Szukany produkt
 
Wydawnictwo 

Kategorie

 
 

Informacje

 
 
badania struktury i składu chemicznego archeologicznego drewna dębowego
badania struktury i składu chemicznego archeologicznego drewna dębowego
Kompleksowe zbadaniestruktury i tkanki archeologicznego drewna dębu

 

Autor: Bogusława Waliszewska
Tytuł: badania struktury i składu chemicznego archeologicznego drewna dębowego
Rok wydania: 2009
Miejsce wydania: Poznań
Oprawa: miękka
Format: 170x240 mm
Ilość stron: 154
Międzynarodowy Standardowy Numer Książki: ISSN 1896-1894
Wydawnictwo: Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu
 
  • Opis
  • Spis treści
 

BADANIA STRUKTURY I SKŁADU CHEMICZNEGO ARCHEOLOGICZNEGO DREWNA DĘBOWEGO

Przeprowadzone badania drewna dębu archeologicznego - szczególnie elementów zalegających jednocześnie w różnych środowiskach: mokrego gruntu, wody i powietrza - uzupełniają literaturowy stan wiedzy dotyczący destrukcji tkanki drzewnej. Wskazują również, że pojedyncze sposoby oceny stopnia degradacji zabytkowych elementów drewnianych nie dają wyników jednoznacznie określających stan zachowania obiektów drewnianych, niejednokrotnie bardzo cennych znalezisk archeologicznych. Dopiero kompleksowa analiza wybranych cech fizycznych i składu chemicznego, w połączeniu z analizami spektroskopowymi, pozwoliła uzyskać pełną informację o stanie zachowania obiektu. Zdobyta wiedza pozwoli na powzięcie właściwych działań konserwatorskich, uwzględniających zróżnicowanie degradacji danego obiektu oraz dobór optymalnych środków zabezpieczających cenne zabytki dziedzictwa kulturowego.

Podstawowym celem podjętej pracy było zgłębienie wiedzy na temat zmian powstałych w strukturze archeologicznego drewna dębu (Quercus sp.) i jego składu chemicznego z wykorzystaniem różnych metod i technik analitycznych.

Na podstawie otrzymanych wyników badań można sformułować następujące wnioski:

1. W wypadku zabytku drewnianego zalegającego długi czas jednocześnie w różnych warunkach, np. częściowo w glebie i częściowo w wodzie, przed podjęciem decyzji o jego konserwacji niezbędna jest dokładna znajomość wyników badań stopnia degradacji poszczególnych części obiektu.

2. Przeprowadzone badania struktury drewna archeologicznego w pełni wykazały zmiany zaistniałe w procesie degradacji drewna, polegające na odmiennej pod względem ilościowym i jakościowym zawartości badanych składników, w porównaniu z drewnem świeżym.

3. Różne metody oceny stopnia degradacji tkanki drzewnej nie dostarczają w pełni porównywalnych wyników określających stopień destrukcji drewna.

4. Analizy mikroskopowe w połączeniu z fizycznymi metodami badania stopnia degradacji drewna umożliwiają przeprowadzenie prawidłowej oceny stanu zachowania obiektu zabytkowego.

5. Stopień polimeryzacji celulozy w połączeniu z polidyspersyjnością oraz procentowym udziałem mas cząsteczkowych jest wystarczającym wskaźnikiem oceny stopnia degradacji podstawowego składnika drewna, a w rezultacie danego obiektu.

6. Ważnym uzupełnieniem informacji w ocenie stanu zachowania obiektu archeologicznego jest znajomość zależności stopnia polimeryzacji celulozy od ubytku masy substancji drzewnej.

7. Stopień polimeryzacji ligniny w połączeniu z jej polidyspersyjnością oraz procentowym udziałem cząsteczek o poszczególnych masach może być przydatnym wskaźnikiem w procesie oceny stopnia degradacji ligniny i zmian w jej strukturze.

