ย้อนอดีตกาล ถอดรหัสโบราณสถานสู่แนวทางอนุรักษ์ที่ยั่งยืน ตอนที่ 1

16/07/2025
19 Views

เรื่องโดย รวิศ ทัศคร

ทุกคนคงเคยออกไปท่องเที่ยวยังสถานที่ที่มีโบราณสถานอยู่บ้าง บางขณะที่ได้ใช้เวลาเงียบ ๆ อยู่กับตัวเองในสถานที่ที่ไม่คุ้นเคย หากผู้ดูแลอนุญาตให้สัมผัสกับเนื้อหิน พื้นผิว หรือชิ้นส่วนของโบราณสถานได้ เราอาจรับรู้ถึงความเก่าแก่และจินตนาการถึงเหตุการณ์มากมายนับไม่ถ้วนที่เคยเกิดขึ้น ณ ที่แห่งนั้น

ในช่วงเวลาที่กำลังดื่มด่ำกับจินตนาการย้อนอดีต หลายคนคงเกิดความสงสัยขึ้นมาในใจว่า ความรู้ด้านวิทยาศาสตร์ปัจจุบันจะนำมาใช้อนุรักษ์โบราณสถานต่าง ๆ นี้ได้ไหมและอย่างไร อันที่จริงแล้วการอนุรักษ์โบราณสถานในยุคปัจจุบันได้พึ่งพาความรู้ทางเคมีอย่างมาก ตั้งแต่การวิเคราะห์องค์ประกอบของวัตถุโบราณเพื่อศึกษาวัสดุที่ใช้ก่อสร้าง ซึ่งช่วยให้นักโบราณคดีแกะรอยแหล่งที่มาของวัสดุก่อสร้างเหล่านั้นจนได้ภาพรวมของช่วงยุคสมัยที่มีการก่อสร้าง ตลอดจนการพัฒนาสารเคมีเพื่อบูรณะและป้องกันการเสื่อมสภาพของโบราณสถานอีกด้วย

เทคนิคที่ใช้ในการวิเคราะห์โบราณสถาน

การวิเคราะห์โบราณสถานนั้นมีหลายเทคนิควิธีที่นำมาใช้กัน อย่างเช่น การวิเคราะห์ธาตุด้วยเทคนิคเอกซเรย์ฟลูออเรสเซนส์ (x-ray fluorescence spectrometry: XRF) ที่ใช้พลังงานไปกระตุ้นอิเล็กตรอนวงโคจรชั้นในของอะตอมของธาตุในตัวอย่าง ทำให้เกิดการปล่อยรังสีเอกซ์เฉพาะตัวของธาตุออกมา เทคนิคนี้มีความสำคัญในการระบุอัตลักษณ์ ตรวจพิสูจน์ และอนุรักษ์โบราณวัตถุ ต่อมาในปี พ.ศ. 2551 มีการพัฒนาเครื่อง XRF แบบพกพาที่มีน้ำหนักเพียง 2 กิโลกรัม จึงนำไปใช้วิเคราะห์โบราณสถานได้ในสถานที่จริงโดยไม่ต้องนำตัวอย่างกลับไปยังห้องปฏิบัติการ

นอกจาก XRF แล้วยังมีเทคนิคฟูเรียร์ทรานส์ฟอร์มอินฟราเรดสเปกโทรสโกปี (fourier transform infrared spectroscopy: FT-IR) ซึ่งมีประสิทธิภาพสำหรับการประเมินองค์ประกอบทางแร่วิทยาของเครื่องเคลือบโบราณ เทคนิคนี้ตรวจได้ทั้งแร่ธาตุที่เป็นผลึกและดินเผาที่มีลักษณะกึ่งอสัณฐานในโครงสร้างเซรามิก การประเมินองค์ประกอบทางแร่วิทยาของเซรามิก นำไปใช้จำแนกประเภท การติดตามแหล่งที่มา และการประมาณอุณหภูมิการเผา

