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 techniczne 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