“失火一周年 科学家们怎么通过研究石头和铁锈修复巴黎圣母院”

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来源: science

编译:刘俊寰

巴黎圣母院的火灾已经过去整整一年了。

去年4月15日巴黎当地时间下午6点30分(北京时间0点30分)，巴黎圣母院发生火灾，圣母院顶部塔顶倒塌，左塔上半部分被烧毁，玫瑰花窗被破坏，所幸馆内所有作品几乎全部搬迁留下。

巴黎圣母院的大火在世界范围内引起了广泛的悼念和追忆。

马克龙在推特上表示，他将发誓重建巴黎圣母院，并寻求国际帮助。 “我们将重建巴黎圣母院。 这是因为法国人期待着。 这是我们的历史，这是我们的命运”。

过去一年，法国文化部和法国政府合作推进整个项目进程，先后获得10亿欧元捐款，8名科学家参加了第一阶段的修复工作，目前，巴黎圣母院将进入第二阶段的修复工作，对历史和建筑感兴趣的科学家开放。

今天是事件发生一周年，相比重建计划，这一年更关心从大教堂顶部消失的200多吨铅所造成的污染、利用巴黎圣母院残垣的历史和科学研究以及千万巴黎人遭受的情感创伤。

历史遗迹研究室( lrmh )主任aline magnien说:“巴黎圣母院的心脏已经被拯救了。”

石头的颜色变化如何帮助事业修复？

在lrmh，magnien和22位同事对比判断大教堂的石头、砂浆、玻璃、油漆和金属的情况，目的是为了防止大教堂被进一步破坏，让工程师们在全国范围内努力修复大教堂。

地质学家véronique vergès -belmin是lrmh石头部门的负责人，在实验室的山顶储藏库里展示着几十块从大教堂圆顶的天花板上落下的石头，通过研究这些石头，可以大致推测出还在原地的石头的情况。

温度过高会削弱石灰石，知道落下的石头能够承受的温度，有助于技术人员决定这些石头是否可以再利用。 vergès-belmin发现，石头的颜色提供了线索，在300℃~ 400℃的温度下石灰石编织而成的铁晶体开始分解，石头表面变成红色。 在600℃下，结晶变成了黑色的氧化铁，颜色再次发生了变化。 到800℃石灰石失去了所有的铁氧化物，变成了粉状石灰。 “这是一个渐进的过程，有色的石头和零部件不应该被重复使用。”

lrmh合作者、法国国家研究机构cnrs的金属专家philippe dillmann认为，大教堂铁质结构中的锈也提供了一点线索，随着温度的上升，锈的微观结构会发生变化。 通过调查大教堂的螺母、螺栓、墙壁内和周围铁条的“链式”系统，可以在附近的石头上竖立热图。

另外，雨水不慎落入没有天花板的大教堂，工程师们无法安装临时的盖子，多年来为了修理而组装的脚手架的骨架融化了。 今年1月，工人们开始了历时6个月的部分溶解格子工作，但由于大教堂的墙壁支撑着脚手架，拆除的过程也必须十分注意。

lrmh石材部门的地质学家lise leroux说，在石头自我干燥之前，重量的变化很可能继续“不可忽视”地影响穹顶结构，额外的重量不仅作用于不稳定的平衡力，而且冬季的水结冰时，各个石头会膨胀或收缩。

火灾发生几周后，工程师们在金库上安装了钢梁，以便技术人员可以拆除脚手架，在稳定结构时用绳索进行高空坠落。 上个月，leroux在获得绳索救助证书后，首次检查了大教堂的上部。 她发现上部的石膏涂层大部分依然完好无损，在一定程度上也不会发生火灾和雨水侵蚀。

200吨的铅去哪里了？

在科学家们研究机械力量的时候，另一群人集中在寻找大教堂顶部的铅的下落，悲痛万分，火灾引起了巴黎人的另一种担忧:铅蒸气是否会飘到附近的居民区。

事实上，领导lrmh金属部门的冶金学家aurélia azéma和其他科学家得出的结论是，火灾的最高温度远远低于铅的蒸发温度1700℃。 大多数铅在300℃的温度下熔化，流入沟中，滴落在钟乳石上。

但是，在一点上，温度确实超过了600℃，此时铅会氧化成微小的结节，也就是气溶胶传播。 azéma说:“这就像凝胶一样。”火灾中从大教堂飘出来的黄色云层表明，至少有一部分铅在空气中高温燃烧。

法国替代能源和原子能委员会地球化学家sophie ayrault从火灾发生前刚刚清理的两个表面收集了铅粉尘的样品，分解了铅中的同位素特征，从而能够区分圣母院的铅和其他铅源。

