Prof - Instytut Nauk Geologicznych

Prof. dr hab. Andrzej Muszyński
Instytut Geologii UAM
ul. Krygowskiego 12
61-680 Poznań
e-mail: [email protected]
Poznań. 25.05.2017.
Recenzja rozprawy Pani mgr Marty Prell, pt.” Deterioracja elementów
kamiennych w wybranych zabytkach Wrocławia”
1/ Uwagi wstępne
Rozprawa napisana jest pod kierunkiem dr. habilitowanego Marka
Awdankiewicza profesora UWr. oraz dr Joanny Kostylew z Instytutu Nauk
Geologicznych Uniwersytetu Wrocławskiego. Praca w całości liczy 245 stron w
języku polskim z dwoma dwustronicowymi streszczeniami w języku polskim i
angielskim, w tym zawiera 142 rycin i 65 tabel. Podzielona jest na 8
zasadniczych rozdziałów. Spis literatury ma 162 pozycji i obejmuje zakres
regionalnej literatury w języku polskim i angielskim oraz literaturę dotyczącą
szerokich zagadnień użycia piaskowców w architekturze.
W pracy
zamieszczone są barwne figury oraz tabele, w tym mikrofotografie i obrazy
BSE. Praca jest napisana dość staranną polszczyzną z niewielką ilością błędów
edytorskich.
2/ Ocena merytoryczna
We wstępie Autorka krótko zarysowała problematykę i cele badań. Istotą
badań są procesy wietrzenia i ich skutki zachodzące w piaskowcowych
elewacjach w wyselekcjonowanych zabytkach miasta Wrocławia. W pracy
porównane zostały piaskowce z centrum Wrocławia i z wybranych
kamieniołomów Dolnego Śląska.
Materiał badawczy został pobrany z 6 zabytków w centrum Wrocławia i 6
kamieniołomów z synklinoriów północnosudeckiego i śródsudeckiego. Razem
doktorantka zebrała 200 próbek z których przebadała 130.
Rozdział 2 omawia terminy wietrzenie skał a deterioracja kamienia, które
są ważne z punktu widzenia elementów kamiennych w zabytkach.
W rozdziałach 3 i 4 omawiane są procesy wietrzenia materiałów skalnych
w warunkach zanieczyszczenia atmosfery i wpływu klimatu. Rozpatrzone są
1
również źródła zanieczyszczeń na terenie miasta Wrocławia oraz podane są
ilościowe wielkości emisji zanieczyszczeń i wpływ tzw. depozycji mokrej na
niszczenie materiału skalnego.
Rozdział 5 zawiera opis metodyki badań zastosowanej w pracy doktorskiej.
Badania terenowe stanowiły podstawę dla porównania i zrozumienia procesów
prowadzących do zniszczeń
zabytków kamiennych we Wrocławiu. W
warunkach naturalnych Pani Mgr Marta Prell pobrała próbki z objawami
wietrzenia oraz zebrała mchów i porosty bytujące na skałach. Badania
laboratoryjne zawierały szereg metod używanych w naukach mineralogicznych i
geochemicznych, takich jak np. mikroskop polaryzacyjny, mikrosonda
elektronowa, dyfrakcja rentgenowska SEM, oraz oznaczanie składu
chemicznego skał na poziomie pierwiastków głównych i śladowych. Osobno
zostały przeprowadzone badania biologiczne i biochemiczne we współpracy z
biologami.
Rozdział 6 stanowi zasadniczą część omawianej rozprawy doktorskiej (str. 33
do 205) i tutaj jest widoczny wkład pracy i osiągnięcie Pani mgr Marty Prell.
W pierwszej fazie badań Doktorantka wytypowała odpowiednie zabytki w
centrum Wrocławia i skonfrontowała je z materiałami archiwalnymi. Następnie
wybrała kamieniołomy z których mógł pochodzić materiał skalny użyty do tych
budowli prawnie chronionych. Wytypowane obiekty zostały poprawnie opisane
a miejsca pobrania próbek dobrze udokumentowane. W tabeli 8 i 9 przejrzyście
pokazano jakie badania przeprowadzono dla poszczególnych próbek.
