Biodeterioracja przedmiotów zabytkowych – jak zapobiegać?

Biodeterioracja przedmiotów zabytkowych jeszcze do niedawna pojawiała się głównie w literaturze specjalistycznej. Dziś coraz częściej mówi się o niej wśród konserwatorów, muzealników i archiwistów, bo oznacza realne zagrożenie dla zbiorów.

Obejmuje biologiczne niszczenie materiałów – od drewna i papieru, przez tkaniny i skórę, aż po zaprawy, szkło i metale – spowodowane aktywnością mikroorganizmów, owadów i innych organizmów żywych. Skutkiem są nie tylko plamy, przebarwienia czy nieprzyjemny zapach, ale też straty ekonomiczne i utrata dziedzictwa kulturowego. Zrozumienie mechanizmów biodeterioracji oraz umiejętne dobieranie metod zapobiegania stają się jednym z kluczowych elementów współczesnej ochrony zabytków.

Czym jest biodeterioracja przedmiotów zabytkowych?

W uproszczeniu biodeterioracja przedmiotów zabytkowych to proces, w którym mikroorganizmy, owady i inne organizmy żywe wykorzystują materiały jako źródło energii, podłoże do wzrostu lub przestrzeń do bytowania. Ich działanie prowadzi do stopniowego osłabienia struktury materiałów, utraty cech użytkowych i w skrajnych przypadkach do całkowitego zniszczenia obiektu. Proces dotyczy bardzo zróżnicowanych podłoży organicznych – takich jak drewno, papier, pergamin, tkaniny – ale także materiałów mineralnych, w tym kamienia, tynku, ceramiki czy szkła.

Mikroorganizmy zasiedlające zabytki wykorzystują zawarte w nich związki chemiczne – przede wszystkim celulozę, białka i tłuszcze – rozkładając je do prostszych substancji, które pobierają w swoich procesach życiowych. Jednocześnie wytwarzają szereg metabolitów, w tym kwasy organiczne i związki toksyczne, które dodatkowo przyczyniają się do niszczenia materiałów. W rezultacie dochodzi do osłabienia struktury, rozluźnienia wiązań, kruszenia, mikropęknięć oraz zaniku spójności warstw malarskich czy zapraw.

Biodeterioracja, rozumiana jako biologiczne niszczenie materiałów przez drobnoustroje, ma także bardzo konkretny wymiar ekonomiczny – według szacunków z 2013 roku straty z nią związane w Polsce mogły sięgać nawet ok. 5% PKB, czyli około 80 mld złotych.

Grzyby pleśniowe, bakterie i owady – główni sprawcy zniszczeń

Wśród czynników odpowiedzialnych za biodeteriorację szczególną rolę odgrywają grzyby pleśniowe. Gatunki z rodzajów Aspergillus, Penicillium, Cladosporium, Acremonium czy Chaetomium są dobrze przystosowane do życia na podłożach organicznych – papierze, drewnie, tkaninach czy skórze. Ich grzybnia przerasta wnętrze materiału, prowadząc do powstawania plam, przebarwień i utraty spójności. W sprzyjających warunkach – przy podwyższonej wilgotności względnej i obecności kurzu stanowiącego dodatkowe źródło materii organicznej – tempo wzrostu kolonii może być bardzo wysokie.

Natomiast bakterie rozkładają zarówno celulozę w papierze, jak i składniki białkowe w skórze czy klejach. Wytwarzane przez nie metabolity mogą reagować z komponentami podłoża, powodując zmianę barwy, odspajanie warstw oraz korozję metali. Dodatkowym problemem jest zdolność niektórych gatunków do wytwarzania toksyn oddziałujących na organizm człowieka – co ma znaczenie zwłaszcza w zamkniętych pomieszczeniach magazynowych i archiwach.

Do obrazu zagrożeń dochodzą owady i szkodniki magazynowe: kołatki i spuszczele żerujące w drewnie, rybiki i karaczany niszczące papier i tkaniny, a także owady tworzące oprzędy w szczelinach konstrukcji. Ich aktywność prowadzi do ubytków, perforacji i osłabienia struktury, a uszkodzone miejsca łatwo kolonizują mikroorganizmy.

Warunki sprzyjające biodeterioracji – znaczenie mikroklimatu

Rozwój mikroorganizmów powodujących biodeteriorację zależy przede wszystkim od warunków mikroklimatycznych. Kluczowa jest wilgotność względna powietrza – przekroczenie poziomu ok. 65% znacząco zwiększa ryzyko rozwoju grzybów pleśniowych i innych drobnoustrojów na powierzchni oraz we wnętrzu materiałów. Podwyższona temperatura przyspiesza ich aktywność metaboliczną, a gwałtowne wahania parametrów sprzyjają powstawaniu mikropęknięć i naprężeń w strukturze, co ułatwia kolonizację.