8. Badania w podczerwieni IR ujawniają różnice w intensywności pasm absorpcji, zanik lub powstawanie nowych wiązań w strukturze drewna i jego składników, co wskazuje na zaistniałe w procesie degradacji różnice w budowie chemicznej składników drewna.

9. Stosowanie jednego lub kilku sposobów określenia stopnia degradacji obiektu archeologicznego nie daje w pełni zadowalających wyników. Dopiero kompleksowa analiza wyników wielu sposobów badań pozwala na obiektywną i właściwą ocenę stanu zachowania zabytku i może służyć do podjęcia prawidłowych działań w celu zabezpieczenia obiektu.

Drewno jest nierozerwalnie związanie z życiem człowieka. Na przestrzeni wieków stało się cennym surowcem do wyrobu przedmiotów codziennego użytku, było i jest dobrym materiałem konstrukcyjnym, a także źródłem energii. Jako świadectwo przeszłości, które zachowało się do naszych czasów, często wymaga specjalistycznych zabiegów, aby mogło przetrwać dla dalszych pokoleń. Wybór sposobu zabezpieczenia zabytkowego obiektu zależy od znajomości stanu jego zachowania.

W 1933 roku ubiegłego stulecia, na bagiennym półwyspie Jeziora Biskupińskiego, odkryto prehistoryczną osadę obronną wzniesioną przez ludność w okresie kultury łużyckiej, tj. z przełomu epoki brązu i wczesnej epoki żelaza. W 1934 roku rozpoczęte na szeroką skalę wykopaliska odsłoniły, po raz pierwszy w środkowej części Europy, pozostałości drewnianych konstrukcji osiedla wybudowanego ponad 2700 lat temu. Biskupin stał się najbardziej znanym w Europie Środkowej rezerwatem archeologicznym.

Wykopaliska biskupińskie dzięki zachowanym w bardzo dobrym stanie pozostałościom drewnianych budowli, głównie z drewna dębowego, pozwoliły na poznanie społeczno-kulturowej przeszłości człowieka. Przyczyniły się do odtworzenia pełniejszego obrazu życia społecznego i codziennego Prasłowian. Zrekonstruowano wygląd całej prehistorycznej osady, jej umocnień, ulic, zabudowy i wnętrza domów. O dużym znaczeniu omawianych odkryć dla kultury i nauki współczesnej świadczy uznanie rezerwatu w Biskupinie za Pomnik Historii.

Profesor Zdzisław Rajewski (1961) na temat osady pisał: „Plan osiedla odzwierciedla rygoryzm organizacyjny i społeczno-gospodarczy twórców osady. Drewniane osiedle, do którego budowy zużyto ok. 7000 m3 drewna i około 10 000 m3 ziemi, trzciny i gliny, jest pięknym pomnikiem architektury drewnianej okresu wspólnoty pierwotnej".

Warunki środowiskowe Półwyspu Biskupińskiego, tj. wilgotne, torfowo-bagienne podłoże, przyczyniły się do dobrego zakonserwowania różnych wyrobów z drewna sprzed ponad 2700 lat. Podczas prac wykopaliskowych znaleziono przedmioty domowego użytku, m.in. nieckę z drewna lipowego, mątewki, dębowy tłuk, brzozową kopystkę oraz większe przedmioty, jak: dębowe radło krzywogrządzielowe, fragmenty dwóch dębowych osi do wozów czy łódź dłubankę z drewna świerkowego.

