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TEMOS - The Role of TEmperature, MOisture and Salts for Weathering Patterns

Impact of moisture on rock weathering and on the decay of cultural heritage

  • Laufzeit: 2017 - 2021
  • Förderung: Intern

MitarbeiterInnen

Gesteinsfeuchte spielt bei der Verwitterung eine Schlüsselrolle und wird als eine der Hauptursachen beim Verfall von Kulturdenkmälern gesehen. Der Feuchtegehalt in porösem Gestein ist zeitlich und räumlich äußerst variabel. Diese Feuchteamplituden rufen hohe Verwitterungsraten hervor. Vor allem sind die Auswirkungen der kleinskaligen Schwankungen des Feuchteregimes noch unzureichend erforscht, obwohl sie als vordergründige Ursache vieler Verwitterungsprozesse gelten. Es besteht Forschungsbedarf hinsichtlich hochauflösender Messkampagnen (räumlich und zeitlich) und diese Forschungslücken sollen mit dieser Arbeit gefüllt werden. 

Das Dissertationsprojekt kombiniert Feld- und Laboruntersuchungen zur Beschreibung der Verwitterungsprozesse und Umwelt-Gestein-Wechselwirkungen an der kulturhistorisch bedeutsamen Höhlenstadt Uplistsikhe in Georgien. Um das Verständnis von Verwitterungsprozessen zu erhöhen, wird ein interdisziplinärer Forschungsmethodenansatz mit Monitoringsensoren und widerholten Feldkampagnen zur Untersuchung von verwitterungsrelevanten Umweltfaktoren (Feuchte, Temperatur, Salze und Gesteinsparameter) angewandt.

 

Projektdauer: 2013 - 2017

Moisture, salt and weathering dynamics on historic urban walls in Oxford (UK) and Graz (Austria)

Mitarbeiter :

  • Dr. Oliver Sass (principal investigator)
  • Mag. Isabel Egartner (PhD student)

Die Erforschung des Verhaltens von Salzen und der Verteilung und Schwankungen von Feuchte im Gestein ist wesentlich für das Verständnis von Verwitterungsprozessen an Natursteinmauerwerk. Hohe Konzentrationen von Feuchte führen zu einem signifikanten Anstieg der Verwitterungsraten und zur Reduktion des mechanischen Widerstandes. Die vorliegende Studie konzentriert sich auf den Einfluss und das Zusammenwirken von Feuchte und Salzen bei der Verwitterung von Karbonatgesteinen an kulturhistorisch bedeutenden Steinmonumenten in Graz (A), Oxford (UK) und Lykien (Türkei).

Dabei werden eine Reihe von Methoden zur Erfassung der Feuchte und Salze angewandt:

  • Kartierung von Verwitterungserscheinungen;
  • ERT (Elektrische Widerstandstomographie); 
  • Handheld Moisture Meters (tragbare Feuchtemessgeräte);
  • „Paper pulp poultices“ (PPP) zur Bestimmung des Salzgehaltes an Gesteinsoberflächen;
  • Laboruntersuchungen (IC, Rasterelektronenmikroskopie)

Publikationen:

  • Egartner, I. & Sass, O. (accepted / minor rev.): Using paper pulp poultices in the field and labora-tory to analyse salt distribution in building limestones. Heritage Science, revised Nov 2016.
  • Egartner, I., Schnepfleitner, H. & Sass, O. (2014): Influence of salt and moisture on weathering of historic stonework in a continental-humid, urban region. In: Lollino, G., et al. (Eds.):  Engineering Geology for Society and Territory Vol. 8: Preservation of Cultural Heritage (Springer). Proceed-ings of the IAEG XII Congress, September 15-19, 2014, Torino, Italy.
  • Egartner, I. & Sass, O. (2015): Impact of salt and moisture on stone decay of cultural heritage. In: Hafbauer, C.K. (Ed.): International Academic Conference on Climate Change and Sustainable Her-itage, Graz. Verlag der Technischen Universität Graz, ISBN 978-3-85125-389-4

Pilotprojekt Paulustor:

Als Pilotprojekt wurde im kontinental-humiden Klima der urbanen Region von Graz das denkmalgeschützte Paulustor untersucht. Die Erkenntnisziele waren: (1) Salz- und Feuchteverteilung an der Steinoberfläche und im Inneren des Gesteins und ihre Beziehung zu Verwitterungserscheinungen; (2) Infiltrationswege und Transport von Feuchte ins Mauerwerk; (3) Charakterisierung von Salzen an der Gesteinsoberfläche und nahe der Oberfläche, sowie deren Herkunft.

Die 2D-Geoelektrik erwies sich als wertvolles Instrument zur Veranschaulichung von Feuchteverteilungen im untersuchten Mauerwerk. Weiter kam das tragbare Feuchtemessgeräte „Voltcraft MF-50 Moisture Meter“ an jeder Seite der untersuchten Säule zur Messung von Feuchtegehalten in verschiedenen Höhen der Wandoberfläche, entlang der vertikalen ERT-Profile zum Einsatz. „Paper pulp poultices“ ist eine zerstörungsfreie Anwendung zur Beprobung von Salzen an Gesteinsoberflächen. Die dadurch gewonnen salzhaltige Lösung wurde mittels eines Ionen Chromatographen (Dionex ICS-3000 Reagent-Free) am Institut für Angewandte Geowissenschaften an der Technischen Universität Graz analysiert.

Bisherige Untersuchungen mit den genannten Methoden zeigen, dass sowohl Feuchte-, als auch Salzgehalt im untersuchten Bereich erhöht sind. Dies lässt annehmen, dass die Anreicherung an Feuchte und Salzen (besonders Halit) im Mauerwerk wahrscheinlich Grund für auftretende Salzverwitterung sind. Feuchte und Salze stammen größtenteils von Spritzwasser und vom kapillaren Wasseranstieg von der Säulenbasis. Die regengeschützte Position der untersuchten Säule verhindert, dass die Salze an der Wandoberfläche ausgewaschen werden.

Kontakt

Institutssekretariat
Heinrichstr. 36 8010 Graz
Telefon:+43 (0)316 380 - 5137

Parteienverkehr:
Montag bis Freitag 10 – 12 Uhr

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