आग्र्याचा ताज महाल असो, जोधपूरचा जसवंत थाडा असो की अबूचे दिलवारा मंदिर, राजस्थानातील मकराणा भागात मिळणारा मकराणा संगमरवर ह्या पुरातन वास्तूंना असीम सौंदर्य तर बहाल करतोच, शिवाय ऊन, वारा, पावसातही अनेक शतके टिकून राहण्याची मजबूती देखील देतो. 'आययूजीएस हेरिटेज स्टोन' म्हणून जागतिक वारसा पाषाणाचा दर्जा असलेला मकराणाचा संगमरवर टणक आणि मजबूत असतो व सहसा ह्यात पाणी सहजपणे झिरपत नाही. मात्र तापमानातील चढ-उतार, वारा, पाऊस यांमुळे संगमरवराचा क्षय होतो. वाढत्या प्रदूषणामुळे त्यात आणखी भर पडते. राष्ट्रीय वारसा असलेल्या या वास्तूंच्या संवर्धनाचे काम सतत सुरूच आहे, पण कश्याप्रकारे आणि किती क्षय झाला आहे हे समजले तर जतन व जीर्णोद्धार करण्याच्या योग्य पद्धती निवडायला मदत होऊ शकेल.
एनपीजे हेरिटेज सायन्स या शोधपत्रिकेत प्रसिद्ध झालेल्या एका अभ्यासात, भारतीय तंत्रज्ञान संस्था (आयआयटी) मुंबई येथील अनुपमा घिमिरे आणि प्राध्यापक स्वाती मनोहर यांनी मकराणा संगमरवराला कशा प्रकारची हानी झाली आहे व त्याचे प्रमाण किती आहे याचा अचूक अंदाज लावण्यासाठी आणि त्याचे प्रयोगशाळेत अनुकरण करण्यासाठी नवीन पद्धती प्रस्तावित केल्या आहेत. त्यांनी नैसर्गिकरित्या गरम आणि थंड होण्याची चक्रे विशेषतः मकराणा संगमरवरावर कसा परिणाम करतात, व त्यामुळे संगमरवरामध्ये कसे बदल होतात याचे अनुकरण करण्यासाठी एक सविस्तर कार्यपद्धती मांडली आहे. प्रयोगशाळेतील संगमरवराच्या नमुन्यांमध्ये नैसर्गिकरित्या क्षय झालेल्या नमुन्यांप्रमाणेच सच्छिद्रता मिळवण्यासाठी प्रमाणित आणि अनुकूल नियमावलीचा जो अभाव होता, तो या संशोधनाद्वारे दूर करण्यात आला आहे.
घिमिरे आणि मनोहर यांच्या या संशोधनामुळे प्रत्यक्ष वास्तूवरील मकराणा संगमरवरावर घेतल्या जात असलेल्या चाचण्यांचे अधिक अचूक व विश्वासार्ह परिणाम मिळणे शक्य झाले आहे. संगमरवरी ठोकळे किंवा बसवलेल्या लाद्यांचे नुकसान न करता त्यांची अंतर्गत गुणवत्ता, संरचनात्मक अखंडता आणि हानी तपासण्यासाठी ‘अल्ट्रासोनिक पल्स व्हेलॉसिटी’ (श्राव्यातीत स्पंद वेग) म्हणजेच युपीव्ही चाचणी ही पद्धत सामान्यतः वापरली जाते. या चाचणीमध्ये, संगमरवराच्या नमुन्यांमधून श्राव्यातीत ध्वनी लहरी सोडल्या जातात आणि त्या लहरींचा नमुन्यातील वेग मोजला जातो. या वेगात होणारी घट संगमरवराचा क्षय दर्शवते. घिमिरे आणि मनोहर यांनी संगमरवरातील 'ओपन पोरोसिटी' म्हणजेच खुली सच्छिद्रता, जी मोजल्याने क्षयाचे मोजमाप करता येते, आणि ध्वनी लहरींचा वेग यांच्यातील परस्परसंबंध प्रस्थापित केला आहे.
खाणीतून काढलेला ताजा मकराणा संगमरवर अत्यंत सघन असतो. कालांतराने या दगडाचे पापुद्रे निघण्यास, त्याचे तुकडे पडण्यास आणि त्यावर डाग पडण्यास सुरुवात होते. त्याचा पृष्ठभाग खडबडीत होऊन त्यावर खड्डे आणि भेगा पडतात. ही हानी वायू प्रदूषण, आम्ल वर्षा आणि पर्यटकांचा वावर अशा अनेक घटकांशी संबंधित आहे. गंमत म्हणजे, ताजमहालाच्या संगमरवरी पृष्ठभागावर आढळणारे निळसर डाग हे जवळच्या पाण्यात पैदास होणाऱ्या डासांच्या विष्ठेमुळे पडले होते! संशोधकांच्या मते, विविध पर्यावरणीय घटक संगमरवराचे झालेले नुकसान वाढवण्यास कारणीभूत ठरत असले, तरी बव्हंशी तापमानातील बदलांमुळे संगमरवराच्या सच्छिद्रतेत होणारी वाढ हेच यामागील मुख्य कारण आहे.
