Il ruolo del Biologo nella Conservazione dei Beni Culturali Ferrara 1 aprile 2011 Marco Bartolini Funzionario Biologo ISCR Il ruolo del Biologo nella Conservazione dei Beni Culturali

I materiali che costituiscono le opere d’arte sono soggetti naturalmente ad un’azione di trasformazione e di degrado Processi di degrado sono inevitabili perché spontanei

Aims of biology applied to the Preservation of Cultural Heritage Individuazione degli organismi responsabili del degrado Valutazione del tipo e della gravità del danno da essi prodotto nei confronti dei materiali che costituiscono le opere d’arte Definizione dei metodi più idonei per il controllo dei processi di biodeterioramento Valutazione della resistenza al biodeterioramento di materiali utilizzati nel restauro Riconoscimento e caratterizzazione (valutazione dello stato di conservazione) dei materiali costitutivi le opere d’arte di origine biologica quali: il legno, la carta , i tessuti (origine animale e vegetale), pelli, ossa ecc

Biodeterioramento “qualsiasi cambiamento indesiderato delle caratteristiche dei materiali causato dall’attività di organismi viventi”

Omero nell’Odissea “già aveva preso l’arco Odisseo e lo girava da tutte le parti, lo tentava qua e là se avessero i tarli roso il corno mentre il padrone non c’era “ Plinio il vecchio in Historia Naturalis Riferisce del degrado del legno della lana e dei tessuti dovuti all’opera di insetti associandone lo sviluppo alla presenza di umidità

In passato: conosciuti i fenomeni di biodeterioramento prodotti da organismi macroscopici- insetti , roditori Sviluppo microscopia e biologia moderna Studi per il riconoscimento degli organismi biodeteriogeni Individuazione di metodi per conservare i materiali e farli durare nel tempo Avvento della produzione industriale Stoccaggio e deterioramento dei materiali

Studi sul ruolo degli organismi viventi nel degrado dei Beni Culturali In Italia inizia dagli anni ’50 in poi Come conseguenze della teoria di Brandi sulla conservazione dei Beni Culturali In base a questa teoria non si considera solo l’aspetto estetico delle opere ma anche quello storico per questo l’opera non può essere “ricostruita” nel restauro Questo richiede Interventi di restauro minimi sulle opere Riconoscimento e reversibilità dell’intervento di restauro Si privilegia l’aspetto preventivo della conservazione delle opere d’arte La prevenzione richiede la conoscenza della composizione dei materiali costitutivi Conoscenza dei fenomeni di degrado

Assisi Basilica – 1948 Primo caso studiato di attacco biologico (funghi) su dipinti murali

Alluvione di Firenze - 1966

Chemioautotrofi (solfobatteri, nitrobatteri) Fotoautotrofi (cianobatteri Eterotrofi (attinomiceti) Batteri Cloroficee, rodoficee, crisoficee Alghe Deuteromiceti, Ascomiceti, Basidiomiceti Funghi Licheni Briofite Piante superiori Insetti Vertebrati Roditori, uccelli,

Organismi autotrofi Organismi eterotrofi IL BIODETERIORAMENTO I biodeteriogeni non crescono indiscriminatamente su tutti i materiali Lo sviluppo dei vari tipi di microrganismi è legato in primo luogo alle loro necessità nutrizionali La composizione dei materiali seleziona i biodeteriogeni che su di essi possono svilupparsi. Organismi autotrofi Organismi eterotrofi

Naturale: pietre e rocce Artificiale: intonaco, laterizio, stucco ecc. Materiale inorganico (materiale lapideo) Legno Materiale organico Carta Origine vegetale Origine animale Tessuti Pelle pergamena

In molti casi la natura composita dei manufatti può sostenere lo sviluppo di organismi dei due gruppi nutrizionali Dipinti murali - possono essere presenti composti organici nei leganti, nella preparazione . 1 Prodotti utilizzati nel restauro (soprattutto in passato): I prodotti (consolidanti, protettivi vernici) seconda la loro formulazione possono favorire lo sviluppo di microrganismi eterotrofi 2 Deposizione di inquinanti atmosferici: polveri, pollini che arricchiscono le superfici di sostanze organiche . 3 4 Colonizzazione secondarie

