Miért mállanak a műemlékek?

„Mérnökgeológia: Quo vadis?” címmel tartott akadémiai székfoglaló előadást Török Ákos, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) Geotechnika és Mérnökgeológia Tanszék tanszékvezető egyetemi tanára. Az akadémikus üzenete: a partfalomlásoktól a műemléki épületek felújításáig nagyon sok területen alkalmazzák a mérnöki geológia eredményeit.


A mérnökgeológia a földtudományok rohamosan fejlődő tudományága, amely szorosan összefügg az emberiség építő és környezetformáló munkájával. Geológiai hátterét a kőzetkörnyezet, a beépítésre alkalmas kőzetek, valamint a környezeti tényezők vizsgálatával teremti meg. Mindebből az következik, hogy olyan interdiszciplináris terület, amely a mérnöki gyakorlatot természettudományos szemlélettel gazdagítja, hozzájárulva a fenntartható fejlődéshez.

„Hazánkban és szerte a világban iszonyú mennyiségű követ használnak fel. Ezek zúzott kövek, amelyek időállósága nagyon fontos kritérium, hiszen vasúti pálya ágyazatába, autópályák alapjába kerülnek” – indokolta a tudományág jelentőségét előadásában Török Ákos.

Időnként az évtizedek óta használt vasúti pályákra, autóutakra is zúdul zúzott kő és föld. Éppen az ilyen esetek miatt a mérnökgeológia különösen látványos alkalmazási területe a talajmozgások megakadályozása, amire hazánkban is bőséggel akad példa. A magyar vasúttörténelem egyik „leglátványosabb” balesete 1914. május 11-én, a Balatonkenese és Balatonfűzfő közötti szakaszon történt. A csapadékos időjárás következtében a löszfal meglazulása hatalmas földcsuszamláshoz vezetett, ami az 1112. számú gyorsvonat mozdonyát annak vagonjaival együtt a Balatonba sodorta. Katasztrófa is bekövetkezhetett volna a szerelvényre boruló mintegy százezer köbméter föld miatt. Balogh Tibor mozdonyvezető lélekjelenlétének köszönhető, hogy – csodával határos módon – egyetlen halálos áldozat nélkül végződött az eset. Arra lett ugyanis figyelmes, hogy mozog az erdő. Azonnal megállította a vonatot, és minden utast leszállított. Gyors reakciójának tudható be, hogy az utasok biztonságos távolságból nézhették a partszakasz beomlását. A szakaszt újjáépítették, de a balatoni partfalomlások azóta is gyakoriak. Legutóbb 2013-ban, a fonyódi magaspart mozdult meg a sok eső hatására.

Infrastruktúra-fejlesztés következtében átvágott, az eredetileg a Balatonba futó löszdombból alakult ki a fonyódi magaspart. (Fotó: sefag.hu)Infrastruktúra-fejlesztés következtében vágták át az eredetileg a Balatonba futó löszdombot. A kialakuló fonyódi magaspart azóta állandó problémát jelent. 2013-ban a téli olvadást követő tavaszi csapadékos időjárás hatására a felázott talaj megcsúszott, és a 7-es útra omlott. (Fotó: sefag.hu)

2022 júniusában a Dunakanyarban történt omlás. A hirtelen lezúduló, nagy mennyiségű csapadék miatt sárlavina ömlött a Hegyes-tető oldalából a hegylábnál húzódó 12-es főútra, illetve a vele párhuzamos vasúti pályára. A természeti katasztrófa nagyjából ugyanott következett be, ahol már két évvel korábban is volt ilyen jellegű omlás. Tavaly tízezer köbméternyi anyag indult meg.

A műegyetemi professzor munkatársaival kevésbé veszélyes viszonyok között is kamatoztatja tudását. Kutatásaik egyik központi eleme az épületek kőanyagának állapota, károsodása. A beépített kőzetek tönkremeneteli módja igen változatos és sokrétű folyamat eredménye, amelyet korán felismertek, hiszen már az időszámításunk előtti első században élt római költő, Horatius is megírta, hogy a füst tönkreteszi a római templomokat.

