждений (0), очень слабое повреждение (1), слабое повреждение (2), умеренное повреждение (3), сильное повреждение (4), очень сильное повреждение (5).
Интенсивность проявления любой формы выветривания камня может быть оценена с помощью одной из шести категорий. Для этого необходимо определить, во-первых, интенсивность развития формы выветривания, во-вторых - процент разрушенной части камня по отношению к его общей площади (объёму), в-третьих - инженерную функцию элементов памятника, слагаемых данным камнем с данной формой разрушения, в-четвёртых -историческую и художественную ценность этих элементов. Категории следует присваивать в кооперации со всеми экспертами, занятыми в работах по изучению, реставрации и сохранению данного памятника.
Мониторинг состояния воздушной среды в Некрополях музея городской скульптуры (Санкт-Петербург)
При этом в зависимости от структурных особенностей (величина зерна, плотность и т. п.) в цветовой тональности одного и того же минерала могут быть очень большие различия.
Патина, как правило, состоит не из одного, а из двух-трех и более минералов. Если они образуют смесь в пределах наружного слоя, то цвет патины определяется количественным соотношением зерен разного цвета. Если патина двухслойна, но наружный слой находится еще в стадии образования, отдельные зерна и группы зерен минерала не образуют сплошной пленки, а располагаются на некотором расстоянии друг от друга; в промежутках между ними остается открытой поверхность нижележащего слоя иной окраски. Своеобразие цвета такой патины определяется оптическим смешением цветов обоих минералов при восприятии их глазом человека.
Особенности образования цвета патины связаны также с такими оптическими свойствами минералов, как степень прозрачности (светопропускающая способность) и блеск (отражательная способность). Многие медные минералы, в том числе брошантит, антлерит, азурит, атакамит и др., образующие наружный слой патины, в тонких слоях имеют довольно высокую свето-пропускающую способность, при этом в очень тонких слоях цвет их отличается от цвета в больших массах. Так, светло-, изумрудно- или черновато-зеленый антлерит в тонком слое кажется желтым или сине-зеленым, черный тенорит - коричневым, темно-синий ковеллин - зеленым, вишневый, фиолетовый или почти черный куприт - ярко-красным, оранжевым или желтым. В то же время многим минералам присуща высокая отражательная способность, вследствие чего они имеют сильный блеск. Например, куприт отличается алмазным блеском, азурит - сильным стеклянным и т. д.
Наряду с прозрачными среди медных минералов имеются такие, которые в любом случае остаются непрозрачными и отличаются металлическим блеском. Такими особенностями обладают оксиды меди тенорит и парамелаконит. Тенорит и парамелаконит - черные или серовато-черные, иногда с полуметаллическим блеском. Если такие минералы располагаются в наружном слое патины, то это неизбежно приводит к тому, что она приобретает локальную окраску данного минерала и лишается цветового многообразия.
С одной стороны, на памятниках из сплавов, весьма различающихся по составу, наблюдается одинаковая патина. С другой стороны, на памятниках из сплавов, очень близких по составу, можно видеть совершенно разную патину. Более того, патина разного цвета часто образуется на одном и том же памятнике.
По мнению М.К. Калиш влияние на цвет заключается не в окрашивании патины примесями продуктов коррозии легирующих элементов бронз и латуней, а в изменении структуры медных минералов (зернистость, пористость и т.д.) в зависимости от особенностей структуры сплавов разного состава и качества поверхности.
Более или менее одинаковую окраску может иметь и очень «молодая» естественная патина или достаточно «старая», которая достигла равновесия с окружающей средой и состав которой не изменяется [32, 33, 102]. Патина же на памятниках «среднего возраста» в большинстве случаев имеет более или менее заметные различия в цвете, связанные как с неоднородностью ее состава, так и с разной степенью формирования. Переходы между участками разной окраски, чем бы ни были вызваны эти различия, обычно воспринимаются как очень постепенные и гармоничные.
Тем не менее для молодых памятников из меди и ее сплавов наиболее типичны коричневые окраски. Черный цвет является переходным и необязательным. Для старинных памятников характерна патина в зеленой или синевато-зеленой гамме.
