RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

SCIENZA DEI MATERIALI ANTICHI DERIVATI DA GEOMATERIALI: trasferire le conoscenze di base delle Geoscienze allo studio di vetri e metalli.

Università di riferimento

Università degli Studi di SIENA - SCIENZE DELLA TERRA - SIENA(SI)

Responsabile dell'Unità di ricerca

Isabella TURBANTI

Descrizione

UNITÀ DI SIENA L'Unità di ricerca senese che comprende mineralisti, petrografi, archeologi e archeometri , intende affrontare lo studio di materiali antichi quali vetri e vetrine con lo scopo di ricostruirne il ciclo produttivo. In particolare verranno affrontati aspetti relativi a materie prime della produzione vetraria e dei percorsi di fusione (azione 1) e reazioni fra corpo ceramico e rivestimento (azione 3). Lo studio verrà svolto secondo due linee di ricerca parallele e complementari: a) una linea applicativa che consisterà nella caratterizzazione materiale dei reperti a tutte le possibili scale di osservazione; b) una linea sperimentale che consisterà nell'effettuare prove di laboratorio atte a riprodurre le tecnologie produttive antiche. In parallelo con le suddette azioni si intende inoltre affrontare il problema della standardizzazione di metodologie analitiche e la costituzione di database (azione 2), problema estremamente articolato, data la complessità intrinseca e la disomogeneità dei materiali in esame, e di sicura attualità; infatti, al momento, contributi in tal senso sono estremamente sporadici e non coordinati AZIONE 1. Materie prime della produzione vetraria, reazioni eutectiche e percorsi di fusione. Gli obiettivi dell'Unità di Ricerca senese in merito a questa azione sono concentrati nello studio applicativo di selezionati materiali vitrei e nello studio sperimentale dei processi di fusione. La linea di ricerca applicativa è finalizzata allo studio dei materiali vitrei tardo-romani e tardo-antichi rinvenuti in molteplici siti della Puglia e nella città di Thamusida (Rabat, Marocco) e si propone di acquisire informazioni utili alla caratterizzazione delle materie prime impiegate, all'identificazione, qualora possibile, dei siti di approvvigionamento; alla ricostruzione delle tecniche fusorie e di lavorazione; alla parametrizzazione dei processi di alterazione del vetro. I siti archeologici della Puglia considerati in questo progetto, i cui materiali saranno studiati in collaborazione con il Dipartimento di Scienze Umane dell'Università di Foggia, sono: Ordona, Canosa ed Ascoli Satriano. Ordona fu un importantissimo centro lungo il corso della via Traiana che congiungeva Roma a Brindisi. L'attuale area archeologica si estende per circa 20 ettari, e consta di edifici monumentali quali il Tempio Italico, la Basilica, il Foro, etc.. Oggetto di indagine archeometrica sono i materiali vitrei rinvenuti all'interno della cisterna della domus B: 56 campioni di coppe, bicchieri/lampada e brocche/bottiglie (tra i quali prevale il colore verde), fritte, alcuni scarti di produzione ed un crogiolo. Canosa costituisce una delle principali realtà archeologiche d'Italia. Ricchissimo centro daunio, municipio romano di primo piano e poi colonia in età imperiale, la città divenne capoluogo della provincia Apulia et Calabria. In tale contesto, i materiali indagati consistono in numerosi reperti vitrei riconducibili prevalentemente a calici, databili dalla seconda metà del V fino agli inizi del VI secolo d.C., unitamente a frammenti di scarti di produzione ed alcune paste vitree. Ascoli Satriano: Le indagini archeologiche recentemente svolte in località Faragola hanno indagato alcuni ambienti residenziali di una ricca villa dotati di pregevoli mosaici e in particolare un grande ambiente, identificabile verosimilmente con una cenatio estiva, arricchito dall'inserzione di lussuosi tappeti decorati con lastrine di marmo colorato, di pasta vitrea ed elementi di avorio (IV-V secolo d.C.). Le lastrine di pasta vitrea rappresentano un oggetto di indagine estremamente peculiare se si considera che gli unici confronti disponibili per tali tappeti decorati sono stati rinvenuti nel porto di Corinto. Dato il loro particolare pregio, pertanto, si imporrà l'utilizzazione di tecniche non distruttive o microdistruttive. Thamusida è situata a circa cinquanta chilometri a nord di Rabat, una decina di chilometri ad ovest dell'Oceano. Le campagne di scavo, intraprese dal 1999 al 2003 da parte di un'equipe di archeologi italiani e Marocchini, hanno consentito di ricostruire la vita di questa città ai confini dell'impero romano (Mauretania Tingitania). Tra i numerosissimi materiali rinvenuti nell'area sono stati selezionati 142 reperti vitrei, tra i quali 103 prodotti finiti di colore blu, arancione e verde (bottiglie e bicchieri), 29 vetri da finestra incolori oppure verdi, 1 fritta, 5 paste vitree di colore blu, marrone, viola e verde e 25 scarti di produzione. Lo studio di questi materiali verrà portato avanti in collaborazione con il Dipartimento di Archeologia e Storia delle Arti di Siena. Tra i materiali prelevati dai contesti in esame sarà poi enucleato un set di campione rappresentativo per lo studio dei processi di alterazione. Tali processi, ancor poco indagati seppure di grande attualità, risultano fondamentali nello studio dei reperti vitrei ma soprattutto nella programmazione degli interventi di