CC BY
0
ТОМСКАЯ ПИСАНИЦА Материалы исследований
йО! 10.34685/Н1.2024.26.32.006 Сазанова К.В., Зеленская М.С., Власов Д.Ю.
МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ЗАЩИТЕ АРХЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАМЯТНИКОВ ПРИТОМЬЯ ОТ БИОЛОГИЧЕСКИХ ПОВРЕЖДЕНИЙ
Аннотация. В статье обобщены основные методические подходы к защите археологических памятников Притомья от биологических повреждений. Биоцидные составы используются, в основном, для борьбы с грибами, водорослями и бактериями. Эффективность антимикробного действия зависит не только от правильного выбора биоцида, но также от способа и условий обработки. На основе экспериментальных данных продемонстрирована перспективность методики удаления лишайника с поверхности камня с использованием щелочных растворов (ЫэОИ).
Ключевые слова: защита археологических памятников, биоповреждения, лишайники, щелочные растворы, биоциды, сохранение объектов культурного наследия.
На территории Притомья известно множество уникальных археологических памятников. Их сохранение можно рассматривать как важнейшую научно-практическую задачу. Особенно это относится к многочисленным памятникам наскального искусства, расположенных вдоль реки Томи. Под действием внешних факторов эти уникальные объекты культурного наследия подвергаются естественному разрушению. Особую опасность для наскальных изображений представляют биологические объекты, поселяющиеся на памятниках. От биообрастаний во многом зависят и физико-химические процессы разрушения горных пород с петроглифами, которые могут существенно ускоряться под влиянием организмов.
Под биообрастанием обычно понимается поселение и последующее размножение живых организмов на поверхности твердых материалов (обычно наблюдается на границе раздела фаз «твердый материал - вода», «твердый материал - воздушная среда»). Они хорошо заметны повсеместно на плоскостях с рисунками, могут покрывать значительную площадь и способствуют ослаблению каменистого субстрата (рис. 1).
Исследований биообрастаний петроглифов не так уж много [1-7]. Авторами было показано, что горные породы с петроглифами могут быть заселены различными организмами, которые приспособились к обитанию на открытых скальных поверхностях. Среди них преобладают лишайники, микроскопические грибы, цианобактерии, органотрофные бактерии и микроскопические водоросли. Встречаются также археи, споровые и семенными растения. Перечисленные организмы нередко образуют сложные литобионтные сообщества, вступают в многообразные взаимоотношения друг с другом и с каменистым субстратом.
Микроорганизмы в составе литобионтного сообщества оказывают механическое и биохимическое воздействие на каменистый субстрат. Механическое воздействие на камень с петроглифами обусловлено внедрением живых организмов в структурные пространства каменистого субстрата, что сопровождается ослаблением и
Рис. 1. Рост листоватых лишайников на плоскости с петроглифами. Музей-заповедник «Томская Писаница»
дезинтеграцией поверхностного слоя горной породы. Основным механизмом биохимического повреждения камня является выделение агрессивных метаболитов, которые вызывают трансформацию и ослабление породы [3].
В настоящей статье мы попытались обобщить накопленный опыт и сформулировать основные методические подходы, которые могут быть полезны для решения проблемы защиты археологических памятников Притомья от биологических повреждений.
Среди микроорганизмов, выявленных в результате обследования памятника наскального искусства "Томская писаница", немало видов, которые известны способностью выделять агрессивные по отношению к субстрату метаболиты и участвовать в процессах биоминерализации. К таким организмам относятся некоторые грибы и органотрофные бактерии. В лишайниках Pertusaria sp., Protoparmeliospis muralis, Circinaria contorta, формирующих биообрастания на памятнике «Томская писаница» были обнаружены оксалаты кальция, что свидетельствует о продукции ими щавелевой кислоты [6]. Щавелевая кислота является самой сильной органической кислотой, ее выделение организмами может привести к глубокой деструкции камня.
Покрывая поверхность камня, литобионтные сообщества в большинстве случаев вызывают повреждение или разрушение подстилающей породы. Однако в некоторых случаях микроорганизмы способны не только повреждать скальный субстрат, но и способствовать его укреплению в зависимости от конкретных условий. Так, на памятнике «Томская писаница» некоторые участки породы с трещинами были заполнены мелкими частицами породы, «сцементированными» кальцитом, образование которого наиболее вероятно связано с биохимической активностью гетеротрофных бактерий Bacillus sp. и цианобактерий Microcoleus sp. [5].