ในกรณีของพวกเครื่องปั้นดินเผา เครื่องเคลือบ หรือเซรามิกโบราณ นักอนุรักษ์จะใช้เทคนิค FT-IR ร่วมกับการวิเคราะห์เชิงปริมาณโดยใช้เทคนิคอนุพันธ์ที่สอง (second derivative) และการปรับเส้นโค้ง (curve fitting) ช่วยเพิ่มมิติเชิงปริมาณในการวิเคราะห์ทางแร่วิทยา เทคนิคนี้ช่วยวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีของเซรามิกและคุณลักษณะเฉพาะต่าง ๆ เช่น วัสดุยึดเกาะ สารเคลือบ อนุภาคเสริมแรง สีและเม็ดสี ทั้งยังตรวจจับทั้งแร่ธาตุที่เป็นผลึกและส่วนผสมที่ไม่เป็นผลึกได้ ทำให้ FT-IR เป็นเครื่องมือที่มีค่าอย่างยิ่งในการศึกษาโบราณวัตถุ

ที่น่ายินดีและน่าภูมิใจคือ นักวิจัยไทยจากสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน) กระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (อว.) ได้ใช้แสงซินโครตรอนวิเคราะห์อิฐโบราณจาก “เมืองโบราณศรีเทพ” เพื่อหาสูตรการสร้างอิฐแบบดั้งเดิม เนื่องจากการบูรณะด้วยอิฐสูตรสมัยใหม่และปูนซิเมนต์ยาแนวจะไปขัดขวางการระบายความร้อนและความชื้น ส่งผลให้วัตถุและอิฐของโบราณผุกร่อน ดังนั้นหากหาสูตรที่ใช้ทำอิฐโบราณได้เหมือนของเดิมที่สุด ย่อมส่งผลดีต่อการบูรณะโบราณสถานศรีเทพอย่างมาก

ซากปรักหักพังของเมืองโบราณศรีเทพ ณ อุทยานประวัติศาสตร์ศรีเทพ จังหวัดเพชรบูรณ์ ซึ่งเป็นแหล่งมรดกโลกของยูเนสโก

เทคนิคการเสริมความแข็งแรงของโครงสร้าง

สารเสริมแรง (reinforcement material) หมายถึง สารที่ผสมกับโครงสร้าง/โครงร่างสามมิติ (matrix) ของเนื้อวัสดุเดิมแล้วช่วยเพิ่มความแข็งแรงและคุณสมบัติทางกล สำหรับสารเสริมแรงที่ใช้ในการอนุรักษ์อาคารโบราณที่เป็นโครงสร้างก่ออิฐถือปูนนั้น พบว่า การผสมดินขาวเผาเข้าไปแทนที่ปูนขาวหมักบางส่วน โดยใช้ซีเมนต์ขาว 1 ส่วน ดินขาว 0.5 ส่วน ปูนขาวหมัก 5 ส่วน และทราย 9 ส่วน จะได้วัสดุบูรณะที่มีลักษณะทางกายภาพใกล้เคียงกับวัสดุเดิม เนื้อวัสดุก่อเนียนละเอียดมากขึ้น

สำหรับปูนมอร์ตา (mortar) ที่บางคนเรียกว่า ปูนทรายหรือปูนก่อ หากใช้ดินขาวเผาผสมลงไปประมาณร้อยละ 20 จะช่วยปรับปรุงคุณสมบัติของปูนมอร์ตาร์ที่ใช้บูรณะโบราณสถานให้มีค่ากำลังอัดสูงกว่าการใช้ปูนก่ออิฐโบราณและปูนมอร์ตาร์แบบเดิมในทุกอายุการทดสอบ เนื่องจากปฏิกิริยาปอซโซลานิก (pozzolanic reaction) ของซิลิกาและอะลูมินากับแคลเซียมไฮดรอกไซด์

