Исследования в консервации культурного наследия. Выпуск 3

Фирсова О. Л.

Результаты описанных в работе [7] модельных экспериментов с мраморными образцами хорошо согласуются с итогами выполненных нами практических работ по использованию технологии лазерной очистки в реставрации мраморных скульптур. Речь идет, в частности, о скульптуре «Зефир, качающийся на ветке» (скульптор – В. П. Бродзский, 1860 г., г. Рим, Италия) и бюсте «Примавера» (неизв. скульптор, нач. XVIII в., Италия) из собрания Государственного музея-заповедника «Царское село» [13, 14].

Перед началом реставрации оба этих памятника, выполненные из белого каррарского мрамора, имели значительные биологические поражения. В ходе микологического обследования скульптуры «Зефир» на ее поверхности были выявлены микроскопические грибы родов Alternaria, Cladosporium, Exophiala, Ulocladium, а при обследовании бюста «Примавера» (ил. 2) были идентифицированы микромицеты Alternaria alternata (Fr.) Keissl., Cladosporium herbarum (Pers.) Link, Exophiala jeanselmei (Langeron) McGinnis & A. A. Padhye, Rhodotorula sp. и отмечено наличие слоевищ накипных лишайников.

Ил. 1. Реставрационный лазер Smart Clean II (слева – облучение опытных образцов, справа – общий вид)

В ходе реставрации с помощью лазера были полностью удалены все имевшиеся на поверхности этих памятников очаги биопоражений, что проверялось в ходе повторной микологической экспертизы. На ил. 2 показано состояние бюста «Примаверы» до и после лазерной очистки.

По аналогии с модельными экспериментами на образцах мрамора были проведены эксперименты с образцами известняка и бумаги. В случае известняка лазерной обработке подвергались модельные образцы размером 2 x 2 x 2 см³, на которые искусственным образом наносились споры грибов. В экспериментах использовался тот же лазер Smart Clean II, однако в данном случае при тех же значениях частоты повторения импульсов (5 Гц) и диаметра пучка (2 мм) пришлось применять более высокую плотность энергии излучения (13–25 Дж/см²).

Ил. 2. Мраморный бюст «Примавера»: слева – общий вид до реставрации, справа вверху – состояние в процессе лазерной очистки (очищена левая половина), справа внизу – после лазерной обработки

В качестве биодеструкторов служили суспензии спор и мицелия изолятов микромицетов видов: Chaetomium globosum Kunze, Ulocladium consortiale (Thum.) E. G. Simmons, Aspergillus flavus Link. Изоляты данных микроскопических грибов были выделены с экспонатов Государственного Русского музея и хранились в коллекции микромицетов Ботанического института им. В. Л. Комарова РА Н. Представители данных родов относятся к наиболее распространенным видам микроскопических грибов-биодеструкторов. Культуры микромицетов выращивались на стандартных агаризированных питательных средах в течение 7–10 дней, затем с поверхности культуры делался смыв стерильной дистиллированной водой. Полученную суспензию спор наносили на поверхности образцов в количестве 0,2 мл на 4 см². Далее образцы делились на две группы и обрабатывались, соответственно, следующим образом:

1) высушивались при температуре 35°С в течение 5 часов, что не вызывало гибели спор, но препятствовало их прорастанию, и затем подвергались лазерной обработке;

2) помещались во влажную камеру при температуре 25°С на 3–4 суток для проращивания спор и образования поверхностного мицелия, после чего подвергались лазерной обработке.

Для проверки результатов обработки исследованных образцов при помощи лазера применялся метод смыва спор и мицелия с поверхности субстрата на питательные среды и их культивирование в термостате в течение 5–10 дней при температуре 25°С, после чего проводился подсчет числа выросших колоний.

В Табл. 1 представлены усредненные результаты, полученные в трех сериях экспериментов. Как видно из таблицы, под действием лазера происходило удаление микроорганизмов, при этом эффективность данного процесса напрямую связана с величиной плотности энергии лазерного излучения. Однако, 100 %-го удаления микромицетов удалось достигнуть не во всех случаях. Возможно, это связано с особенностями структуры известняка, более пористой, чем у мрамора.

Таблица 1. Зависимость эффективности удаления спор и участков мицелия с поверхности известняка от плотности энергии лазерного излучения

При работе с модельными образцами бумаги нами был использован волоконный иттербиевый лазер (модель «МиниМаркер М10», изготовитель – ООО «Лазерный центр», Россия). Он излучает на той же длине волны (1,06 мкм), что и модель Smart Clean, то есть также является инфракрасным лазером, однако имеет другие выходные параметры: средняя мощность до 10 Вт, длительность импульсов 10 нс, частота повторения импульсов 20–100 кГц.

Выбор лазера «МиниМаркер» в данном случае был связан с физико-механическими свойствами бумаги. Из научной литературы известно, что для уменьшения теплового воздействия при очистке бумаги необходимо применять лазеры с очень короткой (наносекундной) длительностью импульсов [15, 16].

Экспериментальные исследования проводились на модельных образцах целлюлозной картографической бумаги (плотность 150 г/м²) размерами 1,5 x 1,5 см², на которые наносились суспензии спор в количестве 0,1 мл. В качестве биодеструкторов были выбраны микромицеты родов Cladosporium cladosporioides (Fresen.) G.A. de Vries, Penicillium aurantiocandidum Dierckx & Biourge, Trichoderma viride Pers. После лазерной обработки образцы бумаги суспензировали. Полученную взвесь переносили в чашки Петри на стандартные агаризированные питательные среды и культивировали в термостате в течение 5–10 дней при температуре 25°С, затем проводился подсчет выросших колоний.

Ил. 3. Процесс обработки образцов бумаги лазером «МиниМаркер»

При обработке образцов использовались следующие выходные параметры лазера: средняя мощность – 4–6 Вт, длительность импульсов 10 нс, частота повторения импульсов 20 кГц. Процесс облучения образцов показан на ил. 3.

В Табл. 2 приведены усредненные результаты трех серий экспериментов по удалению спор микромицетов, которые показывают высокую эффективность лазерной обработки и в данном случае.

Таблица 2. Зависимость эффективности удаления спор и участков мицелия с поверхности бумаги от плотности энергии излучения лазера

Таким образом, эксперименты, проведенные на модельных образцах из различных материалов, а также результаты наших практических работ по реставрации мраморных скульптур с использованием технологии лазерной очистки позволяют говорить о том, что лазерная обработка является перспективным методом борьбы с биологическими повреждениями памятников.

В ближайшей перспективе авторы предполагают продолжить исследования по лазерному удалению биопоражений с поверхности мрамора, известняка, бумаги, а также ряда других материалов. Кроме того, планируется расширение области исследований как с точки зрения разнообразия биопоражений (модельные эксперименты по удалению водорослей), так и с точки зрения используемых источников излучения. Как известно, одним из методов борьбы с биодеструкторами является их облучение в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне шкалы электромагнитных волн [17]. УФ составляющую оптического диапазона излучения называют биологически активной, так как она обладает наиболее выраженным влиянием на живой организм. В связи с этим мы планируем проведение комплексных исследований по использованию УФ-ламп и лазеров УФ-диапазона для удаления биопоражений с поверхности памятников.