STONECOLOR: color of commercial marbles and limestone - causes and changes

Abstract

Historically centred in the European and Asiatic countries, the ornamental stone production is currently one of the most important sectors for the Portuguese economy. In fact, Portugal is today one of the leaders in the production of natural stone worldwide, namely in the limestone and marble exploitation. The production increment over the last several years is related with the high quality of the carbonated stones existing in the Portuguese territory together with the Portuguese experience in stone manufacture, acquired since ancient times. In this context, colour is one of the most important visible aspects of natural stone, for the construction/restoration of new buildings and/or for Cultural Heritage preservation. Therefore, colour and discolouration of stone is currently an important research topic for the scientific community, where the association stone-colour-microorganism is still unexploited. This PhD aimed to determine the causes that affect the colour of Portuguese marbles and limestones. Therefore, several lithotypes of natural stone with high relevance for the Portuguese natural stone industry and for Cultural Heritage assets were selected and studied. In order to characterise discolouration phenomena, the processes of natural stones’ weathering were assessed, and the microbiota thriving on the stones was determined. The microorganisms’ contribution for the stone discolouration phenomena was evaluated through the execution of artificial ageing assays, under controlled environment. The results obtained allowed to identify the main chromophore components of the Portuguese carbonated stones studied. It was also finding and determined that the colour change occurred on the blue limestone is achieved through the natural weathering of pyrite, and this mechanism is accelerated when microorganisms are present. Regarding the cultural heritage assets study, it was finding that colour alterations of the stone are caused mainly by chemical and biogenic actions; Resumo: Tradicionalmente centrada nos países Europeus e Asiáticos, a produção de Pedra Ornamental tem-se tornado num dos mais importantes setores da economia Portuguesa. Portugal é hoje, de facto, um dos líderes ao nível mundial na produção de Pedra Natural, nomeadamente de calcários e mármores. O aumento na produção ao longo destes últimos anos está relacionada não só com a elevada qualidade das rochas carbonatadas que aqui se encontram, mas também com a experiência portuguesa no manuseamento da Pedra. A cor, neste contexto, é um dos aspetos visíveis mais importantes na Pedra Natural, tanto na construção/restauro de novos edifícios como na preservação de Património Cultural. Deste modo, a cor e a descoloração da Pedra tem-se tornado num dos importantes tópicos de investigação para a comunidade científica, onde uma das lacunas é a falta de associação pedra-cor-microorganismo. Com este projeto pretendeu-se contribuir para a compreensão das causas de cor em rochas carbonatadas portuguesas, como o calcário e o mármore, onde foram selecionados e estudados diversos litótipos de Pedra Natural com elevada relevância para a indústria da Pedra portuguesa e para o património cultural construído. Para caracterizar fenómenos de descoloração, foram estudados os processos de meteorização de rochas e foi determinado o estado de biocolonisação do material. O contributo dos microorganismos para o fenómeno de descoloração de Pedra foi avaliado através da execução de ensaios de envelhecimento artificial, sob ambiente controlado. Os resultados obtidos permitiram identificar os principais elementos cromóforos das rochas carbonatadas portuguesas estudadas. Foi ainda determinado que a alteração da cor no calcário azul é causada pela pela meteorização natural da pirite, e que este mecanismo é acelerado na presença de agentes microbianos. Relativamente ao estudo dos bens patrimoniais, foi determinado que as alterações cromáticas aqui presentes são sobretudo de origem química e biogénica.