Interna: infiltrazioni, risalita capillare Umidità Fattori ambientali Interna: infiltrazioni, risalita capillare Umidità Esterna: pioggia, condensazione, U.R. Temperatura Naturale Luce Artificiale pH Sali minerali Oltre che le condizioni climatiche generali vanno poi considerate le condizioni microclimatiche che si possono verificarsi in zone localizzate

di pioggia (acqua meteorica) per assorbimento capillare Fonti di acqua - Da dove deriva l’acqua utilizzata dagli organismi Acqua presente nel suolo o nell’aria può raggiungere il substrato di crescita (manufatto) sotto forma: di pioggia (acqua meteorica) per assorbimento capillare per infiltrazione per condensazione superficiale in funzione dell’igroscopicità e della porosità del materiale (carta, legno , pergamena ecc.)

LA LUCE Intensità Lunghezza d’onda (colore) Fattore fondamentale per la crescita degli organismi fotosintetizzanti (cianobatteri, alghe, licheni, piante) Si distinguono tre parametri della luce che influenzano gli organismi viventi: Intensità Lunghezza d’onda (colore) Durata del periodo di illuminazione Eliofile: Specie che richiedono una elevata intensità luminosa Intensità Sciafile: Specie che richiedono una debole intensità luminosa

La quantità di luce minima richiesta per vivere può essere molto diversa tra le diverse specie valore minimo di luce sotto il quale l’attività fotosintetica non è più sufficiente poiché viene consumato più glucosio di quanto prodotto dalla fotosintesi definita dal punto di compensazione PUNTO DI COMPENSAZIONE (in lux) 4000 2000 1000/500 300 300 10 Pino silvestre Erbe del sottobosco Alcuni Cianobatteri Muschi Tabacco Faggio

Colore della luce Il colore della luce ha importanza per quegli organismi che crescono sfruttando la luce artificiale dato che le lampade non emettono con la stessa intensità tutte le lunghezze d’onda dello spettro visibile Lampade ad incandescenza Lampade alogene Nelle specie che vivono in ambienti illuminati artificialmente (es ambienti ipogei) si assiste ad una modificazione della capacità di assorbimento dalla luce detto adattamento cromatico

Meccanismi di alterazione Dovuta alla produzione da parte dei microrganismi di sostanze che provocano la trasformazione chimica dei materiali Alterazione chimica 1 Processi di assimilazione Assunzione di sostanze dal substrato a scopo nutrizionale (molecole organiche, sali minerali) 2 Processi di emissione Emissione di cataboliti Acidi organici: ossalico, succinico, citrico,fumarico ecc Molecole ad azione chelante Provocano la solubilizzazione dei materiali Rilascio di pigmenti Pigmenti fotosintetici (autotrofi) Esopigmenti (funghi, batteri) Provocano alterazioni cromatiche

Processi respiratori - produzione di CO2 CO2 + H2O H2CO3 + CaCO3 Ca(HCO3) H2CO3 + MgCO3 Mg(HCO3) Può produrre solubilizzazione dei materiali lapidei (in particolare i materiali carbonatici)

Meccanismi di alterazione Alterazioni fisiche Azione meccanica degli organismi nei processi di crescita e penetrazione nel substrato Penetrazione delle ife del micelio vegetativo dei funghi Penetrazione dei talli dei licheni Penetrazione di alghe e cianobatteri Penetrazione degli apparati radicali (vegetali superiori) Danno estetico Alterazioni cromatiche e copertura delle superfici

Danno di natura fisica provocato da cianobatteri e alghe Penetrazione in profondità e ritenzione di H2O da parte delle guaine Assorbimento di acqua Assorbimento di acqua

