В заключение этого параграфа нужно упомянуть еще одну поистине уникальную возможность технологии лазерной очистки. В недавних работах итальянских специалистов была продемонстрирована возможность выполнения этой операции под водой [17]. Совершенно очевидно, что в перспективе это делает возможным проведение работ по реставрации подводных археологических памятников (в т. ч. на больших глубинах!).
2. Лазерная сварка
Лазерная сварка как метод реставрации металлических объектов позволяет получать качественные, прочные сварные соединения без обширного нагрева поверхности и использования химически активных флюсов и дорогостоящих припоев [18]. Это дает ей неоспоримое преимущество перед традиционными методами пайки, которые невозможно использовать при работе со сложными, комбинированными объектами, поскольку из-за неконтролируемого воздействия высокой температуры существует реальная угроза их повреждения и даже гибели. К числу таких объектов относятся, в частности, произведения искусства с декоративными покрытиями (золочением, серебрением), инкрустацией и неразборными вставками из эмалей и драгоценных камней. Одним из самых эффектных примеров реставрации подобных предметов является восстановление дарохранительницы Св. Игнатия XVII в. из г. Палермо (Италия), в ходе которой при помощи лазерной сварки удалось соединить в единое целое более 300 мелких разрозненных фрагментов из золота, серебра и драгоценных камней [19].
Примечательно, что помимо собственно операции сварки (соединения) в реставрации может оказаться востребованной и технология лазерной наплавки, при помощи которой могут быть восполнены утраченные (например, в результате коррозии) фрагменты металлических объектов. Такой подход может быть полезен, например, при восстановлении чугунных оград и решеток, имеющих высокую историческую и художественную ценность. В подобных случаях, используя лазерную наплавку металла для восполнения недостающих фрагментов объекта, можно восстановить его механическую прочность и тем самым продлить жизнь памятника, вместо того чтобы заменять его пусть даже самым искусным «новоделом».
Использование лазеров для исследования произведений искусства
В настоящее время существует множество различных методов анализа и исследования произведений искусства, основанных на использовании лазерной техники. При всем своем многообразии главное, что их объединяет, это то, что все они являются методами неразрушающего контроля (их использование абсолютно безвредно для исследуемых объектов). И если лазерные методы реставрации, о которых шла речь выше (очистка и сварка), это не альтернатива, а, скорее, хорошее дополнение к существующим реставрационным технологиям, то лазерные методы диагностики по своим возможностям во многих случаях просто не имеют себе аналогов. С этой точки зрения в перспективе именно эта область применения лазеров может оказаться наиболее востребованной при решении задач сохранения культурного наследия.
Одна из самых распространенных и перспективных технологий сегодня – это метод трехмерного лазерного сканирования [20]. Данный метод основан на использовании специальных оптических приборов – так называемых 3-D-cканеров, работающих на принципах лазерной дальнометрии (т. е. измерения расстояний с помощью лазеров). Лазерный сканер производит высокоточное (точность – доли миллиметра) измерение координат и взаимного расположения отдельных точек поверхности исследуемого предмета. На основе этих данных с помощью специальных компьютерных программ можно осуществить трехмерную реконструкцию любого объекта, начиная с самых маленьких предметов (монет, орденов, ювелирных украшений) до крупномасштабных (скульптур, зданий, археологических памятников и т. д.). Полученные в результате сканирования 3-мерные компьютерные модели отснятых объектов могут быть использованы для изготовления копий произведений искусства (в натуральную величину или с заданным коэффициентом масштабирования), а также для документирования и архивирования информации о наиболее ценных памятниках и объектах, находящихся в труднодоступных местах (например, о подземных пещерах или петроглифах в районах Крайнего Севера) [21]. Такая информация может оказаться очень полезной в случае возможной утраты или повреждения памятников в результате стихийных бедствий или покушений вандалов. Кроме того, 3-D-сканеры могут быть использованы также и для создания популярных ныне «виртуальных музеев» (объемных графических изображений экспонатов музейных коллекций, размещаемых в сети Интернет). В качестве примера см. ниже фото мраморной скульптуры и изображение ее виртуальной копии, полученное с помощью 3-мерного лазерного сканера.