ยังมีอีกเทคโนโลยีหนึ่งที่น่าสนใจ ได้แก่ การใช้นาโนไลม์ (nanolime) หรืออนุภาคแคลเซียมไฮดรอกไซด์ Ca(OH)₂ ขนาดเล็กกว่าหนึ่งไมโครเมตรที่แขวนลอยอยู่ในแอลกอฮอล์สายสั้น เช่น เอทานอล ไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์ เอ็น-โพรพิลแอลกอฮอล์ จัดเป็นหนึ่งในสารเสริมแรงที่ดีที่สุดสำหรับการอนุรักษ์วัสดุที่มีแคลเซียมเป็นองค์ประกอบหลัก ช่วยยึดติดอนุภาคและเพิ่มความแข็งแรงให้วัสดุอย่างหินปูน ปูนซีเมนต์ ปูนปั้น การรักษาสภาพปูนเก่าโดยใช้นาโนไลม์มีความคล้ายคลึงกับเทคนิคน้ำปูนขาวแบบดั้งเดิม ซึ่งเข้ากันได้ดีกับโครงร่างเนื้อปูนที่มีแคลเซียมและมีความทนทานสูง แต่ต้องใช้ในปริมาณมากและไม่ได้ให้ประสิทธิภาพสูงเสมอไป

นาโนไลม์ได้รับการพัฒนาขึ้นในช่วงปลายทศวรรษ 1990 เพื่อเสริมแรงวัสดุจำพวกคาร์บอเนตที่มีการเสื่อมสภาพ กลไกการทำงานของมันได้จากการเปลี่ยนแปลงแผ่นผลึกพอร์ตแลนไดต์ (portlandite) ที่มีความเป็นผลึกสูง (ขนาด 100-200 นาโนเมตรและหนาเพียงไม่กี่นาโนเมตร) ให้กลายเป็นแคลเซียมคาร์บอเนต เมื่อทำปฏิกิริยากับ CO₂ หลังจากตัวทำละลายระเหยออกไป ซึ่งตั้งแต่ปี พ.ศ. 2544 เป็นต้นมา มีผู้พัฒนาสูตรสารแขวนลอยของอนุภาค Ca(OH)₂ ระดับนาโนในแอลกอฮอล์ เพื่อข้ามข้อจำกัดของการคงสภาพปูนโบราณด้วยน้ำปูนขาว นาโนไลม์มีความเข้ากันได้และความทนทานสูงเช่นเดียวกับเทคนิคแบบดั้งเดิม แต่มีคุณสมบัติที่เหนือกว่าในด้านการเสริมแรง การซึมซาบ และการตอบสนองที่สูงขึ้น และมีผลข้างเคียงน้อยกว่า

ช่วงหลายปีที่ผ่านมามีการทดลองนำอนุภาคนาโนต้านจุลินทรีย์ ได้แก่ อนุภาคนาโนไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO₂), เงิน (Ag), และสังกะสีออกไซด์ (ZnO) มาใช้งานเพื่อป้องกันการเจริญเติบโตและการจับตัวของจุลินทรีย์บนพื้นผิววัสดุของมรดกทางวัฒนธรรมโบราณต่าง ๆ อนุภาคนาโนเหล่านี้นำมาใช้ได้หลายรูปแบบ เช่น การกระจายตัวในตัวทำละลายอินทรีย์ รวมอยู่ในพอลิเมอร์ธรรมชาติและสังเคราะห์ เพื่อสร้างสารเคลือบที่ทนต่อสภาพอากาศซึ่งช่วยปกป้องพื้นผิวของโบราณสถาน

