Mikroanaliza jądrowa staroegipskich malowideł ściennych

Transkrypt

1 Mikroanaliza jądrowa staroegipskich malowideł ściennych Andrzej Turos Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych Warszawa i Instytut Problemów Jadrowych im. A.Sołtana Świerk/Otwock Warszawa, 29 kwietnia 2009

2 Egypt 2

3 Historia starożytnego Egiptu Wczesny Okres Dynastyczny Stare Państwo Okres Przejściowy Średnie Państwo Okres Przejściowy Nowe Państwo Późny Okres Dynastyczny Okres Grecko-Rzymski Epoka Kamienia Epoka Brązu Epoka Żelaza ~300 tys lat p.n.e lat n.e 3

4 4

5 Dolina Królowych 5

6 6

7 7

8 8

9 9

10 10

11 Amenhotep III i Teje XVIII dynastia, panował około: p.n.e., 11

12 12

13 13

14 14

15 15

16 16

17 17

18 18

19 Relief Bas - relief Sunk - relief Bas & sunk - relief 19

20 Różne rodzaje reliefu 20

21 Różne rodzaje reliefu 21

22 22

23 Rains with Dust and clay Humidity Hard crust & Micro cracks 23

24 Salt 24

25 Bats droppings Insects 25

26 Fungal spots 26

27 Human factors (Vandalism) 27

28 Human factors (Tourisms ) 28

29 Struktura staroegipskich malowideł ściennych 1. Baza Ściana (wapień, piaskowiec, cegła) 2. Grunt a) Warstwa gruboziarnista (Piasek, gips) b) Warstwa drobnoziarnista (Piasek, gips) 3. Tynk (gips) 1 2a 2b Farba Przekrój malowidła ściennego 29

30 Co to jest farba? Farba jest 1) mieszaniną pigmentu i spoiwa lub 2) roztworem barwnika i spoiwa Starożytni Egipcjanie stosowali głównie 1) rodzaj farb wykorzystując naturalne lub syntetyczne pigmenty 30

31 Techniki malarskie Tempera malowanie farbą zawierającą pigment lub barwnik ze spoiwem organicznym. Maluje się na suchym podłożu (wł. al secco). Fresk (wł. al fresco) - malowanie farbą będącą wodną zawiesiną/roztworem pigmentu/barwnika. Maluje się na mokrym podłożu. Spoiwem jest podłoże: warstwa gładka do malowania. Zawiera ona wapno gaszone, drobny piasek cedzony lub pył marmurowy. Na tej warstwie zaczyna się malować fresk. Ponieważ wapno gaszone z dwutlenkiem węgla tworzy krystaliczny węglan wapnia, który trwale wiąże cząsteczki farby. Fresk jest trwały bo spaja się z podłożem, w ten sposób uzyskuje się trwałe, intensywne barwy. 31

32 Jak przygotowywano farbę Moździerz Jako spoiwa używano materiałów organicznych takich jak: guma arabska, kleje zwierzęce czy żółtko Guma arabska Klej zwierzęcy Żółtko 32

33 Jak przygotowywano farbę Starożytna paleta i pędzle 33

34 Starożytne pigmenty egipskie (1) Pigmenty Naturalne (a) Nieorganiczne Minerały Hematyt Pigmenty czerwone : Hematyt, Fe2O3 Pigmenty białe : Węglan wapnia, CaCO 3, Siarczan wapnia, CaSO4 Pigmenty żółte: Getyt FeOOH Azuryt Pigmenty niebieskie : Azuryt Cu 3 (CO 3 ) 2 (OH) 2 Pigmenty zielone: Malachit, Cu2CO3(OH)2 (b) Pigmenty organiczne Sadza Palone kości Malachit 34

35 (2) Pigmenty Syntetyczne Błękit egipski Starożytne pigmenty egipskie Błękit Egipski to najstarszy ze znanych pigmentów syntetycznych (ok BC!) CaCuSi 4 O 10 - krzemian wapniowo miedziowy - kuproriwaityt Na 2 CO 3 10H 2 O - uwodniony węglan sodu Topnik Cu 2 (CO 3 )(OH)+SiO 2 +2CaCO 3 2CaCuSi 4 O 10 +3CO 2 +H 2 O 800 o C-900ºC Otrzymuje się ziarna szklistej substancji Uwaga! Jeśli temperatura podczas syntezy wzrośnie powyżej 1000 o C zachodzi przemiana strukturalna i powstaje jasno zielony wollastonit. 35

36 Po co są używane techniki analityczne do identyfikacji pigmentów? 1. Powody historyczne - datowanie - pochodzenie pigmentów Fingerprints! 2. Restauracja -jeśli nie znamy składników farby nie możemy prawidłowo ich odtwarzać 3. Przebarwienia 36

37 Typowe metody analityczne 1. Mikroskopia optyczna (OM ) ITME, FZD 2. Mikroanaliza Jądrowa 2.1.Rutherford Backscattering Spectroscopy ( RBS ) 2.2.Nuclear Reaction Analysis ( NRA ) 2.3.Proton-Induced X-Ray Emission ( PIXE ) IPJ, FZD 3. Fluorescencja rentgenowska (XRF) 4. Dyfrakcja rentgenowska (XRD) ITME, IFD UW 5. Skaningowa Mikroskopia Elektronowa (SEM ) ITME 6. Spektroskopia Ramanowska -UMCS 37

38 5 X 38

39 10 X 39

40 20 X 40

41 20 X 41

42 10 X 42

43 43

44 Akcelerator protony 2 MeV Magnes kierujący jony rozproszone produkty reakcji elektrony promieniowanie γ promieniowanie X atomy wybite Tarcza 44

