Множество зарубежных ученых в своих исследованиях выделяли ряд свойств почвы, которые оказались наиболее тесно связаны с разложение целлюлозы:
- целлюлозолитическая способность почвы;
- температура;
- увлажнение;
- аэрация почвы;
- общее содержание органического вещества, песка, ила, глины;
- Ph почвы;
- содержание доступного фосфора (P);
- содержание извлекаемого калия (K) и кальция (Сa);
- общее количество азота (N);
- наличие в почве примесей тяжелых металлов, солей и других элементов, которые создают агрессивную разрушающую среду для артефакта [6, c. 68; 7, c. 23].
Стоит помнить о том, что на разные виды тканей физические и химические свойства почв влияют по-разному (время разложения и степень деградации тканей значительно варьируются в зависимости от типа почв).
Археологические ткани, состоящие из материалов животного происхождения (шелк, шерсть), будут более устойчивыми к условиям среды, однако на деградацию их будут влиять практически те же физико-химические свойства почвы.
К примеру, шерсть и шёлк подвержены старению, обусловленному деструкцией волокон, однако этот процесс может ускоряться или замедляться в зависимости от влажности почвы и степени проникновения к тканям воздуха, а также из-за соприкосновения с предметами из металлов со следами коррозии, которые создают окислительно-восстановительную среду и ускоряют разрушение волокон. Красители тканей также химически взаимодействуют с окислами металлов и изменяются. Нити шёлка, например, очень активно взаимодействуют с соединениями железа [1, c. 25].
Э. Пикок в 1996 году провела несколько экспериментов по изучению влияния разных типов почвы на деградацию археологического текстиля. Современные неокрашенные текстильные ткани из натуральных волокон были экспериментально биодеградированы. Для образцов были взяты разные виды тканей: небеленый лен (Linum usitatissimum L.), отбеленный хлопок (Gossypium), шелк крепдешин (Bombyx mori) и фланель из камвольной шерсти. Образцы подвергались захоронению в супесчаном суглинке и в торфе. Характеристики исследуемых почв для их сравнения занесены в таблицу 1.
Таблица 1 - Характеристика исследуемых Э. Пикок почв
|
Ph почвы |
Содержание влаги, % |
Влагоудерживающая способность, % |
Содержание органического вещества, % |
||
|
Супесчаный суглинок |
6,51 (слабокислая) |
31 |
43 |
18 |
|
|
Торф |
3,65 (сильнокислая) |
77 |
43 |
95 |
Образцы, подвергшиеся захоронению, становились тоньше и насыщались водой с увеличением времени нахождения под землей. Захоронение в почве привело к повреждению волокон всех исследованных тканей. Наиболее сильно пострадал лен, за которым следовали хлопок, шерсть и шелк соответственно. Супесчаная почва была более разрушительной, чем торфянистая почва, для ткани и морфологии волокон хлопка (разложился за 8 недель), льна (разложился за 4 недели) и шелка, и менее разрушительной для шерсти (как и шелк разложился за 32 недели).
Основной причиной деградации ткани конечно же служили микроорганизмы (об этом подробнее будет говориться чуть ниже), однако ухудшения качества текстиля так же были вызваны разрушением и денатурацией текстильных волокон под воздействием химического состава почвы [8, c. 49].
Проанализировав эксперимент Пикок, мы можем судить о том, что большее количество влаги в почве благотворно влияет на сохранность археологического материала, введу того, что все поровые пространства материала заполнены водой, а вот Ph среды близкий к нейтральному наоборот - только ухудшает положение (нейтральная среда благотворна для большинства живых организмов, влияющих на деградацию артефакта в почве).
Это так же подтверждается исследованием Хопкинса и других ученых. По их мнению, в почвах с более кислым Ph, при условиях отсутствия почвенных животных и ограниченного количества микробных разложений идет более обильный процесс образования органического вещества, что мы так же можем наблюдать в результатах исследования Пикок [6, c. 69].
Однако, если рассматривать Ph почв как отдельный фактор, можно сказать, что кислотность или щелочность почвы играет ведущую роль для сохранности любого археологического материала: от органики и до металла с керамикой [9, c. 2].