สำหรับวัสดุที่มีเกลือแร่เป็นองค์ประกอบและวัสดุก่อสร้าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกลางแจ้ง นิยมใช้เอทิไลต์ (etylite) ซึ่งเป็นสารเสริมแรงชนิดเกลือแร่เข้มข้น ใช้งานได้โดยไม่ต้องเจือจาง ทำมาจากเตตระเอทิลซิลิเกต เอทิไลต์จะเข้าทำปฏิกิริยากับแร่ธาตุในวัสดุที่ต้องการเสริมความแข็งแรงจนกลายเป็นเนื้อเดียวกัน เนื่องจากมีแรงตึงผิวต่ำและน้ำหนักโมเลกุลต่ำจึงซึมซาบลึกผ่านรูพรุนของวัสดุ ก่อตัวเป็นซิลิกาเจล (SiO₂) หรือเจลยึดประสานซิลิกาที่มีเนื้อคล้ายแก้ว (silica-based consolidant หรือ colloidal silica) แอลกอฮอล์ที่อยู่ในโมเลกุลเอทิไลต์จะระเหยออกไป เหลือเพียงส่วนแร่ธาตุของโมเลกุล เจลยึดประสานซิลิกาคล้ายแก้ว (SiO₂.aq.) จะก่อตัวจากปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นระหว่างเอทิลซิลิเกตกับน้ำ จากความชื้นในบรรยากาศหรือน้ำที่อยู่ในรูพรุนของเนื้อวัสดุที่จะเสริมความแข็งแรงภายใต้สภาวะปกติ (อุณหภูมิ 20°C ความชื้นสัมพัทธ์ 50%) หลังจากเวลาผ่านไปสองสัปดาห์ความแข็งแรงของวัสดุจะคงที่เมื่อเอทิลซิลิเกตส่วนใหญ่แปลงรูปเป็นเจลซิลิกาเสร็จแล้ว อาจใช้เททระเอทิลออร์โทซิลิเกต (tetraethyl orthosilicate: TEOS) ซึ่งเมื่อซึมเข้าไปในรูพรุนของหินจะเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสให้สารซิลิกาในรูปคอลลอย์ช่วย “ปิดรู” และเสริมโครงสร้างหินไม่ให้สึกกร่อน

การใช้ไบโอคาร์บอเนตแบบ MICP (microbial induced carbonate precipitation) ซึ่งเป็นสารคาร์บอเนตที่อาศัยแบคทีเรียเป็นตัวเร่งการตกตะกอนแคลเซียมคาร์บอเนตในรอยแตก เป็นแนวทางใหม่ที่เน้นการฟื้นฟูและอนุรักษ์สิ่งก่อสร้างโบราณและงานศิลปะอย่างปลอดภัย โดยก่อนหน้านี้เมื่อปี พ.ศ. 2558 มีการใช้สารนี้เป็นส่วนหนึ่งของคอนกรีตที่ซ่อมแซมตนเองได้ ก่อนที่ปัจจุบันเริ่มนำมาทดลองใช้งานกับโบราณสถาน และกำลังพัฒนาเพื่อให้ใช้งานได้จริงมากขึ้น

กลไกในการเกิด MICP เริ่มจากกลุ่มของแบคทีเรียที่มีอยู่ในระบบจะผลิตเอนไซม์ยูรีเอส (urease) ขึ้นมาย่อยยูเรีย เกิดเป็น CO₃^2- และ NH₃ ทำให้ระดับ pH เพิ่มสูงขึ้น ในระหว่างนั้น CO₃^2- จะจับกับ Ca²⁺ เกิดเป็น CaCO₃ ในรูปผลึกแคลไซต์ (calcite) หรืออะราโกไนต์ (aragonite) หรือวาเทอไรต์ (vaterite) ซึ่งทั้งสามรูปนี้ก่อตัวเป็นสะพานเชื่อมตามรูพรุนหรือรอยแตกข้างในเนื้อวัสดุที่ต้องการเสริมความแข็งแรง โดยมีสารพอลิเมอร์นอกเซลล์ (extracellular polymeric substances: EPS) ซึ่งเป็นพอลิเมอร์น้ำหนักโมเลกุลสูงที่แบคทีเรียปล่อยออกมาทำหน้าที่เป็นนิวเคลียสให้ผลึกเหล่านี้มาเกาะ

