Prognozowanie ryzyka uszkodzeń malowideł ściennych na podłożach glinianych i ziemnych podczas wysychania

Dlaczego stare malowidła świątynne „dbają” o powietrze w pomieszczeniu

W muzeach i zabytkowych świątyniach nawet niewielkie zmiany wilgotności powietrza mogą stopniowo powodować pęknięcia cennych malowideł ściennych. W tym badaniu skupiono się na słynnych freskach buddyjskich z świątyni Horyu-ji w Japonii i postawiono praktyczne pytanie: jak szybko i w jakim stopniu można osuszać powietrze wokół tych kruchych dzieł, nie powodując nowych uszkodzeń? Tworząc szczegółowy model komputerowy warstwowego podłoża z gliny i tynku, autorzy badają bezpieczniejsze sposoby kontroli wilgotności, unikając przy tym niepotrzebnego zużycia energii.

Starożytna sztuka z oddychającej ziemi

Malowidła z Horyu-ji osadzone są na panelach złożonych z kilku nałożonych warstw: środkowej i wierzchniej warstwy tynku ziemnego, białej warstwy glinianej pomagającej farbie przylegać, oraz cienkiej warstwy pigmentu. Materiały te są porowate i zachowują się trochę jak gąbka — pęcznieją, gdy wchłaniają wilgoć, i kurczą się podczas wysychania. Ponieważ każda warstwa reaguje inaczej, zmiany wilgotności powietrza mogą tworzyć wewnętrzne odkształcenia i naprężenia, które z czasem prowadzą do pęknięć powierzchni. Niektóre oryginalne panele już wykazują pionowe rysy, szczególnie w pobliżu środka, co budzi obawy, że przyszłe wahania wilgotności mogą pogorszyć stan zabytku.

Wirtualny bliźniak kruchego malowidła

Aby badać problem bez eksperymentowania na oryginałach, badacze stworzyli numeryczny „wirtualny bliźniak” typowego panelu. Przedstawili malowidło w przekroju i połączyli dwa zaawansowane typy modeli: jeden śledzący transport ciepła i wilgoci w materiałach porowatych w czasie, a drugi łączący zmiany wilgotności z naprężeniami i odkształceniami mechanicznymi w tych materiałach. Korzystając z danych z precyzyjnie przygotowanych próbek wzorcowych białej gliny i tynku, wprowadzili do modelu realistyczne właściwości materiałów, takie jak sztywność, wytrzymałość, porowatość oraz sposób, w jaki właściwości te zmieniają się wraz z wilgotnością i składem. Model daje w wyniku miarę ryzyka uszkodzenia w postaci liczby od zera do jednego, porównującej przewidywane naprężenie rozciągające z wytrzymałością na rozciąganie materiału.

Gdzie i kiedy pęknięcia są najbardziej prawdopodobne

Symulacje wykazały, że podczas wysychania największe naprężenia rozciągające pojawiają się w pobliżu przedniej powierzchni warstwy białej gliny, zwłaszcza wokół środka malowidła. Gdy powietrze wokół obrazu wysycha, strefa przypowierzchniowa traci wilgoć i zaczyna się jako pierwsza kurczyć, podczas gdy wciąż wilgotne wnętrze opiera się temu ruchowi. To hamowanie skupia naprężenia blisko powierzchni. Zespół badał też, jak dokładny skład białej gliny — mieszanka glinki garncarskiej, włókien roślinnych i mąki ryżowej — wpływa na wrażliwość. W wielu kombinacjach zidentyfikowano konkretną mieszankę o stosunkowo wysokiej zawartości włókien i mąki ryżowej, która dawała najwyższe ryzyko uszkodzeń; użyto tego „najgorszego scenariusza”, by nie zaniżyć możliwych zagrożeń dla rzeczywistych malowideł.

Ile osuszenia jest za dużo i jak szybko?

Autorzy przetestowali różne scenariusze wilgotności. Porównali nagłe spadki wilgotności względnej w ciągu jednej sekundy z wolniejszymi, stopniowymi zmianami trwającymi do sześciu godzin. Nawet bardzo duża, nagła zmiana — z 90% do 10% wilgotności względnej — nie podniosła w symulacjach miary ryzyka uszkodzenia ponad próg inicjacji pęknięć w ich materiałach niepodstarzałych. Jednak model prawdopodobnie zaniża rzeczywiste ryzyko dla wielowiekowych oryginałów, które mogą już być osłabione wcześniejszymi uszkodzeniami i długotrwałym starzeniem. Model jest jednak użyteczny jako narzędzie porównawcze. Pokazał, że dla umiarkowanego spadku wilgotności z 70 do 50% rozłożenie zmiany na sześć godzin skutkowało mniejszym ryzykiem uszkodzenia niż niewielki, szybki spadek z 70 do 65%, który obecne wytyczne muzealne uznają za bezpieczny dla większości obiektów.

Łagodne zmiany lepiej chronią historię

Dla laików główny przekaz jest prosty: malowidła ścienne wykonane z warstw gliny i tynku ziemnego szczególnie wrażliwe są na to, jak szybko wysycha otaczające je powietrze, a nie tylko na końcowy poziom wilgotności. Powolne, kontrolowane wysychanie pozwala wilgoci i naprężeniom wyrównać się w obrębie warstw, zmniejszając szansę powstania nowych pęknięć. Choć potrzebne są dalsze prace uwzględniające starzenie i istniejące uszkodzenia rzeczywistych malowideł z Horyu-ji, podejście modelowe daje konserwatorom oparte na nauce narzędzie do porównywania strategii środowiskowych i wyboru ustawień wilgotności, które zarówno chronią bezcenne dzieła, jak i ograniczają energochłonną klimatyzację.

Cytowanie: 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

Słowa kluczowe: konserwacja malowideł ściennych, kontrola wilgotności, dziedzictwo kulturowe, tynk ziemny, modelowanie numeryczne