Таким образом, накопленные данные указывают на сложность и комплексность внешних воздействий на археологические памятники, которые являются частью природных экосистем. Очевидно, что состояние поверхности горной породы с петроглифами и окружающие условия во многом определяют характер заселения памятников наскального искусства литобионтными организмами. Многое зависит от расположения памятника, его увлажнения и освещенности, биологического окружения. В различных экологических условиях могут формироваться разные биологические обрастания, что требует тщательного анализа их состава и структуры, оценки опасности для сохранности памятника.
Сохранение археологических памятников Притомья и их защиту от разрушения следует осуществлять на основе ряда основополагающих принципов.
Для оценки влияния биообрастаний на плоскости с петроглифами и прогнозирование ситуации в будущем требуются многолетние мониторинговые исследования, выполняемые по определенной программе с использованием комплекса методов наблюдений и исследований. К их числу можно отнести исследования биоразнообразия и биохимических свойств организмов, динамики формирования литобионтных сообществ, их взаимодействия с каменистым субстратом.
Рис. 2. Развитие высших растений в структурных пространствах скалы с петроглифами. Музей-заповедник «Томская Писаница»
Необходимо учитывать, что чаще всего на плоскостях с петроглифами развиваются биопленки сложного состава, включающие плесневые грибы, аэрофильные водоросли, цианобактерии и лишайники. Такие пленки наиболее устойчивы к внешним воздействиям, способны развиваться продолжительное время, разрушая поверхностный слой горной породы. Особую опасность представляют высшие растения (деревья, кустарники, травянистые растения), которые обычно развиваются в макротрещинах и крупных углублениях. Корневая система растений глубоко проникает в каменистый субстрат, способствуя продвижению влаги вглубь горной породы. При этом наблюдается ослабление камня, разрыхление поверхностного слоя и выпадение фрагментов. Наиболее опасны молодые
древесные и кустарниковые растения, произрастающие на горизонтальных участках поверхности, уступах и в структурных пространствах горной породы (рис. 2).
Учитывая многообразие и неравномерность распределения повреждений памятников наскального искусства, необходимо в первую очередь обращать внимание на зоны повышенного риска, где деструктивные процессы могут протекать наиболее активно, а скорость разрушения породы с петроглифами может быть наиболее высокой.
Расчистку плоскостей с петроглифами от поверхностных наслоений различной природы необходимо проводить с использованием рекомендованных подходов, учитывая специфику биообрастаний, степень ослабления каменного материала, а также возможности последующего закрепления и антисептирования расчищенных участков.
На сегодняшний день для защиты памятников от биологических повреждений наиболее широко применяется химический метод, основанный, главным образом, на применении биоцидов -химических веществ, уничтожающих микроорганизмы, поселяющиеся на конкретном материале. При этом антисептики (биоциды) необходимо подбирать с учетом широты спектра их действия и продолжительности защитного эффекта. При подборе составов необходимо учитывать результаты биологических исследований.
Современные биоцидные составы, используемые для защиты материалов от биоповреждений, должны обладать следующими свойствами:
- высокой эффективностью в подавлении (уничтожении) широкого спектра организмов-деструкторов;
- низкой токсичностью в отношении человека и окружающей среды;
- отсутствием отрицательного воздействия на материал;
- хорошей растворимостью в воде;
- простотой применения;
- продолжительностью защитного действия;
- проникающим действием, т.е. способностью легко проникать в микрозоны материала, где могут концентрироваться биодеструкторы.
В настоящее время существует широкий выбор биоцидов, которые представляют собой различные классы веществ, применяемых для замедления или остановки роста микроорганизмов. Биоцидные составы используются, в основном, для борьбы с грибами, водорослями и бактериями. В зависимости от избирательности действия защитных составов их нередко называют «фунгициды» (против грибов), «альгициды» (против водорослей), «бактерициды» (против бактерий).
При этом необходимо учитывать способность биодеструкторов к выработке устойчивости (резистентности) к действию защитных составов, связанной со способностью микрооранизмов к клеточной реабилитации и инактивации биоцида.