Az ország földtani adottságaiból következik, hogy viszonylag kevés, építészeti felhasználásra alkalmas kőanyag található a területén. Mindezek ellenére néhány kőzet fontos szerepet tölt be a hazai műemlékeknél. Török Ákos 2008-ban publikált tanulmá­nyában megállapította, hogy a legkorábbi, hazai kőből emelt em­lékek a Római Birodalomhoz köthetők. Pannónia területén elsősorban a durva mészkő, a forrásvízi mészkő, a vörös tardosi mészkő, a budai márga és az andezittufa volt a jelentősebb, hazánkban kitermelt kőzet.

A következő időszakban, a 11. századig szinte nem is maradt fenn kőből álló épített emlék. A román, kora gótikus emlékek között az általában helyben talált kőanyagból, például durva mészkőből épült templomok (Ják, Sopronhorpács, Zsámbék) a legjelleg­­zetesebbek, de ezek mellett a vulkáni tufák és a homokkő felhasználása is jellemző. A tatárjárást követő időben várfalak, vá­rosfalak és erődítmények építése kezdődött. Ezek változatos kőanyaga szintén a helyi földtani viszonyokat tükrözi. A késő gótikát és a reneszánsz periódust a kőipar fellendülése, az itáliai mesterek jelenléte jellemzi. Ennek eredményeként díszes faragott épületek (paloták) vagy díszítő funkciót betöltő kőszerkezetek születtek (Visegrád, Esztergom). A török hódoltság korából csak néhány mohamedán kőépületemlék (minaret, fürdő stb.) maradt.

A durva mészkő a 19. század végének és a 20. század elejének kedvelt építő- és díszítőköve. A miocén korban keletkezett mészkövet a város területén Kőbánya, Budafok térségében felszín alatti kőfejtőkben, illetve a városközponttól mintegy 30 kilométerre található Sóskút bányáiban fejtették. A Budapest környéki előfordulások mellett Várpalota térségében, Öskü környékén, Fertőrákos területén és Ausztriában a Lajta-hegységben találhatók még fontosabb, az építészetben is felhasznált durvamészkő-előfordulá­sok. Az Erdélyi-medencében Kolozsváron és környékén (Bácstorok, Vista, Jegenye) is bányásztak hasonló tulajdonságú kőzeteket.

A sárgásfehér, fehér, erősen porózus kőzetnek több változata is ismert. A fiatalabb, szarmata korú, Budapest környéki kőzetváltozatok esetében a fő kőzetalkotók az ooidok, de ezek mellett főleg csigahéjakból álló bioklasztos vagy kisebb mészkődarabokat tartalmazó intraklasztos típusok is megjelennek. A porózus mészkövek nemcsak Budapest kedvelt építő- és díszítőkövei, hanem egyik legszebb román kori műemlékünk, a zsámbéki templom is ilyen kőzetből készült. Kőzettanilag hasonló, ám nem teljesen azonos kőzeteket használtak hazánkban még Sopronban, a jáki templomnál vagy Bécs középületeinek építéséhez.

A porózus durva mészkő könnyen megmunkálható, jól faragható kőzet, azonban a környezeti hatásokra, különösen a légszennyeződésre és a fagyra igen érzékenyen reagál, ami változatos felületi károsodások formájában jelentkezik. Ez a műemlékek esztétikai értékének csökkenésén kívül a kőzetfelületek és épületek állagromlásához vezet.

Budapesten, hasonlóan a fejlett országok nagyvárosaihoz, a szálló por és a nitrogén-oxidok kivételével a legtöbb légszennyező anyag koncentrációja fokozatosan csökkent az elmúlt években. Ennek ellenére a magyar főváros légszennyeződése a nyugat-európai fővárosokhoz képest számottevőbb. A kén-dioxid-koncentráció még mindig kétszerese a Párizsban vagy Londonban mért értékeknek. A nitrogén-oxidok koncentrációja nagyjából megegyezik Londonban, Párizsban és Budapesten, de az ülepedő por mennyisége közel nyolcszorosa Budapesten a londoni, és tízszerese a párizsi értékeknek. Ez azt jelenti, hogy fővárosunk még mindig erősen szennyezett a kén-dioxidot és az ülepedő port illetően. Mindkét légszennyező komponens nagymértékben hozzájárul a mészkő épületeken jelentkező mállási jelenségek kialakulásához.

