Kameň je najstaršou prírodninou
na našej planéte. Vek našej
planéty je okolo 4,5 až 5,0
miliárd rokov. Život a samotný
zemský povrch bol stanovený
pred približne 3,8 miliardami
rokov. Hoci kameň je neživá
prírodnina, „rodí sa“ – vzniká
a „starne“ – zvetráva.
P
rocesy vzniku a zvetrávania, aj keď
môžu existovať bez života na Zemi,
sú kontrolované na povrchu a pod
povrchom Zeme biologickými procesmi.
Tieto obsahujú priame (mechanické a chemické)
a nepriame vplyvy metabolických
produktov organizmov. Tvorba a prestavba
materiálu na povrchu Zeme je podriadená
pravidlám kinetiky biologickej zložky prírody.
Patrí do nej množstvo deštruovaných
druhov minerálov a následne novovytvorených.
Život sa môže vlastne považovať za
chemický proces a takmer žiaden chemický
proces na Zemi nemá svoje miesto bez
čiastočnej účasti života. Organizmy katalyzujú
rýchlosť fyzikálno-chemických procesov
a v niektorých prípadoch spúšťajú chemické
reakcie, ktoré sú termodynamicky
nepravdepodobné.
Život a chémia sú prepojené navzájom,
čím sa podieľajú na geologickej histórii Zeme
už najmenej 3,5 miliárd rokov. Hovorí sa
o takzvanej bio-geo-chemickej rovnováhe
Zeme, o ktorej už písal samotný „otec“ vedy
Albertus Magnus v roku 1250, voľný preklad
znie nasledovne: Vytvorenie jedného
prírodného objektu v tom istom čase predstavuje
zánik druhého objektu a spätne zánik
druhého predstavuje vznik prvého, proces
vzniku sa mení a nikdy sa nezastaví. Podobne,
ale už konkrétnejšie sa o tomto procese
vyjadril v roku 1535 Theophilus
Bombastus von Hohenheim (Paracelsus),
ktorý napísal: Videl som okruhliaky v rieke
a boli pokryté slizom. A ten sliz sa premiestnil
dovnútra kameňa, stmelil okruhliaky do
tvrdej skaly. A keď som premiestnil materiál
do môjho laboratória, pozoroval som ten istý
sliz rásť a produkovať kameň. Zaujímavo
a jednoducho dokázaný proces rovnováhy,
vzniku a zániku hneď v jednom čase a na
jednom mieste.
O aké mikroorganizmy vlastne ide? Nazývajú
sa súborne litobionty, odvodené od
slov lithos = skala, bios = život. Patria medzi
ne najmä cyanobaktérie (sinice), nitrifikačné,
železité a kalcitické baktérie, ktoré
jednak kameň vytvárajú (biolitogenéza) a aj
rozkladajú (biodeteriorácia). Povlaky mikróbov
zapríčiňujú okom viditeľnú farebnú
zmenu na povrchu kameňa, ale hlavne zmeny
chemického a minerálneho zloženia pôvodného
kameňa tým, že menia jeho stabilitu,
permeabilitu, hustotu... Schopnosť zúčastniť
sa tvorby a rozkladu kameňa umožňuje
spomínaným mikróbom práve fotosyntéza
a iné fyziologické procesy na povrchu
a vo vnútri bunky.
Avšak pre človeka je z praktického hľadiska
dôležitejší proces starnutia kameňa spôsobeného
mikroorganizmami, označovaný
ako biodeteriorácia, práve kvôli zachovaniu
historického dedičstva. Prečo sa práve rozklad,
starnutie, stali prvoradými v biogeochemickom
výskume? V historických centrách
našich miest je to závažný problém. Pamiatky
zhotovené z blokov kameňa a dekoračného
kameňa sú vystavené rovnakým
vplyvom ako prírodný kameň. Na rozrušovaní
sa podieľa viacero činiteľov. V mestách sa
tento jav urýchlil nástup intenzívnej industrializácie
v rokoch 1870 – 1880 a od roku 1950
sa tieto procesy nedajú zastaviť. Poškodenie
kameňov historických budov v mestských
aglomeráciách prekročilo mieru únosnosti.