Badania mikroskopowe wykazały duże podobieństwo piaskowców z
zabytków i kamieniołomów. Są to arenity kwarcowe o spoiwie ilastokrzemionkowym, z reguły średnio do gruboziarniste, z podobnymi parametrami
uziarnienia dla szkieletu ziarnowego. Do analizowania minerałów została użyta
mikrosonda i mikroskop skaningowy, ale skład chemiczny jest określony tylko
jakościowo techniką EDS. Całość jest bardzo ładnie opisana i udokumentowana
zdjęciami BSE i wykresami EDS. Zestawienie wyników jest przedstawione w
tabelach 44 i 45. Podobieństwa i różnice w wietrzeniu między piaskowcami z
zabytków Wrocławia a piaskowcami z kamieniołomów nie są duże, ale
wyraźne. Szczególnie widoczne jest to w naskorupieniach na powierzchni skał,
których nie obserwuje się w kamieniołomach. Również zróżnicowanie w
liczebności mchów i porostów jest istotnie widoczne.
W tego typu pracach istotne są badania rentgenograficzne i
geochemiczne. Doktorantka starała się wykryć jaki jest wpływ wietrzenia
piaskowców na skład naskorupień oraz określić zróżnicowanie minerałów
ilastych w spoiwach. W uzyskanych dyfraktogramach dominował kwarc, który
utrudniał identyfikację minerałów wtórnych, wśród których wykryto gips, baryt
i halit. W spoiwie występuje kaolinit, któremu mogą towarzyszyć w niewielkiej
ilości minerały mieszanopakietowe. Niestety dyfraktogramy przedstawione na
2
rycinach 126 do 129 są bardzo słabo czytelne. Duży wpływ na to miały małe
rozmiary minerałów i ich niewielka ilość w porównaniu do kwarcu. Ale
uważam, że można by zaprezentować wyniki badań dyfraktometrycznych w
sposób bardziej przejrzysty.
W badaniach geochemicznych Pani mgr Marta Prell zastosowała metodę
ICP-MS i oznaczonych zostało 70 pierwiastków głównych i śladowych dla 16
próbek. Wyniki rzetelnie przedstawiono w tabelach i diagramach. Okazało się,
że powierzchnie skał są wzbogacone w Mg, Ca, K i Fe oraz silnie są
wzbogacone w węgiel. W próbkach z zabytków dodatkowo występuje
wzbogacenie w fosfor. W wśród pierwiastków śladowych dominuje trend
wzbogacenia w partiach przypowierzchniowych, szczególnie w metale ciężkie
w próbkach z zabytków miejskich.
Rozdział 7 przedstawia zwięzłe
podsumowanie i dyskusję z
przedstawionych badań. Podobieństwo badanych piaskowców z zabytków i
kamieniołomów jest bardzo duże pod wieloma względami i są to typowe arenity
kwarcowe. Doktorantka słusznie skupiła swoją uwagę na minerałach
budujących spoiwo, ponieważ szkielet ziarnowy jest zbudowany z odpornego na
wietrzenie kwarcu a w wierzchniej warstwie zachodzi większość procesów
związanych z wietrzeniem. Spoiwo ilasto-krzemionkowe występuje w ilości 6
do 20 %. Dominuje tam kaolinit obok którego w niektórych próbkach występuje
mika potasowa, ziarna drobnego kwarcu, drobne fosforany glinu i tlenki żelaza.
Wyjątek stanowią próbki z kamieniołomu w Radkowie, gdzie zamiast kaolinitu
występuje minerał ilasty typu illit/smektyt, któremu towarzyszy siarczek żelaza
określony jako markasyt.
Aby lepiej zobrazować zmiany wietrzeniowe podczas przejścia od skały
źródłowej do postaci piaskowca, Doktorantka zastosowała wskaźnik CIA Chemical Index of Alteriation. Większość próbek ma zbliżone i wysokie
wartości tego wskaźnika, co wskazuje na silne chemiczne zwietrzenie materiału
dającego piaskowce.
Ciekawe rozważania zostały przeprowadzone na temat składu
mineralnego i chemicznego patyny tworzącej się na piaskowcach z obiektów
zabytkowych. Jest to zwykle twarde i ciemne naskorupienie na powierzchni o
grubości od 50 do 300 mikrometrów. Naskorupienia mają kryptokrystaliczną lub
amorficzną strukturę oraz zmienny skład chemiczny. W składzie dominuje
krzem, glin oraz wapń. Pani mgr Marta Prell starła się wykazać skąd pochodzić
mogą poszczególne pierwiastki i doszła do wniosku, że głównym źródłem jest
rozpuszczanie glinokrzemianów przez kwaśne roztwory. Inne pierwiastki
(siarka, bar i fosfor) mogą pochodzić z zanieczyszczeń atmosfery oraz z
działalności organizmów żywych. Ponadto w skład naskorupień wchodzą
rozdrobnione składniki szkieletu ziarnowego i spoiwa oraz cząstki pyłu
opadowego. Na powierzchni występują nowopowstałe minerały takie jak gips,
baryt i halit.
