Die Wandmalereien im Kreuzgang des Schleswiger Doms

Autor: Amelie Stahlbuhk
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Abstract

Im Rahmen eines von der DBU geförderten Projekts (32169-45) wurden die Wandmalereien im Kreuzgang des Schleswiger Doms in Zusammmenarbeit des Landeskirchenamts Schleswig-Holstein, des Landesdenkmalamts Schleswig-Holstein, der Werkstatt für Kunst und Denkmalpflege sowie dem Fachbereich Chemie der Universität Hamburg untersucht. Durch interdisziplinäre Arbeiten konnten Untersuchungen bezüglich klimatischer Bedingungen, Salzbelastung und Wasserabgabeverhalten durchgeführt werden, sowie ein geeignetes Reinigungskonzept für die Wandmalereien erarbeitet werden. Auszüge der Ergebnisse sollen in diesem Artikel kurz vorgestellt werden.

Der Schwahl - Kreuzgang des Schleswiger Doms

Der als "Schwahl" bezeichnete Kreuzgang des Schleswiger Doms wurde um 1310/20 an der Nordseite des Doms erbaut. Die drei Flügel des Kreuzgangs werden von 22 Jochen gesäumt, die mit monochromen Rötelmalereien aus dem ersten Drittel des 14. Jahrhunderts dekoriert sind. Während diese monochromen Malereien Szenen aus dem Leben Jesu zeigen, sind die zum Innenhof gerichteten Wände und das Gewölbe mit polychromen Malereien von Aposteln, Fabelwesen und Blumenranken verziert. Heute sind noch 14 der ursprünglichen Malereien in den Jochen erhalten. Die Restaurierungsgeschichte der Malereien reicht weit zurück und umfasst unter anderem Ausbesserungen, Korrekturen und Übertünchungen. Eine umfassende schriftliche Dokumentation liegt jedoch erst ab 1887 vor. [Loeffler-Dreyer:2014]Titel: Von Truthähnen und Füchsen – zur Restaurierungsgeschichte der Wand- und Gewölbemalereien im Schwahl des Schleswiger Doms
Autor / Verfasser: Loeffler-Dreyer, B.

Abbildung 1: Wandmalerei im Joch 5 im Kreuzgang des Schleswiger Doms

Vorherige Untersuchungen und Ausgangssituation

Die Wandmalereien werden schon seit 2010 durch die Werkstatt für Kunst und Denkmalpflege untersucht [Leonhardt:2012]Titel: Interne Berichte zu Salzanalysen im Schwahl 2010 bis 2012
Autor / Verfasser: Leonhardt, C.
. Somit war vor Beginn des DBU Projekts bekannt, dass der Putz und das dahinterliegende Mauerwerk Salzanreicherungen mit hohen Gehalten an Chloriden und Nitraten aufweisen. Da das Klima im Schwahl, welches ebenfalls durch die beteiligten Restauratoren gemessen und dokumentiert wurde, durch die halboffene Fensterkonstruktion zum Innenhof hin meist durch kühle und feuchte Luft gekennzeichnet ist, liegen die hygroskopischen Salze jedoch meist in gelöster Form vor. Dieses Klima hat sicherlich den für die hohen Salzgehalte guten Erhaltungszustand der Wandmalereien mit zu verantworten. Neben dieser Salzbelastung konnten erhöhte Gipsgehalte in oberflächennahen Bereichen der Malereien festgestellt werden. Diese konnten durch die Arbeiten der Restauratoren jedoch nachweislich gesenkt werden. Die Oberfläche einiger Malereien wies zudem deutliche gelbliche Verfärbungen auf. Unmittelbar nach den erfolgreichen Maßnahmen zur Gipsreduzierung mit Ammoniumcarbonat-Kompressen und später der Florentiner Methode zeigten sich die Vergilbungen in einer stark reduzierten Form. Kurze Zeit später wurde sie aber wieder im gleichen Ausmaß beobachtet wie vor den Eingriffen, so dass die Ursache, die Auswirkungen und eine mögliche Entfernung der Vergilbung untersucht werden sollten. Beobachtete Schadensphänomene am Objekt waren neben der Gipsanreicherung und der Vergilbung auch Substanzverluste und die Bildung von Putzbeulen.