Важно отметить, что эффективность антимикробного действия зависит не только от правильного выбора биоцида, но также от способа и условий обработки. В целом, несмотря на значительный прогресс в разработке биоцидов с различными действующими веществами, проблемы их эффективности, экологической безопасности и пролонгированного защитного действия остаются до сих пор нерешенными. Это затрудняет их применение и на памятниках наскального искусства. На основе понимания биохимических закономерностей действия биоцидов становится возможным определение сочетаний веществ, совместное применение которых способно усилить эффективность применения биоцидов без существенного увеличения используемых концентраций компонентов в создаваемых композициях. Использование таких комбинаций может сводить к минимуму возможность реабилитации клеток микроорганизмов после обработки комбинированными биоцидами, что повышает эффективность защитной обработки. Перспективным представляется одновременное применение нескольких компонентов с различным механизмом действия, что способно обеспечивать широкий антимикробный спектр действия.
Очевидно, что применению биоцидов должны предшествовать испытания, которые целесообразно проводить как в лабораторных условиях, так и на пробных площадках вблизи от плоскостей с петроглифами, где состав биообрастаний может быть схожим с тем, что наблюдается на участках с рисунками.
В случае обрастания поверхности камня лишайниками важно не только остановить их рост, но и удалить слоевища. Для расчистки наскального изображения от лишайников могут использоваться три основных типа методических подхода: (1) механические, такие как классическая щетка с металлическими наконечниками, скальпель, и процедуры, основанные на выбросе частиц (пескоструйные технологии), (2) химические, основанные на применении химических веществ и (3) физические, основанные на облучении лазером. Очевидно, что использование исключительно механических методов может привести к повреждению поверхности камня, поэтому для преодоления этой проблемы рекомендуется комбинировать различные методы очистки [8].
Известно, что щелочные составы эффективно устраняют органические загрязнения натурального камня (масляные пятна, следы от жира, восковые пленки и пр.). В практике текущего ухода за памятниками для удаления лишайников и очистки поверхности камня нередко используется раствор №ОН (каустическая сода). Эффективность данного метода была проверена в лабораторных условиях. Модельные опыты по удалению лишайника с поверхности песчаника 15% раствором №ОН показали, что при данной концентрации щелочи удаление лишайника возможно с минимальным механическим воздействием, не приводящим к деформации поверхности камня (рис. 3). Обработка щелочью контроль-ной поверхности камня также не привела к существенному изменению ее структуры (рис. 4). Таким образом, использование щелочных растворов на основе NaOH является перспективным методом очистки камня от биообрастаний лишайниками, не приводящим к изменению поверхности породы. Следует отметить необходимость тщательной отмывки камня водой или нейтрализующим раствором после удаления лишайника.
Анализ накопленных данных указывает на необходимость комплексного научного подхода для сохранения археологических памятников Притомья и их защиты от биологических повреждений. Такой подход предполагает объединение усилий специалистов в области естественных наук, а также археологов, материаловедов, реставраторов и музейных работников. Разработка конкретных методик консервации и текущего ухода за памятниками наскального искусства должна базироваться на результатах комплексного обследования памятников, с учетом данных по их истории, особенностям расположения, природно-климатическим условиям, природном окружении, антропогенной нагрузке, а главное - о свойствах и состоянии горных пород с петроглифами, характере их разрушения или повреждения, составе и структуре биологических сообщества и их роли в процессах биодеструкции плоскостей с рисунками.
Рис. 3. Удаление лишайника с поверхности песчаника 15% раствором МаОН: А - до обработки, Б - после обработки
Рис. 4. Структура поверхности песчаника до (а) и после (б) обработки 15% раствором МаОН
Прежде чем приступить к практическим работам на таких объектах, необходимо на основании данных комплексного обследования согласовать и утвердить методики, позволяющие провести работы с максимальным сохранением аутентичности уникальных археологических памятников Притомья.
ЛИТЕРАТУРА
1. Литобионтные сообщества на поверхности памятников наскального искусства Минусинской котловины (Южная Сибирь): условия формирования, биоминеральные взаимодействия / Сазанова К.В., Власов Д.Ю., Зеленская М.С. [и др.] // Сибирский экологический журнал. - 2022. -Т. 29. - № 3. - С. 275-291.
