Original paper

Patination of marble, sandstone and granite by microbial communities

Sterflinger, Katja; Krumbein, Wolfgang E.; Rullkötter, Jürgen

Kurzfassung

Alterungsprozesse historischer Gebäude sind häufig mit erheblichen ästhetischen. durch Farbveränderungen hervorgerufene Beeinträchtigungen der Oberflächen verbunden. In Abhängigkeit von der Exposition und den klimatischen Bedingungen erfolgt eine Schwarz-, Grün- oder Orangefärbung des Monuments, die häufig mit einer Krustenbildung einhergeht. In der vorliegenden Studie werden unterschiedliche Beispiele für eine durch gesteinbesiedelnde Mikroorganismen hervorgerufene Patinierung präsentiert. Stabile organische Pigmente werden in den Kristallverband des Gesteins und in eine biogen oder chemisch erzeugte Kruste eingelagert. Durch die Kombination mikrobiologischer und geochemischer Analytik konnte die direkte Korrelation zwischen der Patinierung und der Pigmentierung der jeweils vorhandenen Mikroorganismen gezeigt werden. Die Pigmentanalyse mittels UV-Vis-Spektroskopie und Massenspektroskopie zeigte übereinstimmende Spektren der Patina und der gesteinsbesiedelnden Pilze und Bakterien. Auf der Basis von Literaturdaten wurden die Pigmente als Carotinoide identifiziert, die für die jeweiligen Organismen typisch waren. Eine künstliche Patinierung von Carraramarmor konnte im Labor erzielt werden. Die Ergebnisse vermitteln ein besseres Verständnis von natürlich auftretenden Patinierungsprozessen und können für die Konservierung und Restaurierung von historischen Monumenten wegweisende Anregungen geben

Abstract

Ageing processes of historical monuments and works of art are often combined with drastical aesthetical spoiling due to a colour change of the materials. Depending on exposition and climatic factors marble, limestone and granite get a black, green or brightly orange appearance often combined with crusts developed on the material surface. In this study several examples of biogenic patination produced by rock inhabiting microorganisms are presented to facilitate diagnoses of biogenic alteration by non-biologists. In a combined approach of microbiological and geochemical methods it was possible to demonstrate the direct correlation between orange pigmentation (patination) of granite and sandstone and the rock inhabiting fungi and bacteria. Pigments were analysed via UV-Vis spectroscopy and mass spectroscopy and spectra of both the rock and the fungi/bacteria turned out to be congruent. Based on literature data pigments were identified as different carotenoids typical for the organisms under investigation. In addition, using the fungi and bacteria isolated from field samples patinas were artificially produced on freshly cut marble cubes in the laboratory. The results of this study lead to a better understanding of natural patination processes and can also open new ways for conservation and restoration treatments of historical monuments.

Keywords

marblesandstonegranitehistorical monumentspatinationincrustationmicroorganisms. fungibacteriapigmentcarotinoids.