Spesso le alterazioni prodotte dai microrganismi sono spesso limitate allo strato più esterno del materiale Nei Beni Culturali, generalmente, è proprio lo strato esterno che porta i contenuti artistici e culturali (pitture o i lavori di modellature e di cesello nelle statue o sui bassorilievi) Il danno non è strutturale ma va ad alterare proprio lo strato artisticamente importante dell’opera

Retro del dipinto con forte attacco da funghi

Particolare del micelio fungino Macrofotografia a luce radente alterazione della pellicola pittorica prodotta dalle ife dei funghi che hanno attraversato il supporto

Foro Romano Parietaria officinalis Tarquinia Tomba dei Vasi

Morfologia delle alterazioni I biodeteriogeni sviluppandosi sulle opere d’arte producono molti tipi di alterazione con caratteristiche esteriori molto diverse. (spesso la morfologia può essere ambigua tanto da non permettere un riconoscimento visivo delle cause biologiche dell’alterazione). Alterazioni tipiche: si distingue l’origine biologica dell’alterazione Alterazioni atipiche: presentano un aspetto che può essere confuso con altre cause degradative (alterazioni di tipo chimico) Diversità morfologiche dovute: al tipo di substrato ed allo stato di degradazione, alla fase dello sviluppo, allo stato fisiologico ed al periodo stagionale alle associazioni ecologiche responsabili dell’alterazione ai materiali che si possono depositare sulle superfici.

I biodeteriogeni dei materiali lapidei

Naturali – Rocce, pietre Materiali lapidei Naturali – Rocce, pietre Rocce ignee (magmatiche) Granito - basalto Materiale da costruzione, decorazioni, statuaria Rocce sedimentarie Brecce, arenarie ,travertino Generalmente utilizzate come materiale da costruzione Rocce metamorfiche Marmi Materiale da costruzione, decorazione, statuaria Caratteristiche delle rocce Composizione chimico- mineralogica Struttura (forma e dimensioni dei minerali Porosità (dimensione e volume delle cavità aperte e chiuse) –influenza i processi di assorbimento di acqua)

Materiali lapidei artificiali Malte Stucchi Calcestruzzi intonachi Affreschi Laterizi e terrecotte Sono materiali prodotti dall’uomo Hanno composizione inorganica come le pietre e sono attaccati dagli stessi biodeteriogeni (dipinti murali anche sostanza organica (pigmenti e leganti) Generalmente hanno una porosità maggiore rispetto alle pietre

Fenomenologia delle alterazioni biologiche e meccanismi di degrado operato dai diversi biodeteriogeni Croste nere Patine bianco - grigie Efflorescenze bianche Batteri Danno chimico Rilascio di acidi inorganici (solforico, nitroso, nitrico) rilascio di acidi organici Funghi Patine polverose, feltrose di vario colore Pitting Macchie Danno chimico Rilascio di acidi organici Rilascio di pigmenti Processi di respirazione Danno fisico Penetrazione delle ife nel substrato

BATTERI CHEMIOAUTOTROFI Batteri nitrificanti Solfobatteri Batteri molto abbondanti nel suolo ma presenti anche nella porosità della pietra, degli intonaci e dei laterizi. hanno la caratteristica di utilizzare come fonte di energia composti inorganici ridotti (acido solfidrico, zolfo, ammoniaca, nitriti,ferro-oso) e di produrre acidi forti acido solforico acido nitroso acido nitrico. dannosità nei confronti dei materiali lapidei dovuta alla produzione di questi acidi forti che possono corrodere la pietra.

Solfobatteri - processo di biodeterioramento 1 H2S 3 CaSO4 CaSO4 + 2H2O H2SO4 2 H2SO4 + CaCO3 Gesso idrato Solfobatteri - processo di biodeterioramento Alterazioni prodotte Alterazione della composizione della pietra Deposizione di sali sulla superficie Aumento di volume sulla superficie della pietra (rigonfiamento) Maggior dilatazione termica del gesso idrato (deterioramento con meccanismo fisico)

S.Clemente - Attinomiceti