Istotna jest także obecność kurzu, aerozoli i resztek organicznych, które są źródłem węgla i energii. Nawet cienka warstwa pyłu może wystarczyć, by mikroorganizmy zaczęły się rozwijać. Szczególnie groźne są sytuacje awaryjne – zalanie pomieszczeń, awarie systemów wentylacyjnych czy długotrwałe wyłączenie ogrzewania. Powodują one gwałtowne zmiany wilgotności i temperatury, a tym samym tworzą idealne warunki do wzrostu kolonii grzybów i bakterii.

Materiały szczególnie narażone – drewno, papier, tkaniny, szkło

Stopień podatności na biodeteriorację zależy od rodzaju materiału. Za najbardziej wrażliwe uznaje się materiały organiczne, czyli drewno, papier i tkaniny. Drewno, dzięki swojej porowatej strukturze, chłonie wodę i zanieczyszczenia, a w jego wnętrzu łatwo gromadzą się resztki substancji organicznych. Grzyby i bakterie wykorzystują je jako pożywkę, co prowadzi do osłabienia struktury, pękania, odkształceń, a w skrajnych przypadkach do całkowitego zniszczenia obiektu.

Papier i tektura w księgozbiorach i archiwaliach są narażone na podobne procesy – włóknista, celulozowa struktura sprzyja kolonizacji przy podwyższonej wilgotności. W efekcie pojawiają się żółknięcie, przebarwienia, utrata elastyczności i charakterystyczne plamy. Tkaniny historyczne (len, bawełna, jedwab, wełna) podlegają z kolei degradacji włókien, kruchości i ubytkom, którym często towarzyszy zmiana barwy i zapach stęchlizny.

Także materiały mineralne – kamień, zaprawy, szkło – mogą ulegać biodeterioracji. Mikroorganizmy wykorzystują związki chemiczne obecne na powierzchni lub w porach materiału, wytwarzając kwasy i inne metabolity, które powodują korozję, matowienie, odspajanie warstw malarskich, a nawet łuszczenie się szkliw i szkła.

Jak rozpoznać biodeteriorację w praktyce?

Konsekwencje ekonomiczne biodeterioracji są na tyle poważne, że uzasadniają podjęcie działań zapobiegawczych i przeprowadzenie badań nad skutecznymi metodami kontroli. W praktyce muzealnej biodeteriorację rozpoznaje się przede wszystkim wizualnie. Do alarmujących objawów należą:

• naloty o różnej barwie (białawe, zielone, czarne),
• nieregularne plamy,
• matowienie czy zszarzenie powierzchni,
• osypywanie się warstwy malarskiej,
• kruszenie krawędzi,
• ubytki w drewnie i tkaninach.

Ważnym sygnałem jest też zapach stęchlizny, świadczący o aktywnej obecności grzybów pleśniowych, nawet jeśli zmiany są jeszcze słabo widoczne.

Kolejny krok to badania mikrobiologiczne – pobieranie próbek z powierzchni, hodowla drobnoustrojów na odpowiednich podłożach oraz ich identyfikacja. Coraz częściej klasyczne techniki uzupełnia się metodami biologii molekularnej, pozwalającymi wykryć również te gatunki, których nie udaje się wyhodować w warunkach laboratoryjnych. Istotnym narzędziem jest także oznaczenie zawartości ergosterolu – markera obecności grzybów – które pozwala ocenić skalę biodeterioracji nawet wtedy, gdy grzybnia nie jest już aktywna.

Współczesne metody badania biodeterioracji

Nowoczesne podejście do biodeterioracji łączy identyfikację mikroorganizmów z oceną skutków ich oddziaływania na materiał. W badaniach wykorzystuje się techniki hodowlane, analizy biochemiczne, metody molekularne (np. PCR, sekwencjonowanie DNA) oraz metody fizykochemiczne, w tym mikroskopię elektronową czy spektroskopię powierzchniową. Pozwalają one nie tylko określić, jakie gatunki zasiedlają dany obiekt, ale też, w jaki sposób ich metabolity modyfikują strukturę i właściwości materiału.

Szczególnie cenne są badania łączące dane mikrobiologiczne z wynikami analiz materiałoznawczych, np. pomiarami zmian porowatości, wytrzymałości mechanicznej czy składu chemicznego powierzchni. Dzięki temu można lepiej dobrać metody konserwacji, a także ocenić skuteczność zastosowanych zabiegów w czasie.