Versalzungssituation

Aus vorangegangenen Untersuchungen war bereits bekannt, dass das Mauerwerk eine hohe Belastung mit hygroskopischen Chloriden und Nitraten aufweist, auch in der Tiefe des Mauerwerks. Eine Gipsbelastung konnte in oberflächennahen Bereichen festgestellt werden und erfolgreich durch entsprechende konservatorische Eingriffe reduziert werden [Leonhardt:2012]Titel: Interne Berichte zu Salzanalysen im Schwahl 2010 bis 2012
Autor / Verfasser: Leonhardt, C.
. Durch weitere Salzanalysen im Rahmen des Projekts bestätigte sich dies erneut, jedoch wurde auch festgestellt, dass die Salzverteilung im Kreuzgang nicht vollständig homogen ist. So wurde für das Joch 5 eine abweichende Verteilung ermittelt. Der Gesamtsalzgehalt war hier geringer, Nitrat und Chlorid waren in sehr viel geringeren Anteilen vertreten als in den anderen Jochen.

Mithilfe des Programms ECOS–Runsalt [Price:2000]Titel: An expert chemical model for determining the environmental conditions needed to prevent salt damage in porous materials : protection and conservation of the European cultural heritage
Autor / Verfasser: Price, C.
[Bionda:2006]Titel: Modelling indoor climate and salt behaviour in historical buildings: A case study, Diss. Nr. 16567
Autor / Verfasser: Bionda, Davide
wurde ermittelt, bei welchen relativen Luftfeuchtigkeiten es zur Kristallisation aus den in den Mauern vorliegenden Salzgemischen kommen würde. In den meisten Fällen der mit überwiegend hygroskopischen Salzen belasteten Bereiche wird die Kristallisation erst ab relativen Luftfeuchtigkeiten unterhalb von 60 % vorhergesagt. Bei Erreichen der kritischen Kristallisationsfeuchte setzt zunächst die Kristallisation von Natriumchlorid, Natriumnitrat und Kaliumnitrat ein. Erst bei Feuchten unterhalb von 40 %RH kommt es dann zur Kristallisation der weiteren, hygroskopischeren Phasen. Im Sonderfall von Joch 5 sind die ermittelten Kristallisationsfeuchten höher, da vermehrt schwerer lösliche Sulfate anstelle von Chloriden und Nitraten aus dem Gemisch auskristallisieren können. Für die weitere Betrachtung soll der Fokus jedoch auf die mehrheitlich durch hygroskopische Salzmischungen charakterisierten Wandbereiche gelegt werden.

Abbildung 2: Eine mittels ECOS-Runsalt berechnete Kristallisationsabfolge einer Proben aus Joch 12 aus dem Jahr 2016. Die Kristallisationsabfolge soll exemplarisch zeigen, dass es bei den überwiegend hygroskopischen Salzmischungen in den Mauern des Kreuzgangsgangs erst ab relativen Luftfeuchtigkeiten um 60 % zur Kristallisation kommt und dass diese sich über einen breiten Bereich der relativen Feuchte erstreckt.