खुली सच्छिद्रता म्हणजे संगमरवरातील अशा पोकळ्या ज्या आतपासून पृष्ठभागापर्यंत पोहोचतात. अश्या पोकळ्या जास्त असतील, तर पाणी, हवा आणि प्रदूषके संगमरवरामध्ये सहजपणे प्रवेश करू शकतात. सातत्याने होणाऱ्या तापमानातील बदलांमुळे संगमरवराची खुली सच्छिद्रता वाढत जाते, व पाणी आणि इतर अशुद्धता आत शिरतात. त्यामुळे दगडाची संरचनात्मक अखंडता आणि बाह्य सौंदर्यावर विपरीत परिणाम होतो, आणि कालांतराने त्या दगडाचा ऱ्हास होतो.
“नव्याने खाणीतून काढलेल्या मकराणा संगमरवराच्या सच्छिद्रतेची पातळी अत्यंत कमी असते, त्यामुळे तापमानातील बदलांचा या गुणधर्मावर नेमका काय परिणाम होतो हे समजून घेणे ऐतिहासिक वास्तूंना झालेल्या हानीचे मूल्यांकन करण्यासाठी व त्यांच्या संवर्धनासाठी अत्यंत महत्त्वाचे आहे,” असे संशोधकांनी सांगितले.
प्रत्यक्ष स्थळावरील क्षय झालेल्या संगमरवराच्या सच्छिद्रतेशी साम्य असणारे नमुने प्रयोगशाळेत तयार केल्यास संवर्धनाच्या विविध पर्यायांचा अभ्यास करता येऊ शकतो आणि त्यादृष्टीने प्रयोग करून बघता येऊ शकतात, जेणेकरून संवर्धनाचा योग्य पर्याय निवडणे शक्य होते. मात्र नैसर्गिकपणे ऱ्हास झालेल्या मकराणा संगमरवराशी मिळते जुळते नमुने प्रयोगशाळेत तयार करण्याची कुठलीही प्रमाणित पद्धत नोंदलेली आढळून आले नाही.
घिमिरे आणि मनोहर यांनी अत्यंत उच्च तापमानाचा वापर करून प्रयोगशाळेत औष्णिक क्षयाची प्रक्रिया वेगवान करण्यासाठी एक प्रयोग तयार केला. पाच सेंटीमीटर आकाराचे संगमरवरी घन एका भट्टीत एक तास तापवणे आणि त्यानंतर लगेचच सामान्य तापमानाला असलेल्या विआयनीकृत पाण्यात बुडवून ते थंड करणे, अशा प्रक्रियेला एक औष्णिक चक्र मानले गेले. ही भट्टी अशा प्रकारे तयार केली गेली आहे की नमुन्यांचा उष्णतेच्या थेट स्रोताशी आणि ज्वलनाच्या उप-उत्पादनांशी संपर्क होणार नाही, ज्यामुळे संगमरवराच्या नमुन्यांचा अशुध्दतेपासून बचाव होईल. यात वापरलेले पाणी विआयनीकृत आहे, म्हणजेच पाण्यातील सर्व विरघळलेली खनिजे काढून टाकली आहेत, जेणेकरून संगमरवराचे होणारे नुकसान हे केवळ उष्णतेमुळे असेल आणि पाण्यातील कोणत्याही अशुद्धतेचा त्यावर परिणाम होणार नाही.
नैसर्गिकरीत्या क्षय झालेल्या ऐतिहासिक संगमरवरातील सच्छिद्रतेची पातळी प्रयोगशाळेत मिळवण्यासाठी संशोधकांनी विविध तापमान (१००°C, २००°C, ३००°C आणि ४००°C) साधून आणि प्रत्येक तापमानाला वेगवेगळ्या संख्येने ही चक्रे राबवून प्रयोगांचे विविध संच पूर्ण केले.
“४०० अंश सेल्सिअस तापमानानंतर संगमरवराचे विघटन सुरू होते आणि ५०० अंशांच्या पुढे ते वेगाने वाढते, त्यामुळे या अभ्यासाची मर्यादा ४०० अंश सेल्सिअसपर्यंत ठेवण्यात आली होती,” असे संशोधकांनी नमूद केले.
प्रत्येक औष्णिक चक्रानंतर संशोधकांनी संगमरवराच्या भौतिक आणि यांत्रिक गुणधर्मांमधील बदलांचे बारकाईने निरीक्षण केले. त्यांनी खुली सच्छिद्रता मोजली, दृश्य स्वरूपातील बदलांचे मूल्यांकन केले आणि रासायनिक बदल ओळखण्यासाठी ‘फोकस्ड आयन बीम-स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी’ व ‘एनर्जी डिस्पर्सिव्ह स्पेक्ट्रोस्कोपी’ च्या सहाय्याने सविस्तर सूक्ष्म-संरचनात्मक विश्लेषण केले. याव्यतिरिक्त, संगमरवराची स्थिती तपासण्यासाठी त्यांनी यूपीव्ही (अल्ट्रासोनिक पल्स व्हेलॉसिटी) चाचण्या देखील घेतल्या.
