Η επίδραση της εν ξηρώ απόθεσης των θαλασσίων αερολυμάτων στους δομικούς λίθους των μνημείων

Marine aerosol dry deposition effect on the building stones of monuments

Η επίδραση της εν ξηρώ απόθεσης των θαλασσίων αερολυμάτων στους δομικούς λίθους των μνημείων

Stefanis, Nikolaos-Alexios

Στεφανής, Νικόλαος-Αλέξιος

PhD Thesis

2008

Ο στόχος της εργασίας είναι η μελέτη της τροφοδοσίας των δομικών λίθων με διαλυτά άλατα τα οποία ακολουθούν την ατμοσφαιρική οδό οδηγώντας στην διάβρωση των ιστορικών κτιρίων. Η μελέτη στηρίχθηκε σε ένα πείραμα πεδίου που πραγματοποιήθηκε στη μεσαιωνική πόλη της Ρόδου. Ένα δίκτυο παρακολούθησης οργανώθηκε στις οχυρώσεις της μεσαιωνικής πόλης. Τα αιωρούμενα σωματίδια συλλέχθηκαν με το MOUDI (Micro Orifice Uniform Deposit Impactor) κατά τη διάρκεια δώδεκα κύκλων δειγματοληψίας αερολυμάτων κατανεμημένων σε ένα ημερολογιακό έτος. Συγχρόνως, συλλέχθηκαν μετεωρολογικά δεδομένα για τη συσχέτιση των φαινομένων της παραγωγής και της απόθεσης των αερολυμάτων με τις επικρατούσες μετεωρολογικές συνθήκες. Ειδικά διαμορφωμένα δοκίμια λίθου τοποθετήθηκαν στα οχυρωματικά τείχη της πόλης για τη μελέτη του ρυθμού απόθεσης των σωματιδίων και της έντασης της διάβρωσής τους. Επίσης δείγματα δομικού λίθου από χρονολογημένα μνημεία με ποικίλο προσανατολισμό και απόσταση από την ακτή, ελήφθησαν ώστε να μελετηθούν οι παράγοντες που επηρεάζουν την αποτιθέμενη ποσότητα θαλασσίου αλίτη. Η μορφολογία και η χημική σύσταση των αιωρούμενων και αποτεθειμένων σωματιδίων μελετήθηκε με τη χρήση SEM/EDΧ. Οι μικροφωτογραφίες που ελήφθησαν από το SEM και οι στοιχειακοί χάρτες μικροανάλυσης των ακτίνων Χ, επεξεργάσθηκαν ψηφιακά με το λογισμικό πακέτο Image-Pro Discovery, ώστε να μελετηθούν τα φυσικά χαρακτηριστικά των σωματιδίων. Η συγκέντρωση του χλωρίου στα δοκίμια και στα δείγματα λίθου, προσδιορίσθηκε με την εφαρμογή της ποτενσιομετρικής τιτλοδότησης υδατικών διαλυμάτων. Τα αιωρούμενα και αποτεθειμένα σωματίδια έχουν πανομοιότυπη μορφολογία, χημική σύσταση και μέγεθος, Η κρυσταλλική συμπεριφορά του αλίτη εξαρτάται από τις μετεωρολογικές συνθήκες που επικρατούν κατά τη φάση της απόθεσής του. Παρατηρήθηκε ότι οι βόρειοι άνεμοι στη Ρόδο παράγουν σωματίδια μικρής αεροδυναμικής διαμέτρου, γαιώδους και θαλάσσιας προέλευσης, τα οποία μπορούν να μεταφερθούν σε μεγάλες αποστάσεις. Αν και η απόθεση του θαλασσίου άλατος επηρεάζει όλη την περιοχή που καλύπτει η μεσαιωνική πόλη της Ρόδου, οι πιο ευάλωτες κατασκευές είναι αυτές που έχουν βόρειο προσανατολισμό και βρίσκονται σε ακτίνα 100 m από τις παραθαλάσσιες οχυρώσεις. Η διαβρωτική δράση των θαλασσίων αερολυμάτων μελετήθηκε και επιβεβαιώθηκε σε δοκίμια λίθου τα οποία εκτέθηκαν στο περιβάλλον για ένα έτος. Υπολογίσθηκε ο βαθμός απώλειας του δομικού υλικού από την απόθεση θαλασσίου άλατος και συγχρόνως υπολογίσθηκε η πίεση κρυστάλλωσης που ασκεί ο αλίτης σε πρόσφατα λατομευμένο λίθο. Το δομικό υλικό δέχεται από τον αυξανόμενο κρύσταλλο αρκετά μεγαλύτερες δυνάμεις από την υπολογισθείσα δύναμη εφελκυσμού που μπορεί να υποστεί χωρίς να αστοχήσει. Τα αποτελέσματα συσχετίσθηκαν με τα πειραματικά δεδομένα ώστε να αποδειχθεί η διαβρωτική δράση των θαλασσίων αερολυμάτων στους δομικούς λίθους.

The purpose of the present research is the study of the deposition of marine aerosol which follows the atmospheric pathway on the surface of historic buildings. The study was based on a field experiment that was conducted in the Medieval City of Rhodes, Greece. A monitoring network was organised on the fortifications of the city. Suspended particles were collected using a cascade impactor - MOUDI (Micro Orifice Uniform Deposit Impactor) - during twelve sampling events spread over a one-year period. Meteorological data were also collected in order to correlate them with the aerosol production and transportation phenomena. Freshly quarried stone samples were placed on the fortifications to study both the aerosol deposition and stone weathering rate. Stone samples from dated buildings, having different orientation, were collected to study the factors that affect the quantity of deposited halite. The morphology and chemical composition of the suspended and deposited particles were studied with SEM/EDX. The microphotographs acquired were processed by Image-Pro Discovery software to study the physical characteristics of particles. The chloride content of the stone samples was determined by potentiometric titration of aqueous solutions. Suspended and deposited particles present similarities. Halite’s crystal habits depend on the prevailing meteorological conditions at the time of deposition. It was observed that north winds in Rhodes produce fine detrital and marine particles which can be transferred in long distances. The most susceptible buildings are those that lie with 100 m from the coast. The weathering effect of marine aerosol was verified on the fresh stone samples that were exposed for one year. The stone mass loss and the halite crystallisation pressure were calculated. The pressure that halite crystals exert on the stone pores is capable of producing severe damage. The results were correlated with the experimental data in order to establish the weathering effect of marine aerosol

Halite

Αιωρούμενα σωματίδια

Bioclastic limestone

Απόθεση

Suspended particles

Αλίτης

Διάβρωση

Βιοκλαστικός ασβεστόλιθος

Θαλάσσια αερολύματα

Μνημεία

Παράκτιο περιβάλλον

Monuments

Weathering

Marine aerosol

Coastal environments

Deposition

Greek

Πανεπιστήμιο Αιγαίου

University of the Aegean

Πανεπιστήμιο Αιγαίου. Σχολή Περιβάλλοντος. Τμήμα Περιβάλλοντος

National Documentation Centre (EKT)

National Archive of PhD Theses

Συλλογή ΕΑΔΔ