В последнее время очень широкое распространение получил также метод спектроскопии лазерной искры (в англоязычной научной литературе он известен под аббревиатурой LIBS – от англ. laser induced breakdown spectroscopy), который используется для химического анализа произведений искусства [22]. Данный метод основан на измерениях спектра вторичной эмиссии, возникающей в результате облучения поверхности контролируемого объекта светом импульсного лазера. Анализируя спектр, можно фактически бесконтактно (без традиционного в таких случаях механического изъятия фрагментов поверхности исследуемого объекта на экспертизу) определить химический состав поверхностных загрязнений или материала самого памятника (например, идентифицировать пигменты красок на произведениях живописи, а также характер загрязнений каменных скульптур и металлических артефактов).
Не менее интересны и другие лазерные методы диагностики и исследования произведений искусства. В их числе можно упомянуть, например, допплеровскую виброметрию, а также голографическую и спекл-интерферометрию. С помощью этих методов можно обнаруживать скрытые механические дефекты внутри картин, икон, фресок и мозаик [7, 22–24].
И последнее, о чем следует хотя бы кратко сказать в конце данного параграфа, это абсолютно новые технологии лазерного неразрушающего контроля – терагерцовое итравидение и терагерцовая спектроскопия. Терагерцовое излучение – это область шкалы электромагнитных волн в интервале частот от 300 ГГц до 10 ТГц (что соответствует длинам волн от 30 мкм до 1 мм). Главной особенностью излучения на этих длинах волн является то, что подобно рентгеновским лучам оно может беспрепятственно проникать в самые различные материалы (ткань, пластик, камень, дерево, керамику и др.), но не вызывает эффектов ионизации. Регистрируя рассеянное терагерцовое излучение, можно «заглянуть» внутрь каменных памятников и других объектов культурного наследия. Ученые давно стремились к созданию устройств, работающих в тера-герцовом диапазоне спектра, но только успехи в развитии лазерной техники позволили реализовать такие системы на практике. В настоящее время они уже используются при решении задач сохранения культурного наследия (например, для исследования картин [25]), и нет сомнения, что эта техника будет иметь дальнейшее перспективное развитие.
Лазерный мониторинг памятников и окружающей среды
Анализируя спектр флюоресценции, возникающей при облучении поверхности памятников светом импульсных УФ-лазеров, можно осуществлять их дистанционный (с расстояния в десятки метров) мониторинг с целью обнаружения очагов биологических повреждений, следов выполненных ранее реставрационных работ (в т. ч. идентификации типов защитных покрытий, использованных при проведении консервационных мероприятий), а также для регулярного контроля за состоянием и характером разрушений [26]. Приборы, работающие по такому принципу, называются флуоресцентными лидарами. Они могут быть стационарными или монтироваться в передвижных автофургонах, как, например, лидарный комплекс, разработанный учеными из Института прикладной физики (г. Флоренция, Италия) [27]. С помощью такого лидара итальянцы провели исследования памятников в различных городах страны, в том числе в Риме, где в ходе изучения стен Колизея удалось идентифицировать оригинальные античные каменные блоки и выявить поновления, выполненные в разные эпохи в ходе восстановительных и ремонтных работ.
Еще одно важное применение лазеров – контроль загрязнений атмосферы внутри музейных помещений и на открытых атмосферных трассах (вблизи экстерьерных памятников). Последнее становится особенно актуальным в свете работ, которые ведутся сейчас в странах Евросоюза с целью разработки единых стандартов предельно-допустимых концентраций содержания вредных веществ в атмосфере на улицах городов, нарушение которых представляет угрозу для сохранности объектов исторического и культурного наследия.
Заключение
Приведенный в данной статье краткий обзор способов применения лазера в реставрации показывает, что лазерные технологии значительно расширяют арсенал технических средств, полезных (а порой и необходимых) для работы специалистов-реставраторов. Нет сомнений, что все описанные здесь методы будут развиваться и найдут еще более широкое применение на практике.