巴黎圣母院重新開放，5年里科學家發現了什么

在5年前經歷一場毀滅性大火之后，經過修復的法國巴黎圣母院大教堂12月8日重新向公眾開放。然而，當大多數游客驚嘆于大教堂重建的屋頂和閃閃發光的石雕時，卻不知幕后一項龐大的科學事業為這座建筑的過去提供了令人驚訝的信息。

巴黎圣母院的屋頂和尖頂已經重建，石雕也經過了精心清理。圖片來源：CHRISTOPHE PETIT TESSON 

“這項工作的漣漪效應遠遠超出了巴黎圣母院。”歐洲最大的基礎科學機構法國國家科學研究中心（CNRS）研究主任Livio De Luca說，來自幾十個機構的約175名科學家的努力，“為研究其他遺產地，特別是那些面臨復雜保護挑戰的遺產地提供了一個模板”。

2019年4月15日，一場由電路短路引發的火災導致巴黎圣母院的大部分鉛皮屋頂和宏偉尖塔倒塌。“這場火災是難以想象的。”CNRS的研究主任、化學家Martine Regert說，“但在震驚之余，我們很快意識到，建筑物某些部分的物質損失不應被它們所包含的科學信息的損失所加劇。” 

在幾天內， Regert與來自CNRS和法國文化部的3位聯合主任組建了一個跨學科的“夢之隊”，以從搶救出的材料中獲取盡可能多的信息，并指導快速修復工作——法國總統埃馬紐埃爾·馬克龍承諾這項工作在今年完成。

這些努力包括對大教堂巨大橡木框架中的1萬塊燒焦木材進行分析，這些木材由歷史古跡研究實驗室（LRMH）助理主任Thierry Zimmer領導的一個團隊從屋頂和支撐桁架的殘骸中拔出。根據同位素鍶-88和鍶-86的比例，以及從土壤中吸收到橡樹中的鈣和鎂的水平，由美國國立自然歷史博物館的Alexa Dufraisse領導的一個團隊確認了一個巴黎圣母院周圍數百公里的牛角面包形區域，該區域的礦物分布相似，肯定是是公元1163年巴黎圣母院始建時供應木材的地區。

研究人員還利用這些燒焦的木頭了解歐洲中世紀溫暖時期（大約從公元950年持續到1250年）當地的氣候狀況。阿爾卑斯山的樹木生長模式提供了那個時期的溫度記錄，但法國北部巴黎盆地的證據卻非常缺乏。

法國巴黎薩克雷大學的地球化學家Valérie Daux及其博士生Diane du Boisgueheneuc分析了木材樣本中纖維素的同位素碳-13和氧-18的水平隨時間的變化，這是指示溫度和濕度波動的指標。一些被火災損壞的橫梁只有內部可供分析，但通過將這些數據與巴黎附近兩座和巴黎圣母院建于同一時期的大教堂的數據相結合，科學家能夠描繪出一幅200年（公元980年至1180年）間的氣候狀況。令他們驚訝的是，他們發現巴黎盆地并不像從阿爾卑斯山樹木中推斷的那樣溫暖。他們現在正在尋找對這種差異的解釋。

Zimmer的團隊成員穿著防護服，以保護自己免受火災后覆蓋在巴黎圣母院上的富含鉛的黃色沉積物的傷害，他們還回收了1000托盤的石頭和金屬物品。這些回收的材料基本上不可能用于修復工作，因為它們已經被大火損壞了。但建筑師兼計算機科學家De Luca表示，這些碎片“在促進我們對巴黎圣母院結構的理解和為修復工作提供信息方面發揮了核心作用”。

例如，法國洛林大學的考古學家Cédric Moulis精心地重新組裝了從教堂中殿上方坍塌的拱頂天花板上回收的數十個楔形石頭，以了解它們的機械性能。法國波爾多大學的機械工程師Stéphane More說，這使得重建大教堂的建筑師能夠確保新的拱頂具有與火災前相似的受力能力。

其他研究則關注火災對健康的潛在影響。約285噸有毒鉛包層在超過1000°C的溫度下熔化。LRMH化學家Aurélia Azéma及其同事在10月出版的《總體環境科學》上報道稱，大火的煙羽在巴黎部分地區以黃色氣溶膠的形式散布了多達1噸的鉛。但在2021年，法蘭西島地區衛生局確定，在污染地區篩查的1222名兒童中，巴黎圣母院大火中熔化的鉛沒有增加他們的血鉛水平。

由于創建了“數字孿生”版的巴黎圣母院，即使是沒有參與修復工作的科學家很快也能夠對大教堂展開研究。該資源包括100多萬張照片和5000多張3D掃描照片 ，將保存建筑、考古、材料科學和其他領域研究產生的大量數據。領導這項工作的De Luca透露，巴黎圣母院的“數字孿生”版將于2025年向國際研究界開放，以“為遺產科學的發展作出貢獻，這是一個獨特的領域，可以連接學科，連接過去、現在和未來”。