Osiedle kultury łużyckiej zbudowane zostało na podmokłej około dwuhektarowej wyspie (dziś półwysep Jeziora Biskupińskiego). Gród łużyckiej osady obronnej otoczony był wielorzędowym falochronem głównie z dębowych i sosnowych pali o długości od 2,5 m do 3,5 m wbitych w brzeg i dno jeziora. Do jego budowy użyto ok. 20 000 pali. Za falochronem wznosił się potężny wał obronny o konstrukcji skrzyniowej wcześniej niespotykanej w tej części Europy. Długość wału wynosiła ponad 460 m, szerokość ok. 3,5 m, a wysokość -przypuszcza się - ok. 5-6 m. W zabudowie grodu znajdowało się 13 rzędów drewnianych, krytych trzciną chat, zbudowanych techniką sumikowo-łątkową. Między chatami biegły poprzeczne drewniane ulice, szerokości 3 m, łączące się z ulicą okrężną, ułożoną w bezpośrednim sąsiedztwie wału obronnego.

Po ok. 150 latach zamieszkiwania wyspa została opuszczona przez ówczesnych mieszkańców z powodu podnoszenia się poziomu wody w jeziorze, co podtapiało osiedle. Ogromna masa drewna łatwo ulegała zanurzeniu w tak grząskim gruncie.

Z czasem, cały obszar został zalany wodą i przykryty grubą warstwą osadów z jeziora. Mokre środowisko z ograniczonym dostępem tlenu sprzyjało zachowaniu się starych przyziemnych drewnianych konstrukcji biskupińskich do czasów współczesnych.

W 1933 roku, który przyjmuje się za rok odkrycia prehistorycznej osady, profesor Józef Kostrzewski, wybitny archeolog Uniwersytetu Poznańskiego.

[...] na półwyspie jeziora biskupińskiego, na wschód od wsi stwierdził kierownik szkoły w Biskupinie, p. W. Schweizer, istnienie osady nawodnej, zbudowanej na palach, pochodzącej z czasów przedhistorycznych. Przy kopaniu torfu odkryto mianowicie w r.b. szeregi potężnych pali drewnianych, wbijanych pionowo w odstępach metrowych w dawne dno jeziora, dziś osuszone i połączonych poprzecznie belkami.

Dzięki rozpoczętym w 1934 roku, wieloletnim pracom wykopaliskowym, prowadzonym pod kierownictwem prof. Kostrzewskiego, odsłoniono ogromne ilości dobrze zachowanych fragmentów drewnianych konstrukcji osiedla. W latach 1934-1935 przebadano ok. 2500 m2 znaleziska. Po wojnie prace wykopaliskowe wznowiono i prowadzono z przerwami do 1974 roku.

Zabytkowe obiekty drewniane wydobyte z mokrych stanowisk archeologicznych wymagają odpowiednich technik eksploracji i metod zabezpieczenia - pasywnych lub aktywnych (Babiński 1998, 1999). Wydobyte ze swego pierwotnego środowiska i niezabezpieczone drewno, w przyspieszonym tempie ulega degradacji poprzez wysychanie, kurczenie się i pękanie. Podczas prac wykopaliskowych w Biskupinie, obiekty były zabezpieczane tylko doraźnie. Jednak żadna z metod w zadowalający sposób nie zabezpieczała tak dużej ilości zabytkowego, cennego drewna. Jedynym słusznym posunięciem, chroniącym przed całkowitą degradacją niepowtarzalnych obiektów, było wstrzymanie prac wykopaliskowych i zasypanie terenu ziemią lub zalanie wodą, aby utrzymać warunki dalszego dobrego zachowania cennych zabytków dla przyszłych pokoleń.

Na temat degradacji drewna archeologicznego napisano wiele rozpraw. Poznanie procesów zachodzących w drewnie znajdującym się w specyficznych warunkach w ciągu setek lat jest ciekawe z punktu widzenia naukowego i interesujące dla wiedzy o zachowaniu się materiału organicznego w warunkach mokrych stanowisk archeologicznych. Udowodnione jest, że w tym samym miejscu przebywania, różne gatunki drewna ulegają degradacji w stopniu zróżnicowanym. Wiadomo także, że ten sam gatunek drewna przebywający w różnym środowisku, lub w zależności czy w wodzie morskiej, czy w wodzie słodkiej, ulega zniszczeniu nierównomiernie.