Zapobieganie biodeterioracji – rola mikroklimatu i procedur

Grzyby pleśniowe rozwijają się na materiałach organicznych i nieorganicznych w warunkach silnego zawilgocenia, dlatego najskuteczniejszą strategią walki z biodeterioracją jest prewencja. Podstawą jest kontrola mikroklimatu: utrzymanie zalecanych wartości wilgotności względnej i temperatury, unikanie gwałtownych wahań oraz zapewnienie odpowiedniej wentylacji. Konieczne jest stosowanie systemów monitoringu, regularny odczyt parametrów i szybkie reagowanie na przekroczenie dopuszczalnych zakresów. W pomieszczeniach magazynowych i ekspozycyjnych warto ograniczać źródła wilgoci, takie jak nieszczelności przegród, zawilgocone posadzki czy niekontrolowane nawilżanie powietrza.

Drugim filarem jest higiena: systematyczne usuwanie kurzu i zanieczyszczeń, odpowiednie przechowywanie obiektów (pudełka, teczki, gabloty), stosowanie filtrów powietrza i mat wejściowych. Personel powinien być przeszkolony w rozpoznawaniu wczesnych oznak biodeterioracji i znać procedury postępowania w sytuacjach kryzysowych, np. po zalaniu. Każdy przypadek podejrzenia biodeterioracji wymaga udokumentowania, oceny ryzyka i często konsultacji z wyspecjalizowanym laboratorium.

Dezynfekcja i konserwacja – dobór metod do rodzaju materiału

Jeśli biodeterioracja została już stwierdzona, konieczne jest zastosowanie metod interwencyjnych. Do dyspozycji są zarówno metody fizyczne, jak i chemiczne. Do pierwszej grupy zalicza się m.in. promieniowanie UV, promieniowanie jonizujące, kontrolowane suszenie czy zabiegi termiczne, które ograniczają aktywność mikroorganizmów bez wprowadzania dodatkowych substancji do struktury materiału.

Metody chemiczne bazują na zastosowaniu biocydów – związków chemicznych o działaniu grzybobójczym i bakteriobójczym. Przez lata stosowano preparaty na bazie formaldehydu, związków fenolowych czy czwartorzędowych soli amoniowych. Obecnie, ze względu na ich toksyczność i negatywny wpływ na środowisko, coraz częściej zastępuje się je środkami o bardziej selektywnym działaniu, stosowanymi w postaci zamgławiania, żeli czy powłok ochronnych. Każdorazowo niezbędne jest dobranie metody do rodzaju materiału (drewno, papier, tkaniny, szkło, metal) oraz do skali zniszczeń, a także wykonanie prób na niewielkim fragmencie obiektu.

GEMSUR – nowoczesny surfaktant w ochronie dziedzictwa

W poszukiwaniu skutecznych i bezpiecznych narzędzi coraz większą uwagę zwraca się na nowoczesne surfaktanty o multifunkcyjnym działaniu, które mogą wspierać zarówno procesy czyszczenia, jak i dezynfekcji powierzchni zabytkowych. Przykładem takiego rozwiązania jest GEMSUR – związek należący do grupy tzw. gemini surfaktantów. Jego cząsteczka zawiera dwa dodatnio naładowane atomy azotu połączone mostkiem heksametylenowym oraz dwa łańcuchy dodecylowe. Taka budowa przekłada się na bardzo wysoką aktywność powierzchniową i niskie krytyczne stężenie micelizacji (CMC), a więc wysoką skuteczność zwilżania, solubilizacji, emulgowania i dyspergowania już w niewielkich stężeniach.
GEMSUR łączy kilka funkcji istotnych z punktu widzenia ochrony zabytków, jest:

• efektywnym środkiem detergencyjnym,
• ułatwiającym usuwanie zabrudzeń i biofilmów z powierzchni różnego rodzaju materiałów;
• działa jako inhibitor korozji, tworząc na metalach cienką warstwę ochronną, która wypiera cząsteczki wody;
• wykazuje właściwości przeciwdrobnoustrojowe wobec grzybów pleśniowych i bakterii, wspierając utrzymanie czystości mikrobiologicznej oraz ograniczając ryzyko ponownej kolonizacji.

Co ważne, wysoka aktywność GEMSURu ujawnia się w bardzo niskich dawkach, co oznacza mniejsze obciążenie środowiska i większe bezpieczeństwo użytkowania w przestrzeniach, w których na co dzień przebywają ludzie. Z tego względu może być cennym elementem nowoczesnych strategii zapobiegania biodeterioracji przedmiotów zabytkowych – zarówno na etapie profilaktyki, jak i interwencji konserwatorskich.