2. Русакова, И. Д. Новоромановская писаница: 10 лет после расчистки от лишайников // Учёные записки музея-заповедника «Томская Писаница». - 2018. - Вып. 8. - С. 36-44.
3. Сазанова К.В. Биохимические и биоминеральные взаимодействия на поверхности камня // Учёные записки музея-заповедника «Томская Писаница». - 2023. - Вып. 18. - С. 85-95.
4. Сонина, А. В., Фадеева, М. А. Влияние факторов среды на состояние памятника культуры «Онежские петроглифы» // Биокосные взаимодействия: жизнь и камень : Материалы III Междунар. симп. - Санкт-Петербург, 2007. - С. 174-177.
5. Bacterial contribution in biomineralization at the Tomskaya Pisanitsa Rock Art Site / Vlasov D.Yu., Zelenskaya M.S., Izatulina A.R [e.a.] // Biogenic-Abiogenic Interactions in Natural and Anthropogenic Systems 2022. - Springer Nature, 2023. - P. 477-493.
6. Diversity and Significance of Lithobiotic Communities at the Tomskaya Pisanitsa Rock Art Site / Vlasov D.Y., Zelenskaya M.S., Sazanova K.V. [e.a.] // Contemporary Problems of Ecology. - 2023. - Vol. 16. - N 2. - P. 173-188.
7. Microscopic and biomolecular complementary approaches to characterize bioweathering processes at petroglyph sites from the Negev Desert, Israel / Nir I., Barak H., Kramarsky-Winter E. [e.a.] // Environmental Microbiology. - 2022. -
Vol. 24. - N 2. - P. 967-980.
8. Dual combination of cleaning methods (scalpel, biocide, laser) to enhance lichen removal from granite / Pozo-Antonio J.S., Rivas T., López de Silanes M.E. [e.a.] // International Biodeterioration & Biodegradation - 2022. -Vol. 168. - 105373.
Сазанова Катерина Владимировна
кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории Аналитической фитохимии Ботанического института им. В.Л.Комарова РАН, старший научный сотрудник Санкт-Петербургского филиала Архива РАН (Санкт-Петербург)
Зеленская Марина Станиславовна
кандидат биологических наук,
старший научный сотрудник кафедры Ботаники
Санкт-Петербургского государственного университета (Санкт-Петербург)
Власов Дмитрий Юрьевич
доктор биологических наук, ведущий сотрудник
лаборатории Биохимии грибов Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН, профессор кафедры Ботаники Санкт-Петербургского государственного университета (Санкт-Петербург)
Sazonova K., Zelenskaya M., Vlasov D.
METHODOLOGICAL APPROACHES TO THE PROTECTION OF ARCHAEOLOGICAL SITES OF THE TOM RIVER REGION FROM BIOLOGICAL DAMAGE
Abstract. The article summarizes the main methodological approaches to the protection of archaeological sites along the Tom River from biological damage. Biocidal compounds are used mainly to combat fungi, algae and bacteria. The effectiveness of the antimicrobial action depends not only on the correct choice of biocide, but also on the method and processing conditions. Based on experimental data, the prospects of the technique for removing lichen from the surface of a stone using alkaline solutions (NaOH) have been demonstrated.
Key words: protection of archaeological sites, biodamage, lichens, alkaline solutions, biocides, cultural heritage sites preservation.
Sazanova Katerina Vladimirovna
PhD in Biology, Researcher, V.Komarov Botanical Institute RAS (Saint Petersburg) Zelenskaya Marina Stanislavovna
PhD in Biology, Senior Researcher, Saint Petersburg State University (Saint Petersburg)
Vlasov Dmitry Yurievich
D.in Biology, Full professor,
Lead Researcher, V.Komarov Botanical Institute RAS (Saint Petersburg)
© Авторы, текст, 2024 © Авторы, фото, 2024 Статья поступила в редакцию 20.02.2024.
Ссылка на статью:
Сазанова, К. В. Методические подходы к защите археологических памятников Притомья от биологических повреждений / Сазанова К. В., Зеленская М. С., Власов Д. Ю. - DOI 10.34685/HI.2024.26.32.006. - Текст: электронный // Журнал Института Наследия. - 2024. - № 1. - С. 56-61. - URL: http://nasledie-journal.ru/ru/joumals/635.html.