Poznanie przyczyn i mechanizmów degradacji drewna jest cenną informacją umożliwiającą decyzję o dalszym sposobie postępowania z zabytkiem.

Niezwykle istotnym problemem jest zachowawczy sposób konserwacji zabytkowych obiektów. Temu tematowi poświęcono wiele prac prezentowanych na konferencjach tematycznych.

Od chwili odkrycia na temat drewna z Biskupina - uważanego za najcenniejsze stanowisko archeologii mokrej w Polsce - wykonano wiele prac badawczych w celu poznania stanu jego zachowania, ustalenia optymalnych sposobów konserwacji czy zbadania właściwości mechanicznych.

Zachowanie cennych drewnianych znalezisk archeologicznych jako dziedzictwa kulturowego, a także wybór nowoczesnej i optymalnej metody zabezpieczenia drewna wymaga pełnej informacji o działaniu czynników degradacji, na które były narażone obiekty in situ w naturalnych warunkach środowiskowych. Stan zachowania obiektu drewnianego ocenia się na podstawie różnorodnych analiz, począwszy od obserwacji makro- i mikroskopowych, poprzez oznaczenie ubytku masy substancji drzewnej, oznaczenie składu chemicznego, aż do analiz instrumentalnych badających budowę komponentów tkanki drzewnej.

Do najczęściej stosowanych metod oznaczenia stopnia degradacji drewna wykopaliskowego można zaliczyć analizę właściwości fizycznych i chemicznych obiektów zabytkowych. W licznych opracowaniach wykorzystywane są oznaczenia wilgotności, wilgotności maksymalnej i gęstości umownej, na podstawie której dodatkowo wyznacza się ubytek substancji drzewnej. W celu określenia stanu zachowania obiektów archeologicznych są również wykonywane badania wytrzymałościowe. Same fizyczne oznaczenia nie dają jednak pełnej informacji o zdegradowanym drewnie, a wyniki nie są wystarczające do oceny rozkładu tkanki drzewnej, co w rezultacie może przyczynić się do nieodpowiedniego doboru czynności konserwatorskich.

Badaniem składu chemicznego zajmowali się m.in. Grzeczyński i Surmiński, Hoffmann, Hoffmann i Parameswaran, Hedges, Thompson, Prądzyński i in., Waliszewska i in., Wróblewska, Wróblewska i in., Zborowska i in. Trzeba jednak przyznać, że nie jest wystarczająca również ocena stanu zachowania zabytku jedynie na podstawie zmian składu chemicznego.

Drewno jest nietrwałe jako naturalny materiał lignocelulozowy i w zależności od warunków środowiskowych ulega różnorodnym chemicznym zmianom, począwszy od niepożądanej zmiany barwy do rozpadu głównych składników ściany komórkowej. Różnorodność czynników powodujących pogorszenie stanu drewna jest bardzo duża, ale najbardziej aktywne w degradacji są grzyby i bakterie.

Naturalna trwałość drewna wynika z warunków środowiskowych. Określa jego odporność na działanie czynników niszczących i jest wyrażana czasem, w jakim stawiając im opór, zachowuje właściwości w stanie pozwalającym na jego użytkowanie. Ze względu jednak na niejednorodność budowy drewna, jego naturalna trwałość może być różna nawet w obrębie jednego gatunku. Drewno drzew twardzielowych jest trwalsze niż bez twardzielowych. Z kolei twardziel wyróżnia się większą trwałością niż biel, a gatunki o twardzieli zabarwionej intensywnie zasadniczo wykazują większą trwałość niż gatunki o twardzieli jasno- lub niezabarwionej.