3
Piaskowce z kamieniołomów mają podobną budowę zewnętrznych
nawarstwień składającą się z strefy z częściowo wypłukanym spoiwem i strefy
kumulacji rozdrobnionych elementów szkieletu ziarnowego i spoiwa. Brak jest
warstwy patyny.
Wyraźne różnice w pomiędzy badanymi piaskowcami z obiektów
architektury i z kamieniołomów są skutkami różnego oddziaływania w czasie i z
różną intensywnością procesów wietrzenia fizycznego, chemicznego i
biologicznego. W warunkach aglomeracji miejskiej najważniejsze jest
wietrzenie chemiczne z dużym udziałem wody również przy wietrzeniu
fizycznym dla procesu dezintergracji granularnej. Zanieczyszczenie atmosfery
jest przyczyną powstawania warstewki patyny w mieście, czego nie obserwuje
się w kamieniołomach. Rycina 140 bardzo dobrze unaocznia przebieg procesów
wietrzenia w piaskowcach z zabytków i kamieniołomów. Jest to moim zdaniem
oryginalne osiągnięcie Pani mgr Marty Prell.
W podsumowaniu znalazł się fragment rozprawy gdzie zawarte są wyniki
badań biofizycznego wietrzenia piaskowców, które zostały opublikowane
wspólnie z biologami.
Rozdział 8 zawiera zwięzłe i trafne wnioski.
3/ Uwagi
Doktorantka wykazywała wcześniej, że w spoiwie piaskowców dominuje
kaolinit a rola pęczniejących minerałów ilastych jest podrzędna. Natomiast na
str. 215 pęcznienie minerałów ilastych (obok krystalizacji soli i lodu) ma być
przyczyną rozdrabniania mechanicznego składników pierwotnych piaskowców.
Kaolinit nie należy do minerałów ilastych, który ma właściwości pęczniejące.
Proszę także o wyjaśnienie dotyczące kaolinitu i problemów z jego
wygrzewaniem, bo czy jest to tylko wina pieca, że w części próbek refleks nie
zanikł w temperaturze 550 stopni C?
Literatura jest zestawiona bardzo dobrze i uwzględnia znakomitą
większość cytowanych prac. Niedostatkiem jest
w kilku przypadkach
przekręcanie nazwisk i sposobu cytowania autorów publikacji (np. str. 14 i 15 nazwisko Charona, Chorala, Charola). Także występują nieliczne braki w
cytowaniu (np. Jaroszewski 1985; str. 16 i 17 - Inkpen i Jackson 2000, Steiger i
Snethlange 2014). Brak jest też ważnej publikacji Ehling 1962, zawierającej
dane historyczne o eksploatacji piaskowców na Dolnym Śląsku. Na stronach 4749 jest systematycznie zmieniona nazwa Rakowice na Rakowce.
Na rycinach 138- 141, które podsumowują wyniki badań, przydała by się
skala niezależnie od tego, że są to schematy.
4/ Podsumowanie i konkluzja
4
Pomimo powyższych uwag, moja ogólna ocena rozprawy doktorskiej
mgr. Marty Prell pozostaje bardzo pozytywna. Doktorantka opanowała szeroki
wachlarz warsztatu mineralogiczno-petrologicznego. Włożyła wiele wysiłku w
dokładne rozpoznanie procesów wietrzenia i deterioracji piaskowców w
warunkach naturalnych i w warunkach zanieczyszczeń wielkomiejskich.
Zapoznała się z problemami badawczymi na styku geologii z naukami
biologicznymi i nauką o konserwacji zabytków.
Uważam, że przedłożona rozprawa doktorska jest opracowaniem
spełniającym wymogi ustawy z dnia 14 marca 2003 r. o stopniach i tytule
naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz.U.Nr 65, poz. 595)
oraz Rozporządzenia Ministra Edukacji Narodowej i Sportu z dnia 15 stycznia
2004 (Dz.U.Nr 15 poz. 128 i z późn. zm). Wnoszę zatem do Wysokiej Rady o
dopuszczenie mgr Marty Prell do publicznej obrony.
Andrzej Muszyński
5