प्रयोगांच्या आधारे संशोधकांनी असे निरीक्षण नोंदवले की, प्रयोगशाळेत संगमरवराची अपेक्षित सच्छिद्रता मिळवण्यासाठी पाच ते सात औष्णिक चक्रे पुरेशी आहेत आणि त्यानंतरच्या अधिक चक्रांमुळे सच्छिद्रतेत लक्षणीय वाढ होण्याची शक्यता कमी आहे. त्यांनी विविध तापमानांवर केलेल्या औष्णिक प्रक्रियेतून प्राप्त झालेल्या सच्छिद्रतेच्या अंदाजे मूल्यांची देखील नोंद केली आहे.
वारसा वास्तूंच्या हानीचे मूल्यमापन करण्याच्या सध्याच्या पद्धतींमध्ये दोन प्रकार आहेत. एक म्हणजे दगडाचे लहान नमुने काढून घेऊन केली जाणारी विघातक पद्धत आणि दुसरी म्हणजे अल्ट्रासोनिक पल्स वेलोसिटी, इन्फ्रारेड थर्मोग्राफी, मॉइश्चर मीटर्स आणि थ्रीडी स्कॅनिंग यांसारख्या अविनाशक पद्धती, ज्यांमध्ये दगडाला कोणतीही इजा न पोहोचवता चाचण्या केल्या जातात. या विनाशरहित चाचण्यांच्या मूल्यांचा सच्छिद्रता किंवा मजबुती या गुणधर्मांमधील बदलांशी परस्परसंबंध जोडणे आवश्यक असते.
“वातावरणीय घटकांमुळे होणाऱ्या हानीचा परिणाम वेगवेगळ्या प्रकारच्या दगडांवर वेगवेगळा होतो. त्यामुळे असा परस्परसंबंध प्रस्थापित केल्याशिवाय केवळ अविनाशक चाचणीची मूल्ये नुकसानाचे अचूक संकेत देऊ शकत नाहीत. काँक्रीटसारख्या प्रचलित साहित्यासाठी असे सहसंबंधित डेटासेट उपलब्ध असले, तरी वीट आणि दगडांसारख्या साहित्यासाठी ते सध्या अत्यंत मर्यादित आहेत,” असे प्रा. मनोहर यांनी सांगितले.
संशोधकांनी यूपीव्ही आणि खुली सच्छिद्रता यांच्यातील आलेखानुसार या दोघांमधील परस्परसंबंध दर्शवणारे एक समीकरण देखील विकसित केले आहे.
“या प्रस्थापित संबंधामुळे प्रत्यक्ष वास्तूंमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या संगमरवराच्या क्षयाचा अंदाज घेण्यासाठी यूपीव्ही चाचणी एक प्रभावी साधन ठरू शकते,” असे प्रा. मनोहर स्पष्ट करतात.
वारसा वास्तूंचे जतन करणारे तज्ञ आता प्रत्यक्ष जागी सुवाह्य यूपीव्ही उपकरणाचा वापर करून संगमरवराची सच्छिद्रता मोजू शकतात, ज्यामुळे अधिक नुकसान न करता स्थितीचे मूल्यांकन करण्याचा एक जलद आणि व्यावहारिक मार्ग उपलब्ध झाला आहे.
मात्र, संशोधकांना असे आढळले की जेव्हा सच्छिद्रता एका विशिष्ट मर्यादेच्या पलीकडे जाते, तेव्हा यूपीव्ही मोजमापांमध्ये मोठी तफावत दिसून येते. याचा अर्थ असा की, अतिशय क्षय झालेल्या संगमरवराची सच्छिद्रता मोजण्यासाठी यूपीव्ही चाचणी पूर्णपणे विश्वासार्ह नाही.
“या अभ्यासामुळे अनेक नवीन शक्यता निर्माण झाल्या आहेत, उदाहरणार्थ संवर्धन कार्याची नेमकी गरज केव्हा आहे हे दर्शवणारी यूपीव्हीची किमान पातळी निश्चित करणे, दीर्घकालीन क्षयाचे भाकीत वर्तविणारे मॉडेल्स विकसित करणे, सुवाह्य यूपीव्ही उपकरणांच्या सहाय्याने ऐतिहासिक वास्तूंच्या नुकसानाचे नकाशे तयार करणे आणि सातत्यपूर्ण देखरेखीसाठी या एनडीटी पद्धतीने मिळालेल्या डेटाचे त्रिमितीय डिजिटल (3D) प्रतिकृतीमध्ये एकत्रीकरण करणे. त्यामुळे हे काम भविष्यातील डिजिटल आणि विज्ञान-आधारित संवर्धन पद्धतींना बळकटी देणारे ठरेल,” असे प्रा. मनोहर यांनी सांगितले.
निधीबद्दल माहिती: हे काम आयआयटी मुंबईच्या माध्यमातून डी-मार्ट प्रायव्हेट लिमिटेड, भारत यांनी पुरस्कृत केले आहे (DMart Fellowship, DO/2023-FLSP002-001).