Príčin je veľa, mnohé z nich sa zhodujú s činiteľmi
zvetrávania, niektoré sú špecifické.
Rozhodujúcu úlohu pri zvetrávaní má kvalita
ovzdušia. Nebezpečné sú hlavne oxidy dusíka,
uhlíka, síry a chloridy. Najvýraznejšie
vplývajú oxidy síry a to v zimných mesiacoch,
keď je ich v ovzduší najviac a po oxidácii
sa vracajú späť na zem v podobe
kyslých zrážok a atakujú horniny. Ohrozujú
najmä karbonátové horniny, na ktorých sa
po reakcii s kyselinou sírovou vytvárajú povlaky
sadrovca. Dôležitú úlohu popri environmentálnych
faktoroch zohráva tiež mineralógia
a štruktúra kameňa, kde je pórovitý
materiál vhodným substrátom na kolonizáciu
mikroorganizmov, čo urýchľuje starnutie
kameňa. S pórovitosťou súvisí aj kapilárne
vzlínanie pôdnej vlhkosti a ukladanie
solí v póroch hornín. Ide o pomalé, ale kumulatívne
procesy. Synergické pôsobenie
účinkov vody, solí, exhalátov zo vzduchu
a mikroorganizmov predstavuje veľké nebezpečenstvo
pre múry mnohých historicky
významných stavieb. Rozvoj mikróbov na
kameni a z neho vyplývajúca biodeteriorácia
je výlučne spojená s environmentálnymi
podmienkami.
Analýza vzájomných vzťahov medzi kameňom
(monumentom), abiotickou a biotickou
38 Quark / marec 2007
Kameň a živá
príroda
Kokálna cyanobaktéria rodu
Chroococcidiopsis, ktorá aktívne
narúša kameň a patrí k významným
litobiontom rastúcim niekoľko
centimetrov pod povrchom kameňa,
zväčšenie 16×100
Vláknitá cyanobaktéria rodu Leptolyngbya, ktorá vytvára tmavozelené povlaky
na kameni, zväčšenie 16×100
zložkou si vyžaduje mnohorozmerný pohľad
viacerých vedných disciplín. Environmentálne
faktory spolupôsobia s biologickou zložkou,
pričom výsledkom je buď pozitívne alebo
negatívne pôsobenie, čo podmieňujú limitujúce
faktory životného prostredia pre
jednotlivé mikróby. Jednoducho povedané,
organizmy, ktoré majú široké rozpätie tolerancie
sú najfrekventovanejšie a naopak, organizmy
s úzkym rozpätím sú menej frekventované
a tie môžu slúžiť ako vhodné bioindikátory
prostredia. Keďže ich prítomnosť
je prísne ohraničená podmienkami prostredia,
možno vysvetľovať hodnoty environmentálnych
parametrov na základe senzitívnych
druhov organizmov na ten ktorý jav
(kyslosť, zásaditosť, vlhkosť, zasolenie, obsah
nitrátov atď.) Ich neprítomnosť potom
významne potvrdzuje určitú zmenu prostredia.
Spolupôsobenie environmentálnych
faktorov môže mať synergický efekt, ako je
napríklad pôsobenie vody a teploty v hornine,
ktoré zvyšujú pravdepodobnosť kolonizácie
a rastu mikroorganizmov, čím sa zvyšuje
efekt biodeteriorácie. V inom prípade
môže dôjsť k antagonistickému pôsobeniu,
napríklad zvyšovanie teploty a izolačné vplyvy
znižujú relatívnu vlhkosť a v konečnom
dôsledku absolútnu vlhkosť. V priemyselných
oblastiach okrem významných faktorov
ako sú primárny energetický vstup (svetlo),
sekundárny energetický vstup (živiny) a klíma
treba zahrnúť aj environmentálne znečistenie,
medzi ktoré nesporne patria: priame –
antropogénne (vandalizmus, vojna, nevhodný
stavebný materiál) a nepriame – antropické
(prach, sadze, výfukové plyny).
