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资料来源:科学

刘俊环编著

巴黎圣母院大火已经过去整整一年了。

去年4月15日，巴黎当地时间下午6:30(北京时间0: 30)，巴黎圣母院发生火灾。圣母院的顶部倒塌，左塔的上半部分被烧毁，玫瑰色的窗户被摧毁。幸运的是，博物馆里的所有作品基本上都被转移和保存了。

巴黎圣母院的大火在全世界引起了广泛的哀悼和纪念。

马克龙在推特上表示，他将寻求国际帮助，并发誓要重建巴黎圣母院。“我们将重建巴黎圣母院，因为这是法国人所期待的，因为这是我们的历史，这是我们的命运”。

在过去的一年里，法国文化部和法国政府共同推动了该项目的整个过程，共收到10亿欧元的捐款。八名科学家参与了修复工作的第一阶段。现在巴黎圣母院即将进入修复工作的第二阶段，并将逐渐向那些对历史和建筑感兴趣的科学家开放。

今天恰逢事件一周年。在这一年里，人们更关心的是从大教堂顶部消失的200吨铅可能造成的污染，如何利用巴黎圣母院的废墟进行历史和科学研究，以及成千上万巴黎人遭受的精神创伤，而不是重建计划。

毕竟，“重要的不是屋顶和穹顶，而是它们所保护的避难所，”历史遗迹研究实验室(LRMH)主任艾莉·马尼恩说，“巴黎圣母院的心脏已经被拯救了。”

石头的颜色变化如何帮助修复工作

在LRMH，马尼恩和22名同事评估了大教堂的石头、灰泥、玻璃、油漆和金属的状况。他们的目的是防止大教堂进一步受损，并指导工程师在全国范围内修复大教堂。

地质学家韦罗尼克·维加斯-贝尔明是伦敦金属矿产管理局石材部门的负责人。在实验室的高顶储藏室里，她展示了几十块从大教堂圆顶天花板上落下的石头。通过研究这些石头，我们可以粗略地猜测这些石头的位置。

过高的温度会削弱石灰石的强度，从而理解落下的石头所能承受的温度，这可以帮助工程师决定这些石头是否可以重复使用。维加斯-贝尔明发现石头的颜色可以提供线索。在300℃到400℃之间，与石灰石交织在一起的铁晶体开始分解，石头表面变成红色。在600℃时，晶体变成黑色氧化铁，颜色又变了。在800℃时，石灰石失去了所有的铁氧化物，变成了石灰粉。“这是一个渐进的过程。任何彩色石头或部件都不应重复使用。”

法国国立研究机构CNRS的金属专家菲利普·迪尔曼(Philippe Dillmann)是LRMH的合伙人，他认为大教堂铁结构中的铁锈也能提供一些线索，铁锈的微观结构会随着温度的升高而改变。通过调查大教堂的螺母和螺栓以及墙内和墙周围的“铁链”系统，可以为附近的石头建立一个热图。

与此同时，雨水肆无忌惮地落入无顶大教堂，工程师们无法安装临时遮盖物，因为2018年为长期维修而建造的脚手架框架已经融化。今年1月，工人们开始了为期6个月的拆除部分熔化的格子的工作。由于大教堂的墙壁支撑着脚手架，拆除过程也必须非常小心。

LRMH石材部的地质学家莉莎·勒鲁说，在石材自身变干之前，重量的变化可能会继续对拱顶结构产生“不可忽略”的影响。额外的重量不仅在不稳定的平衡力中起作用，而且当水在冬天结冰时，单个的石头会膨胀或收缩。

火灾发生几周后，工程师们在拱顶上方安装了钢梁，这样技术人员在拆除脚手架和稳定结构时就可以用绳索使高度空下降。上个月，勒鲁在获得绳索救援证书后第一次视察了大教堂的顶部。她发现顶部的大部分石膏涂层仍然完好无损，在一定程度上，它还避免了火和雨的侵蚀。

200吨铅去了哪里？

当科学家们忙于研究机械强度时，另一个小组正集中精力在大教堂顶部寻找铅的下落。除了悲痛之外，这场大火还引发了巴黎人的另一个担忧:铅蒸气是否会飘到附近的居民区。

事实上，金属冶金学家奥雷利亚·阿泽玛，领导了LRMH金属部门，和其他科学家得出结论，火的最高温度比铅的蒸发温度1700℃低得多。大部分铅在300℃熔化，流入沟渠，落入钟乳石。

然而，在一些地方，温度超过600℃，这时铅会氧化成微小的结核，即气溶胶。阿兹玛说，“就像发胶一样”，大火期间从大教堂飘出的黄色云层表明，至少有一部分铅确实被高温烧到了+0的大气中。

法国替代能源和原子能委员会的地球化学家索菲·艾劳从火灾前清理的两个表面收集了铅尘样本，并分析了铅的同位素特征，这可以将圣母院的铅与其他铅源区分开来。

她希望将大教堂的指纹与来自整个城市的灰尘样本进行比较。在样本显示出令人担忧的高水平铅后，附近的一些学校已经被净化。但是还不清楚铅是来自圣母院大火还是其他来源，比如含铅涂料、汽车电池和含铅汽油。

