Vorhersage des Schadensrisikos von Wandmalereien auf Ton- und Lehmanstrichen während des Trocknens

Warum alten Tempelmalereien die Raumluft wichtig ist

In Museen und historischen Tempeln können bereits kleine Veränderungen der Raumfeuchte über längere Zeit hinweg wertvolle Wandmalereien langsam zum Bersten bringen. Diese Studie konzentriert sich auf berühmte buddhistische Wandgemälde des Horyu-ji-Tempels in Japan und stellt eine praktische Frage: Wie schnell und in welchem Umfang darf die Luft um diese empfindlichen Werke herum trocknen, ohne neue Schäden zu verursachen? Durch den Aufbau eines detaillierten Computermodells der geschichteten Ton- und Lehmuntergründe untersuchen die Autoren sicherere Wege zur Feuchteregulierung, die zugleich unnötigen Energieverbrauch vermeiden.

Antike Kunst aus atmender Erde

Die Wandmalereien von Horyu-ji sind auf Tafeln angebracht, die aus mehreren übereinanderliegenden Schichten bestehen: ein mittlerer und ein oberer Lehmanstrich, eine weiße Tonschicht, die die Farbschicht haftend unterstützt, und die dünne Pigmentschicht selbst. Diese Materialien sind porös und verhalten sich ähnlich wie ein Schwamm — sie quellen bei Feuchtigkeitsaufnahme und schrumpfen beim Trocknen. Da jede Schicht unterschiedlich reagiert, können Änderungen der Raumfeuchte innere Dehnungen und Spannungen erzeugen, die schließlich die Oberfläche rissig machen. Einige der Originaltafeln zeigen bereits vertikale Risse, insbesondere in der Mitte, was die Sorge nährt, dass künftige Feuchteschwankungen den Schaden verschlimmern könnten.

Ein virtuelles Abbild einer empfindlichen Malerei

Um dieses Problem zu untersuchen, ohne an den Originalen zu experimentieren, erstellten die Forschenden einen numerischen „virtuellen Zwilling“ einer typischen Tafel. Sie stellten die Wandmalerei im Querschnitt dar und kombinierten zwei fortgeschrittene Modelltypen: eines, das die zeitliche Bewegung von Wärme und Feuchte durch poröse Materialien verfolgt, und ein anderes, das Feuchteänderungen mit mechanischer Spannung und Dehnung innerhalb der Materialien verknüpft. Mithilfe von Daten aus sorgfältig hergestellten Prüfmustern der weißen Ton- und Lehmschichten speisten sie das Modell mit realistischen Materialeigenschaften wie Steifigkeit, Festigkeit, Porosität und der Änderung dieser Eigenschaften mit Feuchte und Zusammensetzung. Das Modell liefert als Ergebnis einen Schadensrisikograd, eine Zahl zwischen null und eins, die die vorhergespannte Zugspannung mit der Zugfestigkeit des Materials vergleicht.

Wo und wann Risse am wahrscheinlichsten sind

Simulationen zeigten, dass beim Trocknen die höchsten Zugspannungen nahe der Vorderfläche der weißen Tonschicht auftreten, besonders rund um die Mitte der Tafel. Wenn die Luft um die Malerei trocknet, verliert die oberflächennahe Zone zuerst Feuchte und beginnt zu schrumpfen, während das noch feuchte Innere dieser Bewegung widersteht. Diese Behinderung konzentriert die Zugspannung nahe der Oberfläche. Das Team untersuchte außerdem, wie das genaue Rezept der weißen Tonmischung — ihr Anteil an Töpferton, Pflanzenfasern und Reismehl — die Verwundbarkeit beeinflusst. Über viele Kombinationen hinweg identifizierten sie eine spezifische Mischung mit relativ hohem Faser- und Reismehlanteil, die das größte Schadensrisiko erzeugte, und nutzten diese „Worst‑Case“-Zusammensetzung, um eine Unterschätzung möglicher Schäden an den realen Gemälden zu vermeiden.

Wieviel Trocknung ist zu viel, und wie schnell?

Die Autoren testeten dann verschiedene Feuchteszenarien. Sie verglichen abrupte Abfälle der relativen Luftfeuchte innerhalb einer Sekunde mit langsameren, schrittweisen Änderungen über bis zu sechs Stunden. Selbst ein sehr großer plötzlicher Abfall — von 90 auf 10 Prozent relativer Luftfeuchte — erhöhte bei ihren nicht gealterten Simulationsmaterialien das berechnete Schadensrisiko nicht über die Schwelle, bei der Risse beginnen. Das Modell unterschätzt jedoch wahrscheinlich das echte Risiko für die jahrhundertealten Originale, die durch frühere Schäden und Langzeitalterung bereits geschwächt sein können. Verlässlicher ist das Modell als Vergleichswerkzeug: Es zeigte, dass bei einem moderaten Feuchteabfall von 70 auf 50 Prozent das Verteilen der Änderung über sechs Stunden ein geringeres Schadensrisiko ergab als ein kleiner, schneller Abfall von 70 auf 65 Prozent, den aktuelle Museumsempfehlungen für die meisten Objekte als harmlos ansehen.

Sanfte Änderungen bewahren die Geschichte besser

Für Nichtfachleute lautet die Kernbotschaft schlicht: Wandmalereien aus geschichteten Ton- und Lehmanstrichen reagieren besonders empfindlich auf die Geschwindigkeit, mit der die Umgebungsluft trocknet, nicht nur auf das Endfeuchteniveau. Langsames, kontrolliertes Trocknen erlaubt es Feuchte und Spannungen, sich innerhalb der Schichten auszugleichen, und verringert so die Wahrscheinlichkeit neuer Risse. Zwar ist weitere Arbeit nötig, um Alterung und bereits bestehende Schäden der echten Horyu-ji-Malereien zu berücksichtigen, doch bietet dieser Modellierungsansatz Konservatorinnen und Konservatoren eine wissenschaftlich fundierte Methode, Umweltstrategien zu vergleichen und Feuchteeinstellungen zu wählen, die sowohl unbezahlbare Kunst schützen als auch energieintensive Klimaregelung begrenzen.

Zitation: Ishikawa, K., Ogura, D., Iba, C. et al. Damage risk prediction of wall paintings with clay and earthen plaster substrates during drying. npj Herit. Sci. 14, 156 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02408-8

Schlüsselwörter: Erhaltung von Wandmalereien, Feuchtigkeitskontrolle, Kulturerbe, Lehmanstrich, numerische Modellierung