Прогнозирование риска повреждений настенных росписей на глиняной и земляной штукатурке во время высыхания

Почему старые храмовые росписи «заботятся» о влажности воздуха в помещении

В музеях и исторических храмах даже небольшие изменения влажности воздуха могут со временем привести к появлению трещин на ценных настенных росписях. В этом исследовании изучаются знаменитые буддийские фрески храма Хорю-дзи в Японии и ставится практический вопрос: как быстро и в какой степени можно осушать воздух вокруг этих хрупких произведений, не вызывая новых повреждений? Построив подробную компьютерную модель слоистой глиняной и штукатурной основы, авторы исследуют более безопасные способы контроля влажности при минимальном энергопотреблении.

Древнее искусство из «дышащей» земли

Настенные росписи Хорю-дзи монтированы на панелях, состоящих из нескольких слоев: среднего и верхнего слоя земляной штукатурки, белого глиняного слоя, который улучшает адгезию краски, и самой тонкой пигментной пленки. Эти материалы пористы и ведут себя подобно губке — они набухают при увлажнении и сжимаются при высыхании. Поскольку каждый слой реагирует по‑разному, изменения влажности воздуха могут вызывать внутренние деформации и напряжения, которые со временем приводят к образованию трещин на поверхности. На некоторых оригинальных панелях уже видны вертикальные трещины, особенно вблизи центров, что вызывает опасение, что будущие колебания влажности могут усугубить повреждения.

Виртуальный двойник хрупкой росписи

Чтобы исследовать проблему, не подвергая оригиналы риску, исследователи создали численный «виртуальный двойник» типичной панели. Они представили настенную роспись в разрезе и объединили два современных типа моделей: одну, отслеживающую перенос тепла и влаги в пористых материалах во времени, и другую, связывающую изменения влажности с механическими напряжениями и деформациями внутри этих материалов. Используя данные с аккуратно приготовленных макетов белой глины и штукатурки, в модель были внесены реалистичные свойства материалов — жесткость, прочность, пористость и зависимость этих свойств от влажности и состава. На выходе модель выдаёт степень риска повреждения — число от нуля до единицы, сравнивающее прогнозируемое растягивающее напряжение с пределом прочности материала на растяжение.

Где и когда наиболее вероятны трещины

Моделирование показало, что при высыхании наибольшие растягивающие напряжения развиваются вблизи лицевой поверхности слоя белой глины, особенно около центра росписи. По мере осушения воздуха у поверхности теряется влага и этот участок первым начинает сжиматься, тогда как всё ещё влажный внутренний объём сопротивляется этому движению. Такое сдерживание концентрирует напряжение близко к поверхности. Команда также исследовала, как точный состав белой глины — соотношение бытовой глины, растительных волокон и рисовой муки — влияет на уязвимость. Среди множества сочетаний был выявлен конкретный рецепт с относительно высоким содержанием волокон и рисовой муки, приводивший к наибольшему риску повреждения; именно его использовали в «наихудшем сценарии», чтобы не занижать возможный ущерб для реальных росписей.

Сколько высыхания — это слишком много и как быстро это происходит?

Авторы затем проверили разные сценарии изменения влажности. Они сравнили резкие падения относительной влажности за одну секунду с более медленными постепенными изменениями, растянувшимися до шести часов. Даже очень большая внезапная смена — например, с 90 до 10 процентов относительной влажности — не вывела смоделированную степень риска повреждения выше порога инициирования трещин для их ненарочечно состаренных материалов. Однако модель, вероятно, недооценивает реальный риск для вековых оригиналов, которые могут уже быть ослаблены прежними повреждениями и длительным старением. Более надёжно модель работает как инструмент для сравнения условий. Она показала, что для умеренного снижения влажности с 70 до 50 процентов растягивание изменения на шесть часов даёт меньший риск повреждения, чем небольшое быстрое падение с 70 до 65 процентов, которое в текущих музейных рекомендациях считается безвредным для большинства объектов.

Плавные изменения лучше сохраняют историю

Для неспециалистов главный вывод прост: настенные росписи из слоистой глины и земляной штукатурки особенно чувствительны к скорости осушения окружающего воздуха, а не только к конечному уровню влажности. Медленное, контролируемое высыхание позволяет влаге и напряжениям выровняться внутри слоёв, снижая вероятность появления новых трещин. Хотя требуется дальнейшая работа, чтобы учесть старение и уже имевшиеся повреждения в реальных росписях Хорю-дзи, этот подход к моделированию даёт реставраторам научно обоснованный инструмент для сравнения стратегий микроклимата и выбора настроек влажности, которые и защищают бесценные произведения, и уменьшают энергозатраты климатического контроля.

Цитирование: 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

Ключевые слова: сохранение настенной живописи, контроль влажности, культурное наследие, земляная штукатурка, численное моделирование