45 PIXE Particle Induced X-ray Emission Protony Energia 1-3 MeV Charakterystyczne promieniowanie X 45

46 Przekrój malowidła ściennego Wiązka jonów od strony podłoża Wiązka jonów od strony farby 46

47 Luxor Dolina Królów Grobowiec Totmesa III (N.34) 1425 BC 47

48 Grobowiec Totmesa III (N.34) 1425 BC 48

49 Grobowiec Totmesa III (N.34) 1425 BC 49

50 Grobowiec Totmesa III (N.34) 1425 BC 50

51 Żółty pigment Grobowiec Totmesa III (N.34) 1504 BC 62.5X 400μm 32 µ m X 40μm 51

52 Widmo PIXE żółtego pigmentu Grobowiec Totmesa III (N.34) 1504 BC Ca Ca Fe Face Back F - B 1000 Yield Si S Ti Ti Mn Fe FeO. OH - getyt As 2 S 3 -orpiment 100 As Energy (KeV)

53 Ciemnoniebieski pigment Grobowiec Totmesa III (N.34) 1504 BC 62.5X 400μm 250X Kryształy Fe 2 O 3 Hematyt 100µm 53

54 100µ m 54

55 Widma PIXE dla ciemnoniebieskiego pigmentu Grobowiec Totmesa III (N.34) 1504 BC Mn Fe Błękit egipski (zanieczyszczony zielenią egipską?) (wollastonit CaCuSiO 3 ) Face Back F-B z domieszka hematytu i MnO Cu Cu Yield Energy (KeV) 55

56 20 X 56

57 Mikrowiązka Wiązkę protonów można zogniskować do rozmiarów pojedyńczych μm. Przemiatając wiązką po powierzchni próbki możmy dokonywać identyfikacji różnych pierwiastków i jednocześnie tworzyć powierzchniowe mapy ich koncentracji. 57

58 Mapowanie mikrowiązką Układ przemiatania Próbka Mikrowiązka protonów Detektor promieniowania X 58

59 Mapowanie mikrowiązką 59

60 Analiza zielonego pigmentu Grobowiec Totmesa III (N.34) 1504 BC 125X 200µm 250X 100µm 60

61 Widmo PIXE zielonego pigmentu Grobowiec Totmesa III (N.34) 1504 BC Ca Ca Face Back F- B Fe Cu Yield 1000 Si S Ti Mn Fe Cu

62 Mapy µpixe zielonego pigmentu Grobowiec Totmesa III (N.34) 1504 BC Ca Zieleń egipska wollastonit CaCuSiO 3 Face (one grain) 1500 Ca z domieszka hematytu Cu Yield Si Fe Cu Sample LT5.s4 μ PIXE E=3.05 MeV protons Dresden 03/4/2008 Energy (kev) 62

63 Grobowiec dostojnika imieniem Senneffer (Tomb of Vineyards) (Tomb N.96) 1450 BC 63

64 Grobowiec dostojnika imieniem Senneffer 1450 BC (Tomb of Vineyards) (Tomb N.96) 64

65 Niebieski pigment Grobowiec Sennefera (Tomb N.96) 1450 BC 250X 100µm 95µ m

66 Mapy µ PIXE dla niebieskiego pigmentu Grobowiec Sennefera (Tomb N.96) 1450 BC Ca Błękit egipski CaCuSi 4 O 10 kuprorivaityt face (one grain) 3000 Cu Yield 2000 Ca 1000 Si Cu Energy (kev)

67 Mapy µ PIXE dla niebieskiego pigmentu Grobowiec Sennefera (Tomb N.96) 1450 BC 67

68 Medinet Habu ( Ramzes BC ) 68

69 Ciemnoniebieski pigment Medinet Habu ( Ramzes BC ) 250X 100µm 69

70 Mapy µpixe dla ciemnoniebieskiego pigmentu Luxor (Medinet Habu) Rameseum ( BC ) Ca Cu Face (one grain) 1500 Ca Błękit egipski Yield 1000 Si CaCuSi 4 O 10 kuproriwaityt ale z domieszką hematytu 500 Fe Cu Sample Lh2.s1 μ PIXE E=3.05 MeV protons Dresden 03/4/2004 Energy (kev) 70

71 Mapy µ PIXE dla ciemnoniebieskiego pigmentu (Luxor (Medinet Habu) Rameseum ( BC ) 71

72 Struktura czarno-niebieskiej farby Grobowiec Totmesa III (N.34) 1504 BC Ca Cu Face( one grain) 1500 Błękit egipski CaCuSi 4 O 10 Yield 1000 Ca 500 Si Mn Fe Cu Sample LT3.s2 μ PIXE E=3.05 MeV protons Dresden 03/4/2008 Energy (kev)

73 200µ m 73

74 Dzięki zastosowaniu nowoczesnych metody analitycznych potrafimy wiele powiedzieć o strukturze i materiałach używanych w staroegipskich malowidłach ściennych. Metodyka jest oparta na identyfikacji charakterystycznych sygnałów tzw. fingerprints (czyli odcisków palca) i pozwala na uzyskanie wiarygodnych informacji bez przeprowadzania skomplikowanej analizy kompleksowej. 74

75 Warto podkreślić, że nasze badania potwierdziły niezwykłe umiejętności starożytnych malarzy, którzy potrafili nie tylko po mistrzowsku poprowadzić kontury obrazu ale również dobrać odpowiedni odcień farby stosując takie techniki jak: mieszanie z innymi pigmentami, używanie różnych rozmiarów ziaren, tworzenie struktur wielowarstwowych. 75

76 76