Odporność twardzieli na czynniki biodegradacji zależy też od jej dojrzałości. Decydujący wpływ ma wiek drzewa. Największą trwałością cechuje się drewno drzew twardzielowych w wieku dojrzałości fizycznej, czyli 100-140 lat. Drewno starszych drzew jest mniej trwałe, szczególnie ze strefy przyrdzeniowej. Naturalna trwałość drewna twardzielowego zwiększa się również wraz ze wzrostem jej udziału w drewnie. Rodzime gatunki dębu są cenione m.in. ze względu na ich trwałość, wąski biel ulega degradacji w ciągu kilku lat. Natomiast pozbawione bielu drewno lim (Erythrophleum fordi Oliv.) określane jest mianem „żelaznego drewna" z racji odporności nawet w warunkach trudnego zwrotnikowego klimatu monsunowego w dalekiej Azji.

Istotny wpływ na przebieg rozkładu drewna wywołany czynnikami biotycznymi ma jego budowa anatomiczna pozwalająca lub ograniczająca zasiedlenie przez grzyby

Zróżnicowana trwałość poszczególnych gatunków drewna, a nawet części ich pnia, jest również związana z niejednorodnym składem chemicznym. Jednym z czynników wpływających na trwałość drewna jest udział ligniny w ogólnej jego ilości 20-30%. Ten trójwymiarowy polimer utrudnia dostęp strzępków grzybów i działa hamująco na ich rozwój.

Na trwałość drewna mają zasadniczy wpływ obecne w nim tzw. uboczne składniki drewna takie, jak garbniki, gumy, związki żywiczne, które mogą hamować rozwój czynników niszczących drewno. Większa odporność twardzieli, w porównaniu z bielem, wiąże się z większą ich zawartością w tej części pnia. Żywice i gumy nawet w mechaniczny sposób mogą utrudniać grzybom i bakteriom dostęp do niektórych anatomicznych i chemicznych części składników drewna. Fenolowy charakter związków garbnikowych również wpływa na zwiększenie trwałości drewna. Zawartość garbników w drewnie dębu szypułkowego (Quercus robur L.) wynosi 3-13%, a w bielu zaledwie 1-4%, stąd mogą również wynikać różnice w trwałości między bielem a twardzielą drewna.

Natomiast takie składniki drewna, jak proteiny, witaminy, cukry i sterole sprzyjają zasiedleniu tkanki drzewnej przez niektóre organizmy wywołujące jego degradację. Dojrzała twardziel drewna zawierająca niewielką ilość protein jest mało atrakcyjna pod względem pokarmowym dla larw niektórych owadów, a przyobwodowa część pnia gromadząca nawet do 2,8% protein sprzyja zasiedleniu przez organizmy obce. Ich rozwój umożliwia i znacznie ułatwia podwyższona w zewnętrznej warstwie pnia zawartość skrobi i białka, czyli substancji odżywczych, np. u dębu może dochodzić do 5,9%.

Gęstość drewna jest właściwością fizyczną mającą duży wpływ na trwałość drewna. Im jest większa w obrębie jednego gatunku, tym większa jest również trwałość drewna.

Skład chemiczny oraz charakterystyczne dla danego gatunku cechy fizyczno-mechaniczne, jak gęstość czy twardość, powodują, że wiele gatunków drewna wykazuje dość znaczną trwałość nawet w niełatwych warunkach środowiskowych. Jednak nawet najbardziej odporne gatunki w specyficznych warunkach mogą ulegać mniejszej lub większej destrukcji.

Hoffmann i Parameswaran uważają, że zmiany zachodzące w mokrym drewnie wykopaliskowym nie zależą od wieku znaleziska, lecz od właściwości fizycznych i chemicznych środowiska. Warunki środowiskowe, w których znajduje się drewno oraz jego wilgotność mają ogromne znaczenie dla trwałości drewna. Wilgotność drewna, zarówno poniżej 18%, jak i powyżej 80%, praktycznie uniemożliwia rozwój większości gatunków grzybów, np. drewno cedru libańskiego zachowało się w doskonałym stanie przez ponad 4600 lat w suchych warunkach klimatu Egiptu. Długotrwałe zaleganie drewna w środowisku mokrym, np. w wodzie lub wilgotnym gruncie, może sprzyjać jego rozkładowi przez bakterie, co często jest zauważalne w mokrym drewnie archeologicznym. Drewno często zachowuje się w dobrym stanie, ale zdarza się że w skrajnych przypadkach nie zawiera hemiceluloz i ma tylko śladowe ilości celulozy.