Так, исходя из общехимических свойств органики в целом, можно предположить, что:
а) в щелочной среде лучше будет сохранятся дерево, растительный текстиль и шелк культурный;
б) в кислой среде - шерсть, шелк-туссор и кожа.
Если отдельно рассматривать сохранность древесины и влияния на нее эдафических факторов, в первую очередь можно выделить влагоемкость почвы. Главной чертой почвенной среды является относительно стабильная влажность, что приводит к постоянным процессам гниения дерева из-за скорости развития грибов в таких условиях. Однако, точно так же как в ситуации с археологической тканью, высокий уровень влагоемкости почвы сможет послужить сохранности формы дерева, заполнив влагой его поры, но постепенно разрушая и истончая стенки артефакта.
Еще одним эдафическим фактором, влияющим на археологическое дерево, является аэрация. На глубине более 50 см воздухоемкость почв характеризуется минимальным значением и кислород становится фактором, лимитирующим процесс гниения древесины [10, c. 153]. В анаэробных условиях водонасыщенная древесина претерпевает существенные химические изменения, которые приводят к значительной потере прочности при сохранении общих размеров и формы объекта.
Изменения химического состава и структуры археологической древесины приводят к неизбежному изменению не только ее физических свойств, но и прочностных показателей. Прочность археологической древесины, найденной в раскопах, может уменьшиться в несколько раз, что приведет к ее разрушению даже от своего веса.
2.3 Влияние климатических факторов на сохранность или деградацию археологического материала
Скорость деструкции целлюлозы также зависит от климатических факторов. В первую очередь рассмотрим температурный режим. М. Древнек в 2006 году провел исследование о влиянии климатических условий на разрушение целлюлозы и установил, что скорость органического соединения, разлагающейся в течение года, зависит от среднегодовой температуры в данной точке [6, c. 70]. Наблюдения показывают, что при средней температуре ниже 5 °С в почве практически перестает накапливаться углекислый газ, т. Е. приостанавливается распад органических соединений, что еще раз дает нам понять, что при отрицательной температуре археологический текстиль и дерево будут сохраняться намного лучше, чем при положительной.
В пример можно привести криофильные почвы, в которых на определенной глубине залегает постоянный мерзлотный слой, подавляющий активность микроорганизмов.
В одной и той же зоне температурный режим почвы зависит также от ее способности поглощать тепловые лучи, теплоизлучения, от характера растительности и т. Д. [11, c. 305].
Суюндуков и другие исследовали взаимосвязь интенсивности целлюлозоразрушения в почве с погодно-климатическими условиями. Изменения погодно-климатических условий определенным образом отражались на тепловом, водно-воздушном режиме почвы и ее биологической активности. Проведя опыт с льняной тканью, ученые определили, что начальный период вегетации из-за недостатка влаги замедлял распад текстиля, однако после выпадения осадков этот процесс резко усиливался. Скорость убыли льняного полотна была минимальна в июне, максимальна -- в июле. Сопоставление этого показателя с погодно-климатическими условиями привело к заключению о наличии выраженной зависимости целлюлозолитической активности от месячной суммы осадков. Максимальная скорость распада полотна отмечалась в середине лета на фоне оптимальных гидротермических условий [12, c. 13].
Судя по сказанному выше, можно сделать вывод, что именно от температурного режима и количества осадков на земной поверхности зависит скорость разложения целлюлозы.
3. Влияние биотических факторов на сохранность археологического текстиля и археологического дерева
3.1 Бактерии
Живые организмы играют огромную роль в сохранности археологического материала. Разрушение тканей происходит в результате гуминового разложения органических остатков, жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, плесневых грибов, растений, насекомых, земляных грызунов, а также благодаря ферментативной активности почв [1, c. 27]. Почвенные ферменты (корневые выделения высших растений, деятельность микроорганизмов) участвуют при распаде растительных и животных остатков, а также в синтезе гумуса [12, c. 13].
Разнообразие микрофлоры, способной разлагать целлюлозу в почве, позволяет трансформировать это вещество в различных условиях аэрации, в кислой или щелочной среде при низких или высоких влажности и температуре. Для большинства микроорганизмов, разлагающих целлюлозу, характерна высокая специфичность по отношению к этому веществу [11, c. 310].