Minimálny záujem spoločnosti alebo často
bezmocnosť ľudí pri presadzovaní optimálnych
environmentálnych riešení v architektúre
vedie k nenahraditeľným škodám,
najmä na kultúrnom dedičstve. Obnova historických
objektov býva často náročnejšia
ako výstavba nanovo. Realizácia je veľmi
dôležitou etapou v procese obnovy, lebo
v konečnom dôsledku rozhoduje o výslednej
kvalite. Priebeh rekonštrukcie by mal
byť úzko koordinovaný so všetkými aktérmi
stavebného procesu, vrátane rôznych špe-
cialistov.
Všetky materiály podliehajú starnutiu a degradácii,
ktorá sa prejaví na každom druhu
minerálu iným spôsobom vzhľadom na časový
faktor a ďalšie environmentálne vplyvy.
Ide o prirodzený a nezvratný proces v kolobehu
prvkov v prírode, ktorý môže urýchľovať
alebo spomaľovať viacero činiteľov.
Problém ochrany a obnovy historického
a umeleckého kameňa vyústil v súčasnosti
do spolupráce viacerých profesií (reštaurátori,
stavební inžinieri, umelci, prírodovedci) a s
novými poznatkami sa neustále prehlbuje.
Určenie mikroorganizmov spôsobujúcich
biodeterioráciu kameňa a poznanie ich účinku
je nevyhnutnou podmienkou na úspešné
riešenie a najmä prevencie. Jedným
z zaujímavých mikróbov osídľujúcich kameň
sú cyanobaktérie alebo sinice, ktoré
vďaka svojej schopnosti adaptovať sa na
nepriaznivé ekologické podmienky (v mnohých
prípadoch extrémne), sú schopné
rásť, prežívať a rozvíjať sa na stavebnom
a umeleckom kameni. Využívajú ho pritom
nielen ako existenčný priestor, ale aj ako
zdroj minerálnej výživy, čo vedie k trvalým
a z pohľadu človeka neželaným zmenám
materiálu. Na území Bratislavy sa robil výskum
týchto mikróbov rastúcich aj na Dóme
sv. Martina alebo v podzemnom Mauzóleu
Chatama Sófera ešte pred jeho rekonštrukciou.
Preto môžeme konštatovať, že i v našich
zemepisných šírkach majú mikróby významný
podiel na deštrukcii kameňa, sú
teda neoddeliteľnou súčasťou fenoménu –
biodeteriorácie, ktorá je aktuálnym problémom
modernej činnosti. Pochopenie mechanizmov
a environmentálnych súvislostí
tohto fenoménu umožní tieto procesy na
základe zistených znakov úplne odstrániť či
aspoň spomaliť.
BOHUSLAV UHER, PhD.
Laboratórium experimentálnej fykológie
Katedra botaniky, Prírodovedecká fakulta UK
Snímky: B. UHER (1, 4, 6, 7),
M. JANČUŠOVÁ (2)
Vyšlo s podporou Environmentálneho fondu
Ministerstva životného prostredia SR
marec 2007 / Quark 39
Heterocytová
cyano-
baktéria
Petalonema
alatum,
ktorá sa
podieľa na
tvorbe uhli-
čitanových
minerálov
tak, že ich
vylučuje na
povrchu
vlastného
slizového
obalu,
zväčšenie
16×100
Heterocytová cyanobaktéria rodu
Nostoc tvoriaca kolónie bohaté na
sliz na povrchu a v puklinách kameňa,
zväčšenie 16×100
Pohľad pod
skenovým
elektrónovým
mikroskopom
na povrch
mramoru, ktorý
je pokrytý mikro-
organizmami
Slovník:
Antagonistický – protikladný, protichodný
Biodeteriorácia – biologické zvetrávanie,
degradačné procesy za účasti organizmov
Biogeochémia – interdisciplinárny odbor,
ktorý spája poznatky biológie, geológie
a chémie dovedna a snaží sa objasniť
prírodné zákonitosti komplexne
Cyanobaktérie (sinice) – najstaršie prokaryotické
autofototrofné organizmy na Zemi
Heterocyt – špecializovaná bunka cyanobaktérií
prispôsobená na fixovanie vzdušného
dusíka a jeho premenu na organické látky
Synergický – spolupôsobiaci, súčinný,
posilňujúci