Dostęp tlenu jest bardzo ważnym warunkiem zachowania drewna w mokrym środowisku. Obecność tlenu i wody w drewnie jest ze sobą ściśle powiązana. Przy wilgotności drewna powyżej 80%, w porach drewna pozostaje mało miejsca na powietrze, a wiele organizmów niszczących drewno jest organizmami tlenowymi. Jednak nawet w warunkach o bardzo ograniczonym dostępie tlenu mogą się rozwijać niektóre bakterie beztlenowe powodujące niszczenie drewna. Podział czynników degradacji drewna podają Cartwright i Findlay, Zabel i Morrell, Eaton i Hale oraz Ważny. Wymienieni autorzy przedstawiają współczesną klasyfikację biotycznych i abiotycznych czynników degradacji drewna archeologicznego występujących in situ w naturalny eh warunkach środowiska. Do biotycznych czynników zaliczają: bakterie, glony, grzyby, porosty, mchy, owady i inne organizmy zwierzęce. Wśród czynników abiotycznych wymieniają: chemiczne, fizykochemiczne i fizykomechaniczne. W wodzie lub mokrym gruncie silne zagrożenie degradacyjne stwarzają bakterie właściwe (Hubacteriales) i promieniowce (Actinomycetes). Bakterie, jako czynnik degradacyjny drewna, po raz pierwszy zaobserwował i opisał Lise, ale mechanizm ich działania został wyjaśniony i przedstawiony przez Greavesa oraz Liesego i Greavesa. Badając zmiany mikrostruktury drewna wywołane działaniem bakterii właściwych, Nilsson i Daniel oraz Nilsson i Singh podzielili bakterie na: tunelowe, perforacyjne i kawernowe. Natomiast King i in. oraz Safo-Sampah i Wilcox stwierdzili, że w warunkach mokrego gruntu i wody istotne działanie mają również bakterie z grupy promieniowców. Wymienione dwie grupy bakterii mają zasadniczy udział w rozkładzie drewna w środowisku mokrym i mokrego gruntu. Natomiast w trudnych warunkach środowiskowych, np. przy ograniczonym dostępie tlenu lub jego braku, często występują bakterie beztlenowe powodujące silny rozkład przede wszystkim celulozy. Lignina zaś pozostaje prawie nienaruszona.

Spośród czynników abiotycznych chemicznych, występujących w środowisku mokrym i ujemnie działającym na tkankę drzewną, należy wymienić: kwasy, zasady i sole. Związki te mogą powodować zmiany w składzie chemicznym drewna, a nawet ich mineralizację. Duży wpływ na degradację tkanki drzewnej mają również wysokie i niskie temperatury, na których działanie narażone jest drewno archeologiczne przebywające w warunkach mokrych lub dużej wilgotności.

Wymienione czynniki mające wpływ na stan zachowania drewna archeologicznego występują przeważnie kompleksowo i trudno niekiedy ocenić wpływ na degradację drewna osobno każdego z nich.

Data dodania produktu: 05 lipiec 2010.
 

Klienci, którzy wybrali ten produkt, kupili również:

zabytki architektury drewnianej
zabytki architektury drewnianej
najpiękniejsze parki i ogrody polski sztuka kompozycji
najpiękniejsze parki i ogrody polski sztuka kompozycji
biedermeier przewodnik dla kolekcjonerów
biedermeier przewodnik dla kolekcjonerów
Polska stroje ludowe
Polska stroje ludowe