Efectos de la contaminación atmosférica sobre el patrimonio histórico: Deposición de compuestos orgánicos y formación de costras negras sulfatadas

Abstract

Hoy en día, existe una gran preocupación en la sociedad en todo lo referente a la conservación del patrimonio cultural e histórico que ha llegado hasta nuestros días. Es evidente que, para poder abordar adecuadamente un proceso de conservación o restauración, es necesario efectuar previamente un estudio del material deteriorado, así como de las causas y mecanismos que han ocasionado (u ocasionan) la alteración. Esto obliga a un análisis exhaustivo del material, de los agentes causantes de la alteración y de los productos que se hayan podido formar como consecuencia de la interacción entre los elementos agresivos y el material original. Uno de los problemas, al cual la sociedad ha mostrado mayor sensibilidad en los últimos años, ha sido el deterioro de edificios y monumentos históricos. Los edificios y monumentos que se encuentran al aire libre, están sometidos a la acción contínua de los agentes atmosféricos (acción mecánica), animales y plantas (acción biológica) y de todos los compuestos que se encuentran en la atmósfera que los rodea y que puedan interacciona con ellos (acción química). Los daños en los materiales usados en edificios históricos y monumentos tales como piedras, ladrillos, tejas, morteros, vidrieras, etc. han sido cuantificados (Rosvall, 1988), por lo que la contaminación atmosférica es una importante fuente de pérdidas económicas en áreas urbanas. La piedra se ha utilizado ampliamente desde hace siglos como material básico en la construcción de obras monumentales. Las estructuras de piedra, aún siendo más duraderas que aquellas de otros materiales están sometidas siempre al ataque por agentes naturales, si bien los daños se producen generalmente en el transcurso de largos periodos de tiempo. Sin embargo, las actividades humanas de la moderna sociedad industrializada han contribuido a una aceleración dramática de la degradación de estructuras pétreas pertenecientes a obras históricas hasta el punto de que, en muchos casos, es posible percibir claramente año a año la alteración de monumentos construidos hace centurias e incluso milenios. Cientos de compuestos químicos son emitidos directa o indirectamente a la atmósfera debido a las actividades del hombre. Estos contaminantes atmosféricos son, finalmente, transferidos a diversos reservorios como las aguas continentales y marinas, los sedimentos y los suelos. Se sabe que el destino de los contaminantes atmosféricos está determinado por procesos físicos, químicos y fotoquímicos que tienen lugar en la atmósfera durante su tiempo de residencia. Estos procesos atmosféricos influyen en la naturaleza de la captura de estos contaminantes en sumideros o reservorios, donde son transformados, inmovilizados o encapsulados (Schroeder y Lane, 1988). Los edificios, monumentos y estatuas expuesto al aire libre también actúan como reservorios de compuestos químicos atmosféricos, los cuales se acumulan en las superficies en zonas frecuentemente mojadas por el agua de lluvia pero no lavada por ella. Los procesos de deposición húmeda y seca combinada con el crecimiento de los cristales de yeso da lugar a la formación de eflorescencias, pátinas o costras negras, en las cuales los aerosoles, las esporas, el polen, el polvo y toda clase de materia particulada se encuentra atrapada por la matriz mineral. Aunque el deterioro de los edificios históricos y monumentos es, hasta el momento, objeto de amplias investigaciones, el análisis químico orgánico raras veces ha sido aplicado a la investigación del deterioro de materiales pétreos. El estudio e identificación de compuestos orgánicos presentes en las superficies de las piedras, pátinas y depósitos es de gran interés porque interacciona con materiales inorgánicos favoreciendo los procesos de deterioro químicos y biológicos. Además para los propósitos de restauración, la distinción entre degradación antropogénica y biogénica es de gran importancia en orden a determinar los procedimientos de limpieza y consolidación. El objetivo fundamental es: 1. El estudio de los compuestos orgánicos presentes en las costras negras sulfatadas de diversos edificios y monumentos localizados en diferentes ciudades de la Comunidad Europea ya que se ha demostrado que existen una gran cantidad de compuestos englobados en los cristales de yeso. 2. Establecer el origen y la relación de estos compuestos con la atmósfera en las cuales se encuentran inmersos estos edificios. 