Структура патины и стадии ее образования
Микроскопическое исследование шлифов, изломов и порошков патины позволило установить, что она имеет зернистое строение, причем хорошо сформировавшаяся патина достаточно однородна [32]. Исключение составляют те случаи, когда в патину входят инородные твердые частицы, например, песок, мелкие камушки, глина, ржавчина и т.п. Как правило, размер зерен патины старинных памятников имеет порядок от 0,01 до 0,001 мм, реже 0,1 - 0,01 мм. По аналогии с состоящими из минералов горными породами в соответствии с принятой в геологии классификацией большинство патин может быть отнесено к микро- и тонкозернистым структурам. Входящие в состав патины минералы никогда не образуют даже самых мелких ограненных кристаллов с типичной для них формой.
Естественная патина всех видов, пришедшая в стабильное состояние, т.е. не изменяющаяся в атмосферных условиях или претерпевающая очень медленные превращения (в течение многих лет и десятилетий), представляет собой твердую плотную структуру. Но она не является абсолютно сплошной (однородной), а обладает той или иной степенью пористости. Установлено, что сплошными бывают только тончайшие окисные и другие защитные минеральные пленки на металлах на начальной стадии образования. С увеличением толщины они становятся пористыми. Патина имеет пористость, обусловленную наличием пустых промежутков между зернами минералов, а иногда и между слоем минералов и металлом. Степень пористости зависит как от природы патины, так и от структуры металла, качества его поверхности, прочности сцепления патины с металлом и т.д. Естественная патина, как правило, имеет так называемую замкнутую или закрытую пористость в виде изолированных друг от друга, от металла и от внешней среды микрополостей между зернами минералов. При такой пористости патина малопроницаема для газов и влаги. При наличии мелких пор в металле патина имеет закрытую пористость, так как слой минералов перекрывает поры в металле. Безусловно, качество патины, в частности прочность сцепления ее с металлом в этом случае хуже, чем обычно, но сам факт закрытия патиной пор свидетельствует о хороших защитных свойствах естественной патины.
Для коррозионной компоненты естественной патины характерна слоистая структура (рис. 1.15) [12, 32, 98, 99, 113], т.е. расположение входящих в ее состав минеральных агрегатов в виде ясно различимых слоев, параллельных поверхности металла. Такая слоистая (обычно, двухслойная) структура легко выявляется благодаря цветовому контрасту между слоями минералов разного состава: нижний слой из оксидов меди черный, верхний из солей меди (см. табл. 1.2) - обычно зеленый.
По М.К. Калиш число слоев в патине может колебаться от одного до трех-четырех в зависимости от возраста патины, состава и наличия искусственных наслоений. В связи с изменением состава патины во времени изменяется и ее структура. Молодая естественная патина, как и искусственная оксидная пленка, обычно состоит из одного слоя; старые патины, как правило, двухслойны, но изредка имеют три и даже четыре слоя. Молодая однослойная патина обычно образует на поверхности исследуемых памятников сплошную защитную плотную пленку, имеющую хорошее
Расчетная квалиметрическая модель
В Санкт-Петербурге уровень загрязненности атмосферного воздуха можно оценить по данным хранящимся на сайте [35], на который поступают результаты автоматизированной системы мониторинга атмосферного воздуха (АСМ). Станции АСМ функционируют непрерывно в автоматическом режиме и обеспечивают регулярное получение оперативной информации об уровне загрязнения атмосферного воздуха Санкт-Петербурга основными примесями: СО - оксида углерода, N0 - оксида азота, N02 -диоксида азота, S02 - диоксида серы, Оз - озона, NH3 - аммиака. Автоматические измерения концентраций загрязняющих веществ проводятся на 15 станциях с периодичностью 20 минут.
Результаты, полученные на основании усреднения результатов измерения 15 АСМ за 2008-2010 годы (рис. 2.3) показали, что число дней в году с уровнем загрязнения выше среднего за три года существенно не отличались (2008 г - 50 д., 2009 - 47д, 2010 - 58д.). Число дней с уровнем загрязнения значительно выше среднего немного возросло в 2010 г (9 дней), по сравнению с предыдущими двумя годами (6 и 5 соответственно). За три года существенных изменений по уровню загрязнения воздуха не произошло.