Klimamessungen im Schwahl zeigten, dass die Temperatur auch im Sommer nur selten oberhalb von 20 °C liegt, im Winter zwischen 0 und 10 °C. Bezüglich der relativen Luftfeuchtigkeit sind die Unterschiede zwischen Winter und Sommer relativ groß, so dass während der Wintermonate meistens Feuchten oberhalb von 80 %RH vorliegen, im Sommer fällt die Feuchte auch nur selten auf Werte unterhalb von 60 %RH. Für die Salze in den Mauern bedeutet dies, dass es im Winter wenn nur sehr selten und kurzfristig zu Unterschreitungen der kritischen Kristallisationsfeuchte kommt. Während der Sommermonate kommt es hingegen öfter zu Schwankungen um die kritische Feuchte, so dass die Kristallisation der Salze dann wahrscheinlicher ist. Da es sich dabei aber oft nur um sehr kurzzeitige Schwankungen handelt, stellt sich die Frage, wie schnell die Salze im Porenraum auf das Klima reagieren. Insgesamt bietet das derzeit im Schwahl herrschende Klima günstige Bedingungen für die im Großteil der Mauern vorliegenden Salze. Da sie überwiegend in gelöster Form vorliegen und die Kristallisationsfeuchte nur selten erreicht wird, stellt der im Zuge der Kristallisation auftretende Kristallisationsdruck keine permanente beziehungsweise akute Gefahr für die Wandmalereien dar. Es sollte berücksichtigt werden, dass das Klima zwar für die Versalzungssituation günstig ist, sich für andere Aspekte wie die Mikrobiologie jedoch andere geeignetere Klimabedingungen ergeben.

Der hygroskopische Charakter der Salzmischungen verdeutlichte sich auch in Tropfenkristallisationsversuchen mit einer Lösung, deren Salzzusammensetzung einer typischen Probe aus dem Schwahl entsprach. Auch nach der Lagerung unter trockenen Bedingungen (<5 %) kam es nicht zur vollständigen Kristallisation des Tropfens. Lediglich kleine kubische Kristalle, bei denen es sich um Natriumchlorid zu handeln scheint, wurden in einem verbleibenden, viskosen Lösungsrest beobachtet. Auch wenn ein im Porenraum abweichendes Kristallisationsverhalten berücksichtigt werden muss, bedeutet dies zunächst, dass es auch bei sehr geringen relativen Luftfeuchtigkeiten nicht zur vollständigen Kristallisation der Salzmischungen kommt.

Abbildung 3: Mirkoskopische Aufnahme, die während einer Tropfenkristallisation mit einer Salzlösung aufgenommen wurde. Die Zusammensetzung der Lösung entsprach der einer typischen Proben aus dem Schwahl mit großen Anteilen hygroskopischer Salze.

Untersuchung der Vergilbungen

Die unregelmäßig auf den Oberflächen verteilten gelblichen Verkrustungen auf einigen der Wandmalereien beeinträchtigen zum einen ihr Erscheinungsbild, zudem wurde im Rahmen des Projekts aber auch gezeigt, dass sie das intrinsische Wasserdampfsorptionsverhalten des Putzes und des dahinterliegenden Mauerwerks beeinflussen. Die Untersuchung der Wasserabgabe des Mauerwerks während der Trocknung erfolgte mit einer Kammermethode [Hill:1967]Titel: A Special Purpose Plant Environmental Chamber for Air Pollution Studies
Autor / Verfasser: Hill, C.
, die zerstörungsfrei auf unterschiedlich stark von den Vergilbungen betroffenen Stellen angewendet werden konnte. Eine derartige Kammer wurde ursprünglich für die Untersuchung von Luftschadstoffen auf Oberflächen eingesetzt [Wiese.etal:2013]Titel: The influence of relative humidity on the SO2 deposition velocity to building stones: a chamber study at very low SO2 concentration
Autor / Verfasser: Wiese, U; Behlen, A.; Steiger, M.
[Behlen.etal:1996]Titel: Dry deposition of NO, NO2, HNO3 and PAN on historic building stones
Autor / Verfasser: Behlen, Andreas; Wittenburg, Christian; Steiger, Michael; Dannecker, Walter
, sie eignet sich in abgewandelter Form jedoch auch für die Verfolgung von hygroskopischer Feuchteaufnahme und Verdunstung [Neumann.etal:2014]Titel: Methodenentwicklung zur zerstörungsfreien Prüfung des Wassertransportes für die Planung und zum Bautenschutz in historischem Ziegelmauerwerk bei dem Einsatz von Innenraumdämmung. Abschlussbericht. Deutsche Bundesstiftung Umwelt
Autor / Verfasser: Neumann, H.-H.; Niermann, M.; Steiger, M.
. Bei der eingesetzten Kammer handelt es sich um eine zylindrische, im Inneren ventilierte Kammer, in die ein Luftstrom eingeleitet wird, dessen Feuchte und Volumenstrom beliebig eingestellt werden können. Im Falle der im Schwahl durchgeführten Messungen wurde der von einer Membranpumpe generierte Luftstrom vor Kammereintritt durch ein mit Silicagel gefülltes Trockenrohr geleitet, um die Wasserabgabe des Mauerwerks zu untersuchen. Vor Kammerein- und nach Kammeraustritt werden die Temperatur und die relative Luftfeuchtigkeit des Luftstroms gemessen und aufgezeichnet. Mit Kenntnis des Volumenstroms, der während der Messung exponierten Wandfläche und der aufgezeichneten Daten können der Feuchtefluss sowie die transportierte Wassermenge pro Zeit berechnet werden.