เทคนิคการวิเคราะห์และเสริมความแข็งแรงทางวิศวกรรมเป็นเพียงจุดเริ่มต้นของการอนุรักษ์โบราณสถานและโบราณวัตถุ แต่ในกระบวนการดูแลรักษายังมีอีกหลายขั้นตอนที่ต้องอาศัยความรู้ทางวิทยาศาสตร์เฉพาะด้าน ไม่ว่าจะเป็นการทำความสะอาด การป้องกันการเสื่อมสภาพ รวมถึงการดูแลรักษามรดกล้ำค่าเหล่านั้นให้คงอยู่สืบนานเท่านาน ตอนหน้าเราไปเจาะลึกเรื่องราวเหล่านั้นกันต่อครับ

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

Ahmadi, M., Hosseini, S. M., & Rahmani, M. (2023). Application of plasma cleaning in the preservation and restoration of cultural heritage. ECS Meeting Abstracts, MA2023-01(20), 1520. https://iopscience.iop.org/article/10.1149/MA2023-01201520mtgabs
Baglioni, P., Chelazzi, D., Giorgi, R., & Poggi, G. (2021). Advanced materials in cultural heritage conservation. Molecules, 26(13), 3967. https://doi.org/10.3390/molecules26133967
Abdrabou, A. (2020). Analytical techniques for the preservation of cultural heritage. Current Analytical Chemistry, 16(8), 1078-1089. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33393374/
Times of India. (2011). Chemical treatment to restore monuments at Mamallapuram to its past glory. https://timesofindia.indiatimes.com/city/chennai/chemical-treatment-to-restore-monuments-at-mamallapuram-to-its-past-glory/articleshow/8474954.cms
Abdel-Kareem, O., & Al-Saad, Z. (2023). New frontiers review of some recent conservation techniques of cultural heritage against microbial deterioration. Frontiers in Microbiology, 14, 1146582. https://doi.org/10.3389/fmicb.2023.1146582
Chelazzi, D., Bonelli, N., Baglioni, P., & Giorgi, R. (2024). New sustainable polymers and oligomers for cultural heritage conservation. Chemical Science, 15(8), 2810-2830. https://doi.org/10.1039/D3SC03909A
Baglioni, P., Chelazzi, D., & Giorgi, R. (2023). Advanced methodologies for the cleaning of works of art. Science China Technological Sciences, 66(7), 1942-1959. https://doi.org/10.1007/s11431-022-2348-7
Di Turo, F. (2025). The chemistry behind paper restoration: diagnostic techniques and cutting-edge innovation. Springer. https://doi.org/10.1007/s40828-025-00203-9
Verardi, A. et al. (2023). Advanced technologies for chitin recovery from crustacean waste. Clean Technologies and Recycling, 3(1): 4-43. https://doi.org/10.3934/ctr.2023002
Research World Thailand. 2566. ซินโครตรอน ร่วมอนุรักษ์มรดกโลก “เมืองโบราณศรีเทพ” ถอดสูตรอิฐยุคก่อนประวัติศาสตร์. [ออนไลน์]. สืบค้นจาก: https://www.researchworldthailand.com/ซินโครตรอน-ร่วมอนุรักษ์/
สุจิตกัลยา มฤครัฐอินแปลง. (2017). การคัดแยกและศึกษาสมบัติบางประการของแอคติโน แบคทีเรียที่มีผลต่อการเสื่อมสภาพทาง ชีววิทยาของโบราณสถานในอุทยานประวัติศาสตร์ สุโขทัย. วารสารวิจัยและพัฒนา วไลยอลงกรณ์ ในพระบรมราชูปถัมภ์ สาขา วิทยาศาสตร์ และ เทคโนโลยี, 12(1), 107-117