3. La validación de técnicas analíticas rápidas, que necesiten poca cantidad de material y que requieran poca manipulación de la muestra, como la pirolisis convencional y la pirólisis/metilación simultánea que se espera puedan proporcionar una información suficiente sobre la naturaleza y características de los compuestos orgánicos presentes. CONCLUSIONES: 1. Los edificios históricos y monumentos situados en ambientes urbanos contaminados presentan, entre otras muchas, una alteración superficial consistente en la formación de costras negras. 2. El componente inorgánico mayoritario de las costras negras es el yeso, sulfato cálcico dihidratado, que alcanza hasta un 84% en peso. Asimismo, las costras contienen, en menor cantidad, cuarzo y calcita. 3. El origen de estas costras negras es el ataque que el SO2 gaseoso y también adsorbido a las partículas carbonáceas (hollín) produce sobre las superficies calizas donde se depositan. El SO2 se oxida, en presencia de agua, oxígeno y distintos catalizadores, a ácido sulfúrico, que reacciona con el carbonato cálcico de la caliza para formar yeso. 4. En el proceso de formación de yeso y entre los cristales queda englobada una gran cantidad de aerosoles y materia particulada, característica de la zona contaminada. 5. El análisis orgánico de las costras negras pone de manifiesto la existencia de una compleja mezcla de compuestos, derivados fundamentalmente de los combustibles y aceites empleados para la alimentación de vehículos de transportes. Esta está compuesta por n-alcanos, n-alquenos, isoprenoides acíclicos saturados, ácidos grasos saturados e insaturados, ácidos alifáticos dicarboxílicos, ácidos bencenopolicarboxílicos, alquilciclohexanos, alquilbencenos, hidrocarburos policícliso aromáticos, hidrocarburos policíclios aromáticos oxigenados, tiodenos, furanos, piridinas, quinolinas, y benzonitrilos. Estos productos proceden de la combustión total o parcial de los combustibles y aceites empleados. 6. Los mismos compuestos y grupos de compuestos se han obtenidos del hollín extraído del tubo de escape de un autobús municipal con más de 10 años de servicio, lo que indica la incidencia directa del tráfico sobre los edificios históricos y monumentos y su contribución al deterioro. 7. Los compuestos orgánicos han sido estudiados mediante la aplicación de diversas técnicas: pirolisis-cromatografía de gases-espectrometría de masas, pirolisis/metilación simultánea-cromatografía de gases-espectrometría de masas y extracción con solventes orgánicos y estudio por cromatografía de gases-espectrometría de masas. La aplicación de pirolisis requiere una mínima cantidad de muestra, usualmente inferior a 10 mg, mientras que la extracción con solventes requiere cantidades del orden de gramos. 8. La pirolisis convencional proporciona una idea general de los tipos de compuestos presentes en las costas de monumentos y hollín de autobús. Sin embargo, el proceso de pirolisis produce transformaciones térmicas en las moléculas, principalmente decarboxilación y dehidroxilación de los grupos funcionales, lo que limita su utilidad como técnica de análisis. 9. La alternativa es el empleo de la pirolisis/metilación simultánea, que metila directamente los grupos carboxilos e hidroxilos por medio del hidróxido de tetrametilamonio, protegiéndolos, por lo que los ácidos orgánicos alifáticos y aromáticos y los fenoles pueden identificarse fácilmente. 10. La pirolisis/metilación simultánea y la extracción con solvente orgánico producen los mismos tipos de compuestos, con distribuciones muy similares, por lo que la pirolisis/metilación compite ventajosamente con la extracción con solventes.