. Данные о степени загрязненности почв и водных бассейнов Санкт-Петербурга можно извлечь из ежегодных обзоров, составленных природоохранными органами и комитетом по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности [59, 60].
При оценке влияния почвенного покрова на состояние памятника целесообразно учитывать не только степень его загрязненности [71, 90], но и степень увлажненности. Непосредственное влияние водной среды на памятник проявляется редко - только, если он уставлен в воде (фонтаны, памятники Петергофа). Чаще прослеживается косвенное влияние находящихся вблизи водоемов (рек, каналов).
Влияние рельефа местности зависит от высоты относительно уровня моря, от облика и величины неровностей и уменьшается в следующем порядке: возвышенные безводные плато, повышенные плоско-волнистые равнины, низменные плоские и волнистые равнины, низкие плоские равнины, низкие приморские террасы. Значительная часть Санкт-Петербурга расположена на приморской низменной равнине, что на состояние памятников практически никакого отрицательного воздействия не оказывает.
Влияние грунтового слоя на состояние памятника можно, в первом приближении, оценить на основе общей классификации грунтов [27], делящих их на прочные, слабые и неустойчивые. Данные позволяют отнести территорию Санкт-Петербурга к слабым грунтам. Для оценки состояния грунтового основания конкретного памятника необходимо проведения локальных инженерно-геологических работ.
Биотические факторы среды. Влияние на состояние памятника животных, птиц, высших и низших растений хорошо выявляется при визуальном обследовании по наличию соответствующих наслоений, биопленок, механических повреждений а также степени затененности конкретного объекта, вызванной окружающими его деревьями. Для диагностики видового состава и степени агрессивности микробного сообщества находящегося на поверхности памятника, применяются специализированные биологические неразрушающие методы и соответствующие атласы. Стихийные бедствия и антропогенные факторы. Степень воздействия этой группы факторов, обычно, хорошо выявляется при визуальном обследовании по характеру и масштабу разрушения. Ремонтно-строительные работы вблизи памятника могут также приводить к дополнительной затененности, приводящей к интенсификации биоразрушений.
Материал памятника. Элементный и фазовый состав материала памятника существенно влияют на интенсивность физических и биохимических процессов его разрушения (см. раздел 1.2.3). Существует прямая зависимость между степенью неоднородности материала и интенсивностью разрушения. Для определения этих характеристик материала привлекают различные инструментальные методы (см. раздел 3.3).
Форма памятника и рельеф поверхности. Сложная форма памятника и рельеф (неоднородность) его поверхности способствуют сохранению влаги и тем самым ускоряют процессы разрушения материала памятника. Степень влияния, этих характеристик хорошо выявляется при визуальном осмотре памятника.
Результаты анализа особенностей СДО и рассчитанных по ним характеристик аналогов минералов патины
Памятник « Героям Краснодона» (рис. 3.2) установлен в январе 1956 г. на главной аллее парка «Екатерингоф» [16]. В начале 1950-х г. комсомольцами Кировского района парк был благоустроен. Было решено установить здесь памятник - авторское повторение монумента « Героям-молодогвардейцам », открытого в 1954 г. в Краснодоне. Авторы - ск. В.И. Агибалов, В.И. Мухин, В.Х. Федченко, арх. В.Д. Кирхоглани. Бронзовая скульптурная композиция представляет группу молодогвардейцев, в центре которой рядом со знаменем стоит О.В. Кошевой, перед ним сидит УМ. Громова, слева от них стоят Л.Г. Шевцова и С.Г. Тюленин, справа - И.А. Земнухов. Памятник посвящен героям «Молодой Гвардии», боровшимся с немецко-фашистскими оккупантами в Краснодоне в годы Великой Отечественной войны. Удачное композиционное построение позволило скульпторам дать каждому из героев портретную характеристику и одновременно передать ощущение единой, монолитной группы. Памятник установлен на цилиндрическом постаменте, сложенном из блоков красного неполированного гранита, опоясанного в верхней части бронзовым лавровым венком.
Экспертизу памятников осуществляли в несколько этапов:
1. Визуальное обследование объекта. Фотодокументация его состояния. Взятие проб патины.
