失火一週年，科學家們如何透過研究石頭和鐵鏽修復巴黎聖母院

CNRS木材小組的研究人員說，閣樓上燒焦的木材殘留物也有自己的故事。年輪的厚度、密度和化學成分的變化顯示了每年的氣候條，她說，「木材在生長過程中絕對會記錄一切」，聖母院的橡木樑生長於12和13世紀，這是一個被稱為中世紀氣候最適宜的溫暖時期。透過將年輪的記錄與當時的經濟狀況聯繫起來，研究人員希望看到氣候的變化是如何影響中世紀社會的。

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距離巴黎聖母院的火災已經整整一年了。

去年4月15日巴黎當地時間下午6:30，巴黎聖母院發生大火，聖母院頂部塔尖倒塌，左塔上半部被燒燬，玫瑰花窗被摧毀，所幸館內的所有作品基本都已經被轉移保存。

巴黎聖母院的大火在全球引起了廣泛的悼念和追憶。

馬克宏在推特上表示，將尋求國際幫助，誓要重建巴黎聖母院。「我們將重建巴黎聖母院，因為這是法國人所期待的，因為這是我們的歷史，這是我們的命運」。

在過去一年時間中，法國文化部和法國政府聯手推動了整個項目的進程，前後共收到了10億歐元捐款，八位科學家參與到第一階段的修復工作中，如今，巴黎聖母院正要進入第二階段的修復工作，將逐步向那些對歷史和建築感興趣的科學家開放。

今天恰逢事件發生一週年，這一年時間裡，相比於重建計畫，人們更關心從大教堂頂消失的那200多噸鉛可能造成的汙染，如何利用巴黎聖母院的殘垣進行歷史和科學研究，以及成千上萬巴黎人受到的情感創傷。

畢竟，「重要的不是屋頂和穹頂，而是它們所保護的聖所」，歷史遺蹟研究實驗室（LRMH）主任Aline Magnien說，「巴黎聖母院的心臟已經被拯救了」。

石頭的顏色變化如何助力修復工作

在LRMH，Magnien和22位同事針對大教堂的石頭、砂漿、玻璃、油漆和金屬的狀況進行評估，他們的目的是防止大教堂受到進一步的破壞，並指導工程師們在全國範圍內努力修復大教堂。

地質學家Véronique Vergès -Belmin是LRMH的石頭部門的負責人，在實驗室高頂儲藏庫裡，她展示了幾十塊從大教堂拱頂天花板上掉下來的石頭，透過研究這些石頭，就可以大致猜測得出仍在原地的石頭狀況。

過高的溫度會削弱石灰石，進而瞭解掉落的石頭能承受的溫度，這可以幫助工程師決定這些石頭能否投入再利用。Vergès-Belmin發現，石頭的顏色可以提供線索，在300°C至400°C時，將石灰石編織在一起的鐵晶體開始分解，石頭表面變成紅色；600℃時，晶體變成了黑色的氧化鐵，顏色再次發生變化；到800℃，石灰石失去了所有鐵氧化物，變成了粉狀石灰。「這是一個漸進的過程，任何有顏色的石頭或部件都不應該被重複使用。」

LRMH合作者、法國國家研究機構CNRS的金屬專家Philippe Dillmann認為，大教堂鐵質結構中的鐵鏽也可以提供一些線索，隨著溫度升高，鐵鏽的微觀結構會發生變化。通過調查大教堂的螺母和螺栓，以及牆壁內和周圍鐵條的「鏈式」系統，就能為附近石頭建立熱圖（heat map）。

與此同時，雨水肆無忌憚地落在無頂的大教堂內，工程師們無法安裝臨時蓋板，因為2018年為長期修繕而搭起的腳手架骨架已經融化。今年1月，工人們開始了為期6個月的拆除部分融化格子的工作，由於大教堂牆壁支撐著腳手架，拆除的過程也必須十分小心。

LRMH石材部門的地質學家Lise Leroux表示，在石頭自行乾燥之前，重量的變化很可能繼續對拱頂結構產生「不可忽略」的影響，額外的重量不僅對不穩定的平衡力起到了作用，而且當冬天的水結冰時，個別石頭會膨脹或收縮。

火災發生幾週後，工程師們在金庫上方安裝了鋼樑，這樣技術人員在拆除腳手架和穩定結構時，就可以用繩索進行高空墜落。上個月，Leroux在獲得繩索救援證書後，第一次檢查了大教堂頂部。她發現，頂部的石膏塗層大部分仍然完好無損，在一定程度上也避免了火災和雨水的侵蝕。

200噸鉛都去了哪兒？

當科學家們在忙著研究機械力量的時候，另一個小組則集中精力尋找大教堂頂部的鉛的下落，悲痛之餘，大火還激起了巴黎人的另一種擔憂：鉛蒸氣是否會飄到附近的居民區。

事實上，領導LRMH金屬部門的冶金學家Aurélia Azéma和其他科學家得出的結論是，火災的最高溫度遠低於鉛的蒸發溫度1700℃。大部分的鉛在300℃的溫度下融化了，流到水溝裡，滴落到鐘乳石中。