Die Messungen an unterschiedlichen Positionen in dem am stärksten von den Vergilbungen betroffenen Joch 5 bestätigten den Verdacht, dass die Verkrustungen durch das Verschließen der oberflächlichen Poren die Wasserabgabe des Putzes und des darunterliegenden Mauerwerks stark einschränken. Somit nahm dieser Effekt mit dem Ausmaß der Vergilbungen in den untersuchten Bereichen zu. In Bereichen ohne erkennbare Vergilbung war die abgegebene Wassermenge am größten, im Falle vollständig verkrusteter Bereiche stieg die Wasserabgabe hingegen schon nach sehr kurzer Zeit nicht mehr an. [Stahlbuhk.etal:2017]Titel: Determination of the water uptake and drying behavior of masonry using a non-destructive method
Autor / Verfasser: Stahlbuhk, Amelie; Niermann, Michael; Steiger, Michael

Abbildung 4: Ergebnisse von Kammermessungen in unterschiedlichen Bereichen in Joch 5. Aufgetragen ist die abgegebene Wassermenge pro Fläche gegen die Zeit.

Die Mehrfachbestimmungen zeigten eine gute Reproduzierbarkeit der Ergebnisse, so dass die Kammermethode auch bei der Verfolgung verschiedener Reinigungsversuche eingesetzt wurde. Bei diesen Versuchen wurde die Kammer vor und nach der Reinigung in acht angelegten Testflächen eingesetzt und die Auswirkung der Reinigung auf die Wasserabgabe untersucht. Bei zwei Reinigungsmethoden zeigte sich nach der Reinigung eine verbesserte Wasserabgabe, die mit einer Öffnung zuvor verschlossener Poren einhergehen muss. Folglich konnte die Verfolgung mit der Kammermethode dazu beitragen, ein geeignetes Reinigungskonzept für die Wandmalereien zu erarbeiten. Jene Methode, die die stärkste Zunahme hinsichtlich der Wasserabgabe erzielte, wurde auf das Joch 5 angewendet und zeigte dabei zufriedenstellende Ergebnisse. [Heller.etal:2019]Titel: Erarbeitung eines Konzeptes zur Reduzierung gealterter Fixiermittel auf Putz- und Malereioberflächen
Autor / Verfasser: Heller, J.; Stahlbuhk, A.

Im Vorwege zu den vorgeschlagenen und getesteten Reinigungsmethoden wurde die Vergilbung selbst genauer untersucht. In Untersuchungen mittels Rasterelektronenmikroskopie mit energiedispersiver Röntgenspektroskopie konnten erste Hinweise darauf gefunden werden, dass ein organisches Material auf der Putzoberfläche vorliegt. Eine Extraktion mit Xylol und anschließende Untersuchung des erhaltenen gelblichen Öls mittels Infrarot-Spektroskopie bestätigte dies. In einem Spektrenvergleich zeigten sich viele Übereinstimmungen mit Spektren von Harzen, besonders aber mit dem Spektrum von Shellac. Die Identifizierung des Überzugs trug ebenfalls zur Wahl einer geeigneten Reinigungsmethode bei. [Stahlbuhk.etal:2019]Titel: Identifizierung und Bewertung der Schädigungswirkung der gelben Oberflächenverfärbung
Autor / Verfasser: Stahlbuhk, A.; Heller, J.