Во время визуального обследования памятников производили описание патины (Приложение 1, табл. 1-3), выявляли виды наслоений и механических повреждений. Внешний вид памятника, формы его разрушения, типы патины и места взятия проб фотографировали на компактный 8-мегапиксельный цифровой фотоаппарат "Olympus SP-350" с разрешением фотографий 3,264x2,488 в режиме "авто". При необходимости проводили макро (с расстояния 20 см) и супер-макро съемку (с расстояния 2 см). Все фотоснимки представлены в работе в формате JPEG.
При взятии образцов патины (Приложение 1, табл. 1-3) стремились не нанести вреда внешнему виду памятника. Для этого пробы отбирали, в основном, с тыльной стороны в местах, скрытых от глаз наблюдателя. При работе на высоте выше человеческого роста использовали автовышку (памятник Николаю I) или леса (памятник "Героям Краснодона"). Образцы патины соскабливались с помощью скальпеля в бумажные пакеты, размером 2x2 см.
2. Получение ЗИ-модели памятника по результатам лазерного сканирования.
Работы были проведены НПП "Фотограмметрия" с использованием лазерного сканера IMAGER 5006, разработанного компанией Zoller+Frohlich GMBh (Z+F) [53] (рис. 3.3). Основные характеристики использованного сканера: максимальная дальность измерений 79 м, минимальная дальность измерений: 1.0 м, разрешение: 0.1 мм, скорость сканирования: 500 000 пикселей/сек, ошибка линеаризации на 50м: 1мм.
Перед проведением сканирования сотрудниками НПП
"Фотограмметрия" вокруг памятника была построена геодезическая опорная сеть, которая служила основой для привязки марок лазерного сканера [53, 70]. Такой способ давал возможность не только сводить сканы в единую систему координат, но и проверять точность регистрации «облаков точек». Полевые работы, включая фотофиксацию с помощью цифровой камеры, были проведены группой специалистов из 3 человек за 1 день. Температура окружающей среды держалась выше 0 С, что удовлетворяло техническим параметрам прибора.
После регистрации по маркам с известными координатами, был создан единый массив «облака точек», расположенный в единой системе координат и покрывающий памятник с достаточной детальностью. Для совместной обработки результатов лазерного сканирования и цифровой фотограмметрической съемки использовали специальное программное обеспечение ScanlMAGER 1.4. С помощью этого приложения возможно делать измерения, вычислять объемы, получать разрезы, сечения и ортофотопланы отсканированных объектов.
На основе данных лазерного сканирования была создана трёхмерная модель памятника В.Ф. Комиссаржевской, неудовлетворительное состояние которого требует незамедлительного проведения реставрационных работ. Технология 3D моделирования позволяет увидеть объект с любой стороны, получить объективное представление о его форме, размерах, и сохранности.
3. Квалиметрическая оценка состояния материала.
Для квалиметрической оценки состояния материала бронзовых памятников была предложена двухуровневая расчетная модель, морфологические показатели которой соответствуют характеристикам, используемым реставраторами при предреставрационной экспертизе состояния памятника (см. раздел 3.2.1).
Успешная апробация модели было произведена на 40 медных и бронзовых памятниках Некрополей Музея городской скульптуры (36 памятников в Некрополе мастеров искусств и 4 памятника в Некрополе XVIII века) (см. раздел 3.2.2).
4. Определение состава патины комплексом лабораторных методов
Для того чтобы оценить сохранность памятника надо обязательно знать фазовый и химический состав патины, который в зависимости от имеющегося оборудования, определяют in vivo или in vitro. В настоящей работе были использованы оба подхода. Исследование проб патины с поверхности бронзовых памятников в лабораторных условиях проводили следующими методами: бинокулярная микроскопия, рентгенофазовый анализ (РФА), ИК - спектроскопия, сканирующая электронная микроскопия (СЭМ), рентгеноспектральный микрозондовый анализ и биологическое тестирование - изоляция микроорганизмов на питательную среду (см. раздел 3.3). Кроме того, нами были оценены возможности использования неразрушающего спектрофотометрического метода для диагностики минеральных компонентов патины на поверхности бронзы in vivo (см. раздел 4).
