Рассматриваемый дефект имеет отношение к каменным поверхностям, находящимся на открытом воздухе, т.е. непосредственно контактирующим с атмосферой и подвергающимся воздействию городской пыли (облицовка фасадов, элементы садово-парковой архитектуры, скульптура, памятники и т.п.).
Пыль — разновидность атмосферных аэрозолей с твёрдыми частицами дисперсной фазы размером преимущественно от 10 до 100 мкм. Городская пыль имеет различное происхождение: производственное, биологическое, почвенное, вулканическое и т.п.
В её состав могут входить самые разнообразные компоненты: сажа (продукт неполного сгорания аморфного углерода), зола (несгораемый остаток, образующийся из минеральных примесей топлива), частички кварца, кальцита, глины, различных органических соединений и др. Концентрация пыли в городской атмосфере варьируется от 0,0001 мг/л в экологически чистых районах до 20-30 мг/л вблизи размещения промышленных предприятий. Концентрация пылевых частиц ионных размеров в 1 куб. м воздуха составляет: в крупных промышленных городах — 150000, в небольших городах — 34000, в сельской местности — 9500, в горах — 1000-6000, на островах — 9200, в открытом океане — 940.
Пылевые частицы способны долго оставаться в воздухе во взвешенном состоянии, переносясь ветровыми потоками на значительные расстояния. Комплексные физико-химические исследования образцов пыли, отобранных с фасадов зданий, дали следующую картину её химического состава, %: Si02 — 3-79; Аl2O3 — 0,6-5,5; СaО — 1-13; S03 — 0,02-3,7; Сl20 — 0,11-3; К2O — 0,04-2,2; FeO — 0,4-6,3; MgO — 0,18-1,3; Na2O — 0,5-2.
Частный случай пылевой системы — дым, состоящий преимущественно из сажи и оседающий на поверхности камня в виде копоти.
Следует отметить существенные изменения в структуре городской пыли, произошедшие в течение последних лет в больших промышленных городах: если раньше главными компонентами были сажа и зола (продукты работы котелен, ТЭЦ и т.п.), то в настоящее время преобладающим загрязнителем стал автомобильный транспорт, на долю которого, например, в Москве приходится до 90 % всех выбросов в атмосферу (основной компонент таких выбросов — сера и оксиды серы).
Важнейшие процессы, происходящие в атмосферной пыли, — седиментация и броуновское движение. Скорость седиментации (осаждения под действием силы тяжести) твёрдых частиц примерно пропорциональна квадрату их размера и составляет несколько десятков см/сек для частиц размером 100 мкм и несколько мм/сек — для частиц размером 10 мкм. Происходящее в этой системе броуновское движение (наряду с воздушными потоками) играет значительную роль в характере осаждения пылевых частиц, в частности, их скопления не только на горизонтальных поверхностях, но и на вертикальных стенах фасадов. Попадая на поверхность каменной облицовки, частицы пыли достаточно быстро агрегируются, склеиваясь между собой и проникая в поры камня (помимо адсорбции, определённую роль в надёжном сцеплении пыли с вертикальной поверхностью стены, по-видимому, играет электростатический эффект).
Главный, визуально воспринимаемый дефект, наносимый камню городской пылью, — интенсивное загрязнение лицевой поверхности. Особенно ярко этот дефект проявляется на белых и светлоокрашенных видах камня, а также на высокопористых и кавернозных породах (травертинах, известняках-ракушечниках и др.), где каверны играют роль своеобразных «ловушек» грязи. На фасадах, облицованных светлым камнем, загрязнение имеет вид сплошного или частичного потемнения (вплоть до почернения) стен, тёмно-серых и чёрных полос, потёков и пятен. Фасады Музея изобразительных искусств им. А. С. Пушкина в Москве, облицованные белым шишимским мрамором (Урал), с течением времени значительно потемнели: установлено, что за период между очередной очисткой (30 лет) светлота мрамора снизилась с 65% до 25%. Аналогичная картина наблюдается и во многих европейских городах, особенно на зданиях с беломраморной облицовкой, а также на мраморной скульптуре. Удручающий вид каменной поверхности дополняется действиями дождя, вымывающего часть загрязнений в районе водостоков, карнизов и прочих выступов и придающего зданию ещё более неряшливый, пёстрый вид…
Детский музыкальный театр в Москве облицован бледно-розовым жетыбайским ракушечником. Высокая пористость камня в сочетании с его светлой окраской приводит к систематическому скоплению грязи на поверхности фасада и ухудшению его внешнего вида.
На интенсивность пылевого загрязнения камня влияет характер фактуры лицевой поверхности: наиболее устойчивыми являются полированная и шлифованная фактуры, в то время как рельефные поверхности (бучардованная, бугристая, скальная и др.) загрязняются значительно быстрее. Фасады Государственного Кремлёвского дворца съездов в Москве оформлены ребристыми беломраморными пилонами, поверхность которых имеет рифлёную фактуру. Такая фактура прекрасно аккумулирует грязь, накапливающуюся в канавках рифления; в результате необходимость восстанавливать внешний вид здания возникает каждые 4-5 лет.
Состояние поверхности каменных фасадов зависит также и от их ориентации: в условиях Москвы, например, фасад, обращённый на юго-запад, находится в неблагоприятном положении, так как в этом случае происходит совмещение розы ветров при дожде с розой ветров при всех погодных условиях; в результате такой фасад подвергается наиболее интенсивным атмосферным воздействиям.
Пылевые загрязнения камня, помимо ухудшения внешнего вида, имеют и другие отрицательные последствия. Так, грязевые наслоения снижают воздухо-паропроницаемость каменной облицовки. Результаты рентгеноструктурного анализа показывают, что аморфная составляющая образцов пыли доходит до 50 % и представлена соединениями, способными реагировать физически и химически с минералами горных пород. Пыль содержит фазы, однотипные с каменными материалами: кальцита СаСO3, доломита CaMg(CO3)2, кварца SiO2, в результате чего на загрязнённой поверхности камня появляются два разнополюсных (кристаллический — аморфный) материала, что приводит к активизации физико-химической коррозии.
В заключение отметим ещё один негативный результат пылевых загрязнений камня: в состав городской пыли входят частички углеродистых загрязнителей, являющихся питательной средой для многих микроорганизмов. Это, в свою очередь, способствует активизации биохимической коррозии камня.