然而，在一些地方，溫度確實超過了600℃，此時，鉛會氧化成微小的結節，即氣溶膠。Azéma表示，「這就像髮膠一樣」，火災期間從大教堂裡飄出的黃色雲彩顯示，至少有一部分鉛確實被高溫燒到了空氣中。

法國替代能源和原子能委員會的地球化學家Sophie Ayrault從火災發生前剛清理過的兩個表面中收集了鉛粉塵的樣本，分析了鉛中的同位素特徵，這種將特徵能將聖母院的鉛與其他鉛源區別開來。

她希望將大教堂的指紋與全市各地的粉塵樣本進行比較。在樣本顯示出令人擔憂的高鉛含量後，附近的一些學校已經進行了淨化處理。但目前還不清楚這些鉛是否來自聖母院大火，還是其他來源，如鉛塗料、汽車電池和含鉛汽油。

Ayrault還懷疑，陽光和酸雨的腐蝕可能已經釋放了聖母院頂部幾個世紀以來的累積的鉛含量，由於屋頂是為了將徑流迅速帶入塞納河，聖母院可能是一個持續的水汙染源。她將在諾曼底下游的沉積物中尋找鉛含量，再次嘗試評，並與其他來源相比，以判斷有多少是來自於聖母院。

大部分鉛都留在了聖母院。2019年6月，當Azéma和同事們把大教堂裡的第一批樣本帶回實驗室，用塑料袋緊緊地密封起來時，黃色的鉛粉塵似乎隨處可見，她從層層氣泡膜中解開小風琴管，用帶著手套的手指指頭指著它們的洞口。

文化部已責成LRMH找到一種方法，在不傷害大教堂的情況下，對大教堂的鉛進行淨化。LRMH玻璃部門的負責人Claudine Loisel一直在對大教堂113個彩色玻璃窗的進行去汙技術測試，這些玻璃窗大都被煙灰、灰塵和殘留物弄得發黑、黏稠，已經沒有了黃粉的樣子。

在雙目顯微鏡的幫助下，Loisel很快就在三塊面板上檢測到了氧化鉛結節，「現在的目標不是修復，而是去汙」。

國家衛生機構使用商業濕巾來檢測鉛含量，但濕巾中含有少量的酸，可能會破壞窗戶結構。因此，Loisel說服該機構接受了一個折衷方案，使用Monoprix雜貨店連鎖店的「不含化學物質」的嬰兒濕巾。

這在小規模的測試中很有效，但科學家們不想用嬰兒濕巾去清潔整個大教堂。對於大多數光滑的表面，比如玻璃、金屬、上蠟的木材，甚至是油漆，他們發現，用商店的真空吸塵器和棉布蘸上蒸餾水，就能安全地去除鉛。

多孔的石頭需要採取不同的方法，Vergès-Belmin說，一種可能的方法是用乳膠「愚蠢的膩子」塗抹，這種膩子可以和鉛粉塵一起被拉掉一種類似的方法是使用一種粘土基壓縮劑，使其乾燥和收縮，產生充滿鉛的「碎片」，可以收集和處理。第三種想法是使用雷射清洗。

巴黎人正遭受著情感創傷

文化部和國家科學研究中心成立了一個由多個機構約100名研究人員組成的專門科學小組，到上個月，大約10名研究人員獲得了進入大教堂工作的機會，這在科學家和歷史學家中引起了一個小高潮。

「我們正在整理這些成千上萬的碎片，有些來自現代世界，有些來自另一個更古老的世界，彷彿我們正與中世紀進行交流。」Dillmann說。

波爾多蒙田大學藝術史學家Yves Gallet領導的研究小組旨在研究那些仍在使用的石頭，比如將直徑四層樓高的玫瑰花窗拱起的石雕。透過詳細的圖片分析，研究人員希望瞭解13世紀的石匠們是如何設計和組裝這些建築，進而更好地瞭解整個哥特式創作。

他們對大教堂內砂漿的分析可以證實歷史學家提出的建築建造和維修順序。「砂漿可以告訴我們很多關於哪些石頭是同時放置的，以及在這些地方預料到了什麼樣的力量。」他說。

CNRS木材小組的研究人員Alexa Dufraisse說，閣樓上燒焦的木材殘留物也有自己的故事。年輪的厚度、密度和化學成分的變化顯示了每年的氣候條，她說，「木材在生長過程中絕對會記錄一切」，聖母院的橡木樑生長於12和13世紀，這是一個被稱為中世紀氣候最適宜的溫暖時期。透過將年輪的記錄與當時的經濟狀況聯繫起來，研究人員希望看到氣候的變化是如何影響中世紀社會的。

木樑的形狀吸引了木材團隊的注意。Dufraisse說，這些樹顯然是在密集、競爭激烈的環境中生長的，這支持了造林假說，即這些樹木是專門為大教堂保留或種植的，這表明人們在聖母院開始建設前幾代人的時間就已經在規劃建設聖母院了。