巴黎圣母院重新开放，5年里科学家发现了什么

在5年前经历一场毁灭性大火之后，经过修复的法国巴黎圣母院大教堂12月8日重新向公众开放。然而，当大多数游客惊叹于大教堂重建的屋顶和闪闪发光的石雕时，却不知幕后一项庞大的科学事业为这座建筑的过去提供了令人惊讶的信息。

巴黎圣母院的屋顶和尖顶已经重建，石雕也经过了精心清理。图片来源：CHRISTOPHE PETIT TESSON 

“这项工作的涟漪效应远远超出了巴黎圣母院。”欧洲最大的基础科学机构法国国家科学研究中心（CNRS）研究主任Livio De Luca说，来自几十个机构的约175名科学家的努力，“为研究其他遗产地，特别是那些面临复杂保护挑战的遗产地提供了一个模板”。

2019年4月15日，一场由电路短路引发的火灾导致巴黎圣母院的大部分铅皮屋顶和宏伟尖塔倒塌。“这场火灾是难以想象的。”CNRS的研究主任、化学家Martine Regert说，“但在震惊之余，我们很快意识到，建筑物某些部分的物质损失不应被它们所包含的科学信息的损失所加剧。” 

在几天内， Regert与来自CNRS和法国文化部的3位联合主任组建了一个跨学科的“梦之队”，以从抢救出的材料中获取尽可能多的信息，并指导快速修复工作——法国总统埃马纽埃尔·马克龙承诺这项工作在今年完成。

这些努力包括对大教堂巨大橡木框架中的1万块烧焦木材进行分析，这些木材由历史古迹研究实验室（LRMH）助理主任Thierry Zimmer领导的一个团队从屋顶和支撑桁架的残骸中拔出。根据同位素锶-88和锶-86的比例，以及从土壤中吸收到橡树中的钙和镁的水平，由美国国立自然历史博物馆的Alexa Dufraisse领导的一个团队确认了一个巴黎圣母院周围数百公里的牛角面包形区域，该区域的矿物分布相似，肯定是是公元1163年巴黎圣母院始建时供应木材的地区。

研究人员还利用这些烧焦的木头了解欧洲中世纪温暖时期（大约从公元950年持续到1250年）当地的气候状况。阿尔卑斯山的树木生长模式提供了那个时期的温度记录，但法国北部巴黎盆地的证据却非常缺乏。

法国巴黎萨克雷大学的地球化学家Valérie Daux及其博士生Diane du Boisgueheneuc分析了木材样本中纤维素的同位素碳-13和氧-18的水平随时间的变化，这是指示温度和湿度波动的指标。一些被火灾损坏的横梁只有内部可供分析，但通过将这些数据与巴黎附近两座和巴黎圣母院建于同一时期的大教堂的数据相结合，科学家能够描绘出一幅200年（公元980年至1180年）间的气候状况。令他们惊讶的是，他们发现巴黎盆地并不像从阿尔卑斯山树木中推断的那样温暖。他们现在正在寻找对这种差异的解释。

Zimmer的团队成员穿着防护服，以保护自己免受火灾后覆盖在巴黎圣母院上的富含铅的黄色沉积物的伤害，他们还回收了1000托盘的石头和金属物品。这些回收的材料基本上不可能用于修复工作，因为它们已经被大火损坏了。但建筑师兼计算机科学家De Luca表示，这些碎片“在促进我们对巴黎圣母院结构的理解和为修复工作提供信息方面发挥了核心作用”。

例如，法国洛林大学的考古学家Cédric Moulis精心地重新组装了从教堂中殿上方坍塌的拱顶天花板上回收的数十个楔形石头，以了解它们的机械性能。法国波尔多大学的机械工程师Stéphane More说，这使得重建大教堂的建筑师能够确保新的拱顶具有与火灾前相似的受力能力。

其他研究则关注火灾对健康的潜在影响。约285吨有毒铅包层在超过1000°C的温度下熔化。LRMH化学家Aurélia Azéma及其同事在10月出版的《总体环境科学》上报道称，大火的烟羽在巴黎部分地区以黄色气溶胶的形式散布了多达1吨的铅。但在2021年，法兰西岛地区卫生局确定，在污染地区筛查的1222名儿童中，巴黎圣母院大火中熔化的铅没有增加他们的血铅水平。

由于创建了“数字孪生”版的巴黎圣母院，即使是没有参与修复工作的科学家很快也能够对大教堂展开研究。该资源包括100多万张照片和5000多张3D扫描照片 ，将保存建筑、考古、材料科学和其他领域研究产生的大量数据。领导这项工作的De Luca透露，巴黎圣母院的“数字孪生”版将于2025年向国际研究界开放，以“为遗产科学的发展作出贡献，这是一个独特的领域，可以连接学科，连接过去、现在和未来”。