A BME kutatói a terepi megfigyelések után laboratóriumban is mérték a légköri szennyező anyagok és mészkövek közötti kölcsönhatást – a kilencvenes években sikerült mesterséges körülmények között modellezni ezt a folyamatot. Ahhoz, hogy a mészkövek mállását a szennyezett légköri viszonyok között jobban megismerjék, olyan épületekre és légszennyezettség-vizsgálatra van szükség, ahol és amelynek során a mészkövek mállása gyors és látványos. A közelmúlt és a jelen Budapestje megfelel mindkét kritériumnak, hiszen a nagy, mészkőből épült műemlékeink sajnálatos módon erősen szennyezett levegőjű környezetben találhatók. A budapestihez hasonló jelenségeket lehet tapasztalni Bécs műemlékein vagy akár a jáki templomon is.

A budapesti levegő igen magas kén-dioxid- és a porkoncentrációjának hatása meglátszott az épületeken. A beépített kövek állapota folyamatosan romlott. A mállás miatt helyenként több tíz centimétert „hátrált” a falazat – erre példa a Citadella. A mállási folyamat érdekessége, hogy nem folyamatos a romlás. A zsámbéki templomrom lézeres szkenneléses elemzésével derítették ki, hogy a stagnáló szakaszokat nagyobb ugrások követik, amikor viszonylag gyors a kőzetek aprózódása. A siracusai székesegyház vizsgálata hasonló eredménnyel zárult. A környezetszennyezés mellett a fagyhatások is szerepet játszanak a kőzetek aprózódásában. Mérésekkel igazolták, hogy a légkör hőmérséklete gyakrabban süllyed fagypont alá, mint a kőzetek hőmérséklete. Az is kiderült, hogy ha a kőzet mégis fagypont alá hűl, az csak kellően magas páratartalom esetén reped meg. Hazai tufák fagyasztásából lett egyértelmű, hogy az egri és a demjéni tufakőzetek három fagyasztás után megrepedtek, a siroki ellenben jól tűrte a hőmérséklet-változást. Ez azért fontos, mert az egri tufa számos műemlék beépített kőanyaga.

A durva mészkőből épült műemlékek kőzetanyaga erősen pusztul. Az eső- és szélkitettség függvényében eltérő morfológiájú és ásványtani összetételű mállási kérgek alakulnak ki. Megkülönböztethetünk világos és sötét, sík és gömbös morfológiájú mállási kérgeket. A fekete, vékony mállási kéreg esőtől és széltől részben védett felületen alakulhat ki. Az eső által mosott falszakaszokon a fekete kéreg kialakulására nincs mód. A fekete gömbös kéreg, amely szőlőfürtjellegű, néhány milliméteres fekete gömböcskékből áll, esőtől védett falszakaszokon, párkányok, díszítőelemek alatt gyakori.

A világos mállási kérgek általában eső mosta, kitett falszakaszokon alakulnak ki. A néhány milliméter vékony, sík, világos kéreg a finomszemű ooidos mészkövön található. Általában egyenletesen követi a kőelem felületét. A vékony fehér kéreg hajlamos a felpikkelyeződésre, felhólyagosodásra. A vastag fehér kéreg több milliméteres, de akár centiméteres vastagságot is elérő kemény cementált kéregtípus. Nemritkán csak akkor észlelhető a kéreg jelenléte kőzetblokkokon, amikor már megindul a kéreg leválása. A legtöbbször ez körkörös mállási formát mutat. A különböző színű kérgek mellett a sókivirágzás is gyakori elváltozási forma. Ez történhet a kőzet felületén látható módon, de a sók megjelenhetnek a kőzeten belül, például a mállási kérgek alatt is.

A mészkövekben a mállás hatására bekövetkező legfontosabb fizikai tulajdonság­változáso­kat a kéreg­képződés indukálja. A kéreg gyakran viszonylag nagyobb felületi szilárdságú, kevésbé víz­­áteresztő zónát alkot, amely időszakosan megvédi a kőzetet a további pusztulástól. A mállási kéreg leválásával a porózus mészköveknél gyors kőzet­pusztulás indul szemcse­­kipergéssel, vagy esetleg másodlagos kéreg­képződéssel a kőzetfelület stabilizálódik. Az édesvízi mészkövek esetében a kéreg­leválás nem jár jelentősebb kőzetpusztulással.