她想把大教堂的指纹和全市的粉尘样本进行比较。 在样品显示出令人担忧的高铅含量后，附近的学校进行了净化解决。 但是，尚不清楚这些铅是否来自圣母院的火灾，也不清楚这些铅是否来自铅涂料、汽车电池、含铅汽油等其他来源。

ayrault还怀疑，阳光和酸雨的腐蚀可能释放出圣母院顶部几个世纪以来的累积铅含量。 屋顶是为了迅速将径流带入塞纳河，圣母院可能是持续的水污染源。 她从诺曼底下游的沉积物中寻找铅的含量，再次尝试评价，并与其他来源进行比较，以评价来自圣母院的多少。

大部分的铅都留在圣母院里。 年6月，azéma和同事们把大教堂的第一个样本带回实验室，用塑料袋牢牢密封时，似乎随处可见黄色的铅粉尘，她从多层气泡膜上解开小风琴管，用戴着手套的手指指着那些开口部。

文化部命令lrmh找到净化大教堂铅而不损害大教堂的方法。 lrmh玻璃部门的负责人claudine loisel进行了大教堂的113个彩色玻璃窗的去污技术测试。 这些玻璃窗大多因烟灰、灰尘和残留物而发黑或变得粘稠，黄粉消失了。

在双目显微镜的帮助下，loisel很快在三块面板上检测出氧化铅结节，称“现在的目标不是修复，而是去污”。

国家卫生机构正在用商业湿纸巾检测铅含量，但湿纸巾中含有少量酸，有可能破坏窗户结构。 因此，loisel说服该公司接受折中方案，采用monoprix杂货店连锁店“不含化学物质”的婴儿湿纸巾。

这在小规模的测试中很有效，但是科学家们不想用婴儿的湿巾打扫整个大教堂。 许多光滑的表面，如玻璃、金属、打蜡的木材、油漆等，发现在店里的吸尘器和棉布上蘸上蒸馏水后，可以安全地去除铅。

多孔的石头需要采取不同的方法。 vergès-belmin说，用乳胶“愚蠢的腻子”涂是可能的。 这种腻子与铅粉尘一起拉下的方法一样，可以使用粘土类压缩机进行干燥和收缩，产生充满铅的“碎片”，然后收集和解决。 第三个想法是采用激光清洗。

巴黎人受到感情上的创伤

文化部和国家科研中心成立了由多个机构约100名研究者组成的专业科学小组，截至上月，约10名研究者有机会进入大教堂，在科学家和历史学家之间掀起了一个小高潮。

“我们正在整理这些千万碎片。 有些来自现代世界，有些来自更古老的世界，就像和中世纪交流一样。 ”dillmann说。

波尔多大学艺术史学家yves gallet率领的研究小组，目的是研究仍然采用的石头，如以直径4层的玫瑰花窗为拱的石雕等。 通过对详细图像的分解，研究者希望了解13世纪的石匠们是如何设计和组装这些建筑物的，从而更好地了解整个哥特式创作。

他们大教堂内砂浆的拆除可以证明历史学家提出的建筑建设和维修的顺序。 “砂浆会告诉我们很多关于这些石头的放置，以及在这些地方预计会有什么样的力量。 ”他说

cnrs木材小组的研究人员alexa dufraisse说，在阁楼上烧焦的木材残留物也有自己的故事。 环的厚度、密度、化学成分的变化标志着每年的气候条，“木材在生长的过程中绝对会记录一切”，圣母院的橡木梁生长在12世纪和13世纪，是被称为中世纪气候的最佳温暖期。 我想通过将增长环境的记录和当时的经济状况联系起来，看看气候的变化是如何影响了中世纪社会的。

木梁的形状吸引了木材队的观察。 dufraisse说，这些树明显密集，生长在竞争激烈的环境中。 这支持植树造林假说。 也就是说，这些树专门用于保存和栽培大教堂，表明人们计划在圣母院开始建设前几代建造圣母院。

除了火灾造成的物质损失外，还有巴黎人和其他人受到的感情创伤。

巴黎现代人类学跨学科研究所的cnrs种族学家sylvie sagnes采访了游客、当地人、导游、记者、捐赠者和教会成员，分析了火灾带来的情感影响。 她说，人们对古迹、公园和古迹表现出强烈的留恋。 当人们动员起来保护遗产时，这实质上是民主的表现方法。

在圣母院的例子中，是否完全原样重建等围绕圣母院修复的争论正在加剧。 “圣母院不是普通的纪念碑，”她说，“大火过后，人们仍在感情上参与。”

“当然，这是一段感情困难的时期，但人们走到一起，不仅是为了拯救巴黎圣母院，也是为了吸取教训。 这也是难得的团结经验，”magnien说。

“圣母院将被修复。 艺术品、石材、彩色玻璃被清洗干净，比以前更闪耀、更美丽”。

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原标题:“火灾一周年，科学家们通过研究石头和铁锈来修复巴黎圣母院。”

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