Ferrara 1 aprile 2011

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

2. 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

3. 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

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

5. 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 HistoriaNaturalis Riferisce del degrado del legno della lana e dei tessuti dovuti all’opera di insetti associandone lo sviluppo alla presenza di umidità

6. 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

7. 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

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

10. Alluvione di Firenze - 1966

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

12. 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

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

14. 1 2 3 4 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 . Prodotti utilizzati nel restauro (soprattutto in passato): I prodotti (consolidanti, protettivi vernici) seconda la loro formulazione possono favorire lo sviluppo di microrganismi eterotrofi Deposizione di inquinanti atmosferici: polveri, pollini che arricchiscono le superfici di sostanze organiche . Colonizzazione secondarie

15. 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

16. 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.)

17. LA LUCE 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

18. 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

19. Lampade ad incandescenza Lampade alogene 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 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

20. 1 2 Processi di assimilazione Processi di emissione Meccanismi di alterazione Dovuta alla produzione da parte dei microrganismi di sostanze che provocano la trasformazione chimica dei materiali Alterazione chimica Assunzione di sostanze dal substrato a scopo nutrizionale (molecole organiche, sali minerali) 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

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

22. 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

23. 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

24. 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

25. Retro del dipinto con forte attacco da funghi

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

27. Foro Romano Parietaria officinalis Tarquinia Tomba dei Vasi

28. 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.

29. I biodeteriogeni dei materiali lapidei

30. 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)

31. 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

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

33. 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.

34. H2S 1 3 2 H2SO4 H2SO4 + CaCO3 CaSO4 CaSO4 CaSO4 + 2H2O 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)

35. S.Clemente - Attinomiceti