Literatur

[Behlen.etal:1996]	Behlen, Andreas; Wittenburg, Christian; Steiger, Michael; Dannecker, Walter (1996): Dry deposition of NO, NO2, HNO3 and PAN on historic building stones. In: Josef Riederer (Hrsg.): International Congress on Deterioration and Conservation of Stone - Proceedings, , 377-386.
[Bionda:2006]	Bionda, Davide (2006): Modelling indoor climate and salt behaviour in historical buildings: A case study, Diss. Nr. 16567. Dissertation, ETH Zürich, Webadresse
[Heller.etal:2019]	Heller, J.; Stahlbuhk, A. (2019): Erarbeitung eines Konzeptes zur Reduzierung gealterter Fixiermittel auf Putz- und Malereioberflächen. In: Mitteilungen zur Denkmalpflege (Landesamt für Denkmalpflege Schleswig-Holstein), 8 (), 78-84
[Hill:1967]	Hill, C. (1967): A Special Purpose Plant Environmental Chamber for Air Pollution Studies. In: Journal of the Air Pollution Control Association, 17 (), 743-748
[Leonhardt:2012]	Leonhardt, C. (2012): Interne Berichte zu Salzanalysen im Schwahl 2010 bis 2012. Interne Berichte aus den Jahren 2010 bis 2012 begleitend zu Probenahmen und deren Salzanalysen im Schwahl..
[Loeffler-Dreyer:2014]	Loeffler-Dreyer, B. (2014): Von Truthähnen und Füchsen – zur Restaurierungsgeschichte der Wand- und Gewölbemalereien im Schwahl des Schleswiger Doms. In: DenkMal! Zeitschrift für Denkmalpflege in Schleswig-Holstein , 21 (), 98-105
[Neumann.etal:2014]	Neumann, H.-H.; Niermann, M.; Steiger, M. (2014): Methodenentwicklung zur zerstörungsfreien Prüfung des Wassertransportes für die Planung und zum Bautenschutz in historischem Ziegelmauerwerk bei dem Einsatz von Innenraumdämmung. Abschlussbericht. Deutsche Bundesstiftung Umwelt.
[Price:2000]	European Commission. Directorate-General XII, Science, Research, Development (Hrsg.) Price, C. (2000): An expert chemical model for determining the environmental conditions needed to prevent salt damage in porous materials : protection and conservation of the European cultural heritage, Archetype Publications Ltd
[Stahlbuhk.etal:2017]	Stahlbuhk, Amelie; Niermann, Michael; Steiger, Michael (2017): Determination of the water uptake and drying behavior of masonry using a non-destructive method. In: Laue, Steffen (Hrsg.): Proceedings of SWBSS 2017. Fourth International Conference on Salt Weathering of Buildings and Stone Sculptures, University of Applied Sciences Potsdam, Germany, 20-22 September 2017,Verlag der Fachhochschule Potsdam 57-64, 10.5165/hawk-hhg/321.
[Stahlbuhk.etal:2019]	Stahlbuhk, A.; Heller, J. (2019): Identifizierung und Bewertung der Schädigungswirkung der gelben Oberflächenverfärbung. In: Mitteilungen zur Denkmalpflege (Landesamt für Denkmalpflege Schleswig-Holstein), 8 (), 71-77
[Wiese.etal:2013]	Wiese, U; Behlen, A.; Steiger, M. (2013): The influence of relative humidity on the SO2 deposition velocity to building stones: a chamber study at very low SO2 concentration. In: Environ Earth Sci, 69 (), 1125

Deutsche Bundesstiftung Umwelt, Osnabrück, siehe hier

relative humidity /relative Luftfeuchte