Impatto dell’inquinamento atmosferico
e alterazioni cromatiche delle superfici architettoniche
L. De Prato, A. Bonazza, I. Ozga, V. Turci, N. Ghedini, C. Sabbioni
Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima, ISAC-CNR

I beni artistici e culturali, memoria storica del nostro passato, sono inevitabilmente soggetti al degrado causato dall’esposizione agli agenti ambientali. Un esempio di interazione tra beni culturali e ambiente è rappresentato dall’impatto dell’inquinamento atmosferico urbano sulla Cattedrale di Santa Maria del Fiore a Firenze, il quale è stato valutato analizzando le caratteristiche del degrado conseguenti i mutamenti nel tempo degli inquinanti emessi dai processi di combustione. Questo studio si inserisce nell’ambito di un progetto di ricerca finanziato dalla commissione europea – il Progetto EC TeACH – che prevede la progettazione e messa a punto di una nuova metodologia che, attraverso l’analisi dei parametri colorimetrici, possa contribuire al monitoraggio dell’impatto dell’inquinamento sulle pareti esterne.
Il più importante processo di deterioramento è quello che riguarda la formazione delle croste nere per interazione con gli agenti inquinanti presenti nell’atmosfera. La reazione tra anidride solforosa (SO2) e materiale carbonatico causa la formazione di gesso, mentre le particelle carboniose sono responsabili dell’annerimento nel tempo delle pareti lapidee esterne e quindi del danno estetico sui monumenti. Il colore nero degli strati di degrado è dovuto soprattutto alla presenza nel particolato di carbonio elementare (CE), mentre il contenuto in carbonio organico (CO) determina ingiallimento e imbrunimento della superficie.
Campioni di crosta nera e di strato di degrado sono stati prelevati dai lati Nord e Sud-Ovest della Cattedrale di Santa Maria del Fiore. Mentre il lato Sud-Ovest è stato restaurato recentemente e volge su una zona pedonale, il lato Nord è stato restaurato nel 1955 ed esposto a un intenso traffico veicolare fino alla completa pedonalizzazione dell’area avvenuta nel 2009.
Le metodologie analitiche utilizzate per la caratterizzazione chimico-mineralogica dei campioni prelevati sono state: microscopia ottica, OM (microscopio Olympus BX 51 equipaggiato con scanner PRIMOPLUS 32 versione 8.11.02); microscopia elettronica a scansione, SEM-EDX (Philips XL 20); diffrattometria a raggi X, XRD (diffrattometro Philips PW 1730); cromatografia ionica, IC (Dionex ICS-900 e DX-100); analisi delle frazioni carboniose (Fisons Instruments CHNSO EA 1108). Sono stati inoltre misurati i parametri colorimetrici delle superfici architettoniche, utilizzando uno spettrofotometro portatile Konica Minolta CM-700d/600d.
Le osservazioni eseguite in microscopia ottica dei campioni di crosta nera su Marmo di Carrara hanno messo in evidenza che lo strato di degrado è costituito prevalentemente da gesso, calcite, quarzo, fillosilicati e ossidi di ferro. Nello strato si riscontrano inoltre numerose particelle sferiche di colore nero, concentrate in maggioranza nelle zone dello strato più vicine al materiale lapideo, identificabili in due tipologie principali: particelle carboniose derivanti principalmente dalla combustione di olio e gasolio e particelle allumino-silicatiche tipicamente emesse dalla combustione del carbone. La caratterizzazione mineralogica-petrografica dei campioni prelevati su Marmo di Carrara è stata confermata dalle analisi in microscopia elettronica a scansione e in diffrattometria a raggi X.
L’analisi svolta in IC ha rilevato lo ione solfato come anione presente in concentrazione maggiore, dimostrando come il processo di solfatazione sia ancora il principale fenomeno di degrado cui incorrono i materiali lapidei esposti all’aperto.
Dai risultati delle analisi delle frazioni carboniose si è osservato che, all’interno del carbonio non carbonatico (CNC), la percentuale di carbonio organico (CO) è sempre maggiore rispetto al carbonio elementare (CE), senza differenze tra il lato Sud-Ovest e il lato Nord.
I dati colorimetrici hanno messo in evidenza una diminuzione del parametro della luminosità, correlato alla concentrazione di CE, sia sul lato Sud-Ovest sia sul lato Nord della Cattedrale, passando da zone di marmo privo di strato di degrado a zone di marmo degradato con crosta o strato di alterazione. In tale passaggio, nel lato Sud-Ovest si è osservata una notevole diminuzione della componente colorimetrica gialla, mentre nel lato Nord, per i campioni prelevati a 32 m di altezza, solo una lieve diminuzione di questo parametro. L’ingiallimento delle superfici aumenta però nell’area Nord a 2 m dal suolo, vicina alla sorgente locale di inquinamento (traffico veicolare).
Per poter studiare l’impatto che l’annerimento delle superfici architettoniche del monumento oggetto di studio svolge sulla percezione visiva – e ipotizzare quale potrebbe essere la distribuzione degli strati di degrado in futuro – è stato inoltre realizzato un lavoro di grafica attraverso un programma di disegno tecnico assistito dall’elaboratore (CAD), digitalizzando e vettorializzando il prospetto della facciata Nord della Cattedrale. Sono state create una mappa di degrado con la distribuzione delle croste nere (figura a sinistra) relativa agli anni 1953-1954, immediatamente prima del restauro, e una relativa all’anno 2010 (figura in basso). Le fotografie risalenti agli anni 1953-1954 mostrano la Cattedrale con un aspetto più scuro rispetto a quelle del 2010 e, probabilmente, questo è imputabile al maggior uso di carbone come combustibile nella prima metà del XX secolo rispetto alla seconda. Confrontando le aree comuni in entrambe le mappe, emerge come nel 2010 gli strati di degrado siano meno diffusi sulle superfici architettoniche e maggiormente concentrati nelle parti basse del monumento e nei sottosquadri. Si può anche notare che, in prossimità del livello stradale, sotto la cupola, nella zona a diretto contatto con la sorgente di inquinamento veicolare, il colore degli strati di degrado è attualmente tendente al giallo-bruno, mentre le altre aree appaiono con diverse gradazioni di grigio.
Le analisi eseguite dimostrano come la principale causa di degrado delle superfici lapidee della Cattedrale di Santa Maria del Fiore sia da attribuire all’inquinamento atmosferico da traffico veicolare, in particolare per la facciata Nord, resa pedonale alla fine del 2009.
L’osservazione dell’evoluzione della distribuzione superficiale degli strati di degrado, unita alle analisi chimico-mineralogiche e colorimetriche, consente di ipotizzare che le future patine di degrado saranno meno diffuse delle attuali, di un colore tendente al giallo-bruno a causa dell’aumento della componente organica nel particolato emesso dal traffico veicolare.



 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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