Бактерии, расщепляющие целлюлозу, находятся на вершине пищевой трофической цепи. Они гидролизуют полимерный органический субстрат целлюлозы с образованием растворимых органических соединений, которые затем используются аэробными и анаэробными, мезофильными и термофильными бактериальными деструкторами [13, c. 42].
Наиболее всего в почве распространены аэробные целлюлозоразлагающие бактерии, яркими представителями которых является род Cytophaga (пример Spirochaeta cytophaga). Однако такого рода бактерии очень требовательны к условиям среды, обычно они в большом количестве встречаются в навозе и почвах, удобренных навозом. То же свойственно и представителям рода Sporocytophaga, разлагающим целлюлозу. Последние отличаются от видов рода Cytophaga способностью образовывать микроцисты.
В почвах встречаются представители рода Cellulomonas. Это аэробные грамположитсльныс подвижные палочковидные бактерии неправильной формы. Бактерии данного рода участвуют в разложении целлюлозы в аэробных условиях, однако способны и к анаэробному развитию. Встречаются эти микроорганизмы в почвах, богатых минеральными формами азота.
В расщеплении целлюлозы также принимают участие миксобактерии порядка Myxobacteriales, семейств Мухососсасеае (род Myxococcus), Archangiaceae (род Archangium), Sorangiaceae (роды Sorangium и Polyangium). Представители этих родов, по сравнению с Cellulomonas и Cytophaga, широко распространены в почвах разных климатических зон.
К аэробным актиномицетам, разлагающим целлюлозу, относятся представители родов Streptomyces (Streptomyces cellulosae), Streptosporangium, Micromonospora (Micromonospora chalcea) [11, c. 311].
Наиболее активными разрушителями изделий на основе органических веществ являются гнилостные бактерии. Они добывают себе энергию путем окисления органических веществ. Среди них есть спорообразующие и бесспоровые, аэробные и анаэробные. Многие из них мезофилы, но есть холодоустойчивые и термостойкие виды. Большинство их чувствительно к кислотности среды и повышенному содержанию в ней поваренной соли. К ним относятся некоторые виды Pseudomonas (Р. Fluorescens var. Cellulosae) и Bacilius [14, c. 332].
К большинству представителей анаэробных бактерий, разлагающих целлюлозу, относят семейство Bacillaceae, род Clostridium. Эти виды обитают в почвах, компосте, навозе и речном иле. Клостридии устойчивы к кислотности и распространены не только в нейтральных, но и кислых почвах.
Мезофильные (Clostridium omelianskii) и термофильные (Thermoanaerobacter ethanolicus) анаэробные бактерии хорошо используют целлюлозу, но на обычных средах, содержащих простые сахара, они развиваются слабо, плохо переносят даже незначительно повышенные концентрации сахаров [11, c. 330].
Шерсть и шелк, как уже не раз упоминалось, изготовлены не из растительных материалов, поэтому в их составе отсутствует целлюлоза, однако являясь все той же органикой, текстиль такого рода не плохо повреждается микроорганизмами. Наибольший вклад в биодеструкцию волокон вносят бактерии. Среди них ярким примером является Bacillus subtilis или же Сенная палочка. Это вид грамположительных спорообразующих факультативно аэробных почвенных бактерий.
Судя по исследованию Е. Л. Пехташевой и др. мы можем сказать, что бактерии играют немаловажную роль в сохранении текстиля. В процессе своей жизнедеятельности почвенные микроорганизмы выделяют фермент редуктазу, который способствует изменению цвета ткани, а в дальнейшем нарушению ее пластичности, состареванию и в конечном итоге разрушению [15, c. 149].
3.2 Грибы
Грибы имеют некоторые морфологические, физиологические и генетические особенности, благодаря которым они занимают доминирующее положение среди организмов, вызывающих биоповреждения.
Во-первых, стоит заметить, что грибы широко распространены по всему земному шару, во всех четырех средах обитания.
Во-вторых, большинство грибов обладает высокой энергией размножения. К примеру, сухоспоровые формы (виды Aspergillus, Penicillium и др.) образуют споры, количество которых исчисляется сотнями тысяч и миллионами.