艾劳还怀疑阳光和酸雨的侵蚀可能释放了圣母院顶部累积了几个世纪的铅含量。圣母院可能是水污染的一个持续来源，因为屋顶的设计是为了让径流快速流入塞纳河。她将在诺曼底下游的沉积物中寻找铅含量，再次尝试评估它，并与其他来源进行比较，以确定有多少来自巴黎圣母院。

大部分线索都留在了圣母院。2019年6月，当阿兹玛和她的同事将第一批来自大教堂的样本带回实验室，并用塑料袋密封时，黄色的铅尘似乎无处不在。她从层层气泡薄膜上解开小风琴管，用戴着手套的手指指着它们的开口。

文化部已经指示LRMH找到一种方法来净化大教堂中的铅而不伤害它。LRMH玻璃部门的负责人Claudine Loisel一直在测试大教堂113个彩色玻璃窗的去污技术。这些窗户大部分都被煤烟、灰尘和残留物熏黑并粘在一起，看起来不再像黄色粉末。

在双目显微镜的帮助下，Loisel在三个面板上快速检测到氧化铅结核。"现在的目标不是修复，而是净化."

国家卫生当局使用商业湿巾来检测铅含量，但是湿巾含有少量的酸，可能会损坏窗户结构。结果，卢瓦泽尔说服该机构接受妥协，使用单面店连锁店的“无化学物质”婴儿湿巾。

这在小规模测试中是有效的，但是科学家不想用婴儿湿巾来清洁整个教堂。对于大多数光滑的表面，如玻璃、金属、蜡木，甚至油漆，他们发现铅可以通过用车间真空吸尘器和棉布浸泡在蒸馏水中安全地去除。

维加斯-贝尔明说，多孔的石头需要不同的方法，一种可能的方法是涂抹乳胶“愚蠢的油灰”，这种油灰可以和铅尘一起被拉走。一种类似的方法是使用粘土基压缩剂来干燥和收缩它以产生填充铅的“碎片”，这些碎片可以被收集和处理。第三个想法是使用激光清洗。

巴黎人正遭受情感创伤

文化部和国家科学研究中心成立了一个特别科学小组，由来自不同机构的大约100名研究人员组成。到上个月，大约有10名研究人员获得了在大教堂工作的机会，这在科学家和历史学家中引起了小小的高潮。

“我们正在整理成千上万的碎片，有些来自现代世界，有些来自另一个更古老的世界，就像我们在与中世纪交流一样。”迪尔曼说。

由波尔多蒙田大学艺术史学家伊夫·加勒特(Yves Gallet)领导的研究小组旨在研究仍在使用的石头，比如直径为四层的玫瑰色窗户的石雕。通过详细的图片分析，研究人员希望了解13世纪石匠是如何设计和组装这些建筑的，然后更好地理解整个哥特式创作。

他们对大教堂灰浆的分析可以证实历史学家提出的建造和维护的顺序。“迫击炮能告诉我们很多关于同时放置哪些石头的信息，以及在这些地方会有什么样的力量。”他说。

CNRS木业集团的研究员阿列克谢·杜弗兰西斯说，阁楼上烧焦的木头残渣也有它自己的故事。年轮的厚度、密度和化学成分的变化显示了一年一度的气候带。她说，“伍德肯定会记录成长过程中的一切。”圣母院的橡木横梁生长在12世纪和13世纪，这是一个温暖的时期，被认为是中世纪最适宜的气候。通过将增长环记录与当前的经济形势联系起来，研究人员希望看到气候变化如何影响中世纪社会。

木梁的形状引起了木材小组的注意。杜弗兰西斯说，这些树显然生长在一个稠密且竞争激烈的环境中，这支持了植树造林的假设，即这些树是专门为大教堂保留或种植的，这表明在圣母院开始建造之前，人们已经计划了好几代。

除了火灾造成的物质损失，成千上万的巴黎人和其他人也遭受了精神创伤。

巴黎当代人类学跨学科研究所的CNRS民族学家西尔维·萨涅斯采访了游客、当地人、导游、记者、捐赠者和教堂成员，分析了这场大火的情感影响。她说人们对历史遗迹、公园和遗址表现出强烈的依恋。当人们动员起来保护遗产时，这基本上是一种民主表达。

就圣母院而言，强烈的情绪加剧了围绕着圣母院修复的争议，比如是否要完全重建它。“圣母院不是一个普通的纪念碑，”她说。"火灾后，人们仍然沉浸在感情中。"

马尼恩说:“当然，从情感上来说，这是一个艰难的时期，但人们聚集在一起不仅是为了拯救巴黎圣母院，也是为了吸取教训，这也是一次非同寻常的团结体验。”。

“圣母院将被修复。它的艺术品、石头和彩色玻璃将被清洗干净，它将比以前更加耀眼和美丽。”

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