A jelentős mennyiségű por, korom beépülhet a kőzet külső felületének szerkezetébe, ami a hófehér mészfelületeket akár koromfeketévé is változtathatja néhány tíz év alatt.A durva mészkőből épült műemlékek kőzetanyaga erősen pusztul. A magas szállópor-koncentrációval jellemezhető területeken jelentős mennyiségű por, korom épülhet be a kőzet külső felületének szerkezetébe, ami a hófehér mészfelületeket akár koromfeketévé is változtathatja néhány tíz év alatt. Ez számos budapesti épület esetében egyértelműen megtapasztalható. A képen a Várkert Bazár a felújítás előtt. (Forrás: Wikipedia)

A kémiai elemzések alapján Török Ádám és kollégái kimutatták, hogy a kén mellett a cink és az ólom is erősen feldúsul a mállási kérgekben, ami antropogén légszennyező források hatására utal. Az elemzett esővíz és mállási kérgek kénizotópos összetételének összehasonlítása azt jelezheti, hogy a gipszes kéreghez a kén a légköri forrásokból származik. Az Országos Tudományos Kutatási Alapprogramok (OTKA) támogatásával született korábbi tanulmány szerint a porban és a kérgekben is magas ólomkoncentráció jelentkezett, és az még a vidéki területekről származó mintákban is kimutatható volt. A vizsgált pormintákban gipszkristály aggregátumok jelentek meg, ezek mellett a szilíciumdús koromszemcsék mennyisége nagyobb arányú volt, mint a széndús szemcséké.

A mállási kérgek ásványos összetétele különbözik az alapkőzettől. A sóskúti bányából származó ooidos mészkőben gipsz nem mutatható ki. Ennek ellenére a mállási kéregben a kalcit mellett járulékos ásványként kvarc, földpát és agyagásványok is megjelenhetnek. A vastag, fehér kérgekben a kalcit a fő ásvány, de a gipsz másodlagos ásványként is megjelenik, és aránya elérheti akár a húsz százalékot. A szerves szén a fehér kérgekben is kimutatható, ám aránya csak tizedszázaléknyi. A vékony, fehér kérgek közül azoknak, amelyek felhólyagosodtak és leválásnak indultak, magas a gipsztartalmuk. A szerves szén szintén megjelenik ezekben a kérgekben. A fekete kérgek közül a gömbös fekete kéregben a gipsz dominál, míg a sík fekete kéreg a kalcit dominanciájával jellemezhető. A pásztázó elektronmikroszkópos vizsgálatok megmutatták, hogy a fekete kérgekben nagy mennyiségű pernye és koromszemcse van, ezek magas hőmérsékletű égéstermékek, így a kipufogógázokhoz köthetők. A mállási kérgekben a gipsz önálló kristályok formájában is megtalálható.

A magas szállópor-koncentrációval jellemezhető területeken jelentős mennyiségű por, korom épülhet be a kőzet külső felületének szerkezetébe, ami a hófehér mészfelületeket akár koromfeketévé is változtathatja néhány tíz év alatt. Ez számos budapesti épület esetében egyértelműen tapasztalható. A mészkő elfeketedése volt megfigyelhető például az Országház esetében is. Eredetileg a külső falburkolathoz a kitettebbnek ítélt falfelületeken (lábazat) használtak csupán forrásvízi mészkövet, a többi helyen a jóval olcsóbb, de gyengébb minőségű durva mészkövet építették be, melyet a sóskúti és a biatorbágyi bányákból szállítottak az építkezéshez. A sóskúti mészkő minőségének romlása a nagy porozitása miatt – akár a 37 százalékot is elérheti – már 25 év elteltével is látszott, így az épület felmenő falainak 1894-es befejezése óta számos alkalommal kellett az épület fehér színű, durvamészkő-burkolatát tisztogatni, hogy esztétikai szempontból ne romoljon az épület minősége. Ezzel magyarázható, hogy 1925-től 2014-ig szinte folyamatosan fel volt állványozva valamelyik szárny, volt, ahol csak tisztogatás, de helyenként kőcsere is történt. Az 1970-es évektől a kicserélt burkolóelemek pótlására már csak jó minőségű, kis porozitású, így feketedésre kevésbé hajlamos forrásvízi mészkövet használtak fel. A renoválás, kisebb-nagyobb megszakításokkal, egészen 2014-ig tartott, azóta nincs felállványozva az Országház.•


 
Archívum
 2011  2012  2013  2014  2015  2016  2017  2018  2019  2020  2021  2022  2023  2024
Címkék

Innotéka