restauro e conservazione. La linea di ricerca sperimentale, portata avanti in collaborazione con una vetreria artigiana di Colle Val d'Elsa (SI), è finalizzata allo studio dei percorsi di fusione. L'iter analitico impiegato si suddivide in 7 steps: campionamento dei sedimenti sabbiosi della Puglia settentrionale e dell'area di Rabat; analisi dei sedimenti; macinazione per mezzo di mortaio d'agata o di di legno, qualora siano necessarie frantumazioni selettive; preparazione di miscele a contenuto variabile di vetrificanti, fondenti, stabilizzanti, coloranti ed opacizzanti; fusione a differenti temperature di cottura comprese tra i punti di trasformazione ed i punti di aggregazione; formatura, ricottura e finitura del provino; analisi dei provini effettuati. Le prove sperimentali sono finalizzate allo studio della formazione e della composizione del vetro in funzione delle temperature di cottura, a partire da miscele a composizione nota. Ulteriore obiettivo della sperimentazione sarà quello di creare diagrammi TTT, in modo da studiare i fenomeni di trasformazione in rapporto anche ad un fattore fondamentale ma scarsamente indagato quale quello del tempo. La procedura analitica, in entrambe le linee di ricerca, prevede l'impiego di tecniche classiche e innovative impiegate nello studio di rocce e minerali. Saranno effettuate analisi chimiche totali di elementi maggiori, minori ed in tracce, mediante XRF, EMP, ICP-MS che forniranno dati essenziali per le definizioni di provenienza. Sarà anche eseguito uno studio microtessiturale mediante microscopia ottica e SEM-EDS (con immagini BSE) per mettere in evidenza la presenza di disomogeneità composizionali o tessiturali, molto utili per ottenere informazioni sulle varie fasi del ciclo produttivo. Di estrema importanza per la comprensione delle tecniche di produzione del vetro il riconoscimento dei coloranti nonché del loro stato di ossidazione. Per questo, un numero selezionato di campioni verrà analizzato mediante spettroscopia XAS in luce di sincrotrone in collaborazione con ricercatori dell'Universià di Modena. Lo studio delle patine di alterazione si avvarrà anche di metodologie ad elevata risoluzione, quali la microscopia elettronica a trasmissione e vedrà ampia collaborazione fra l'Unità di Siena e l'Unità di Padova. AZIONE 2. Standardizzazione di metodologie analitiche e costituzione di database Il problema della standardizzazione di metodologie analitiche rappresenta un ben noto e complesso problema, anche se troppo spesso trascurato. Questo problema è ancora più critico quando si tratta, come nel caso del presente progetto, di studiare manufatti archeologici derivati da materiali geologici e quindi naturali, molto spesso largamente disomogenei. Il contributo dell'Unità di Siena a questa azione comune a tutto il progetto può essere così schematizzato: 1) concorrere alla definizione di un protocollo analitico per reperti vitrei, vetrine e smalti 2) produzione di standard di processo per vetrine in collaborazione con l'Unità di Pavia 3) implementazione e gestione di un data base integrato Per quanto riguarda il punto 1, data la disomogeneità composizionale e tessiturale dei materiali in studio, il protocollo analitico dovrà necessariamente comprendere analisi di bulk, quali l'XRF, l'ICP-MS e l'INAA, ma soprattutto analisi in situ, quali la microscopia ottica, la microscopia elettronica a scansione e a trasmissione, la microsonda elettronica, la microsonda Raman. L'Unità di Siena si propone di focalizzare la sua attenzione prevalentemente alla messa a punto di metodologie di indagine "in situ" per lo studio delle disomogeneità composizionali e tessiturali, (quali zonature, fasi di neo-formazione, bordi di reazione). La difficoltà fondamentale in questo tipo di indagini è rappresentata soprattutto dalle dimensioni estremamente ridotte delle fasi (da micro a nanometriche) e quindi la necessità di utilizzare metodologie ad alta risoluzione, quali il TEM, i cui risultati non sono certo facilmente standardizzabili. Oppure, sempre nel caso di fasi neo-formazione o di pigmenti, si può rendere necessaria una determinazione di tipo strutturale in situ, per cui la microsonda Raman è particolarmente indicata, ovviamente se le dimensioni sono maggiori di 2 microns. Per quanto riguarda il punto 2 ci si prefigge di produrre standards di vetrine per sintesi sperimentale, con particolare attenzione agli standards di processo, risultato questo particolarmente innovativo. Su questi standards verranno eseguiti test di inter-calibrazione tra i diversi laboratori e, una volta definita l'attendibilità delle analisi, verranno eseguiti test con diverse metodologie per parametrizzare il potere di risoluzione dei diversi strumenti. Per quanto riguarda il punto 3, l'Unità di ricerca senese avrà il compito di implementare e gestire il database elaborato per le passate ricerche (Gliozzo et al., 2002) e destinerà un giovane laureato (per cui viene richiesta una borsa di studio) all'adeguamento del software ed alla raccolta dei dati prodotti dal presente progetto. Riteniamo che la caratteristica principale di questo database sia quella di fornire uno strumento possa essere contemporaneamente sfruttato dagli archeologi e dagli scienziati. Oltretutto, l'integrazione delle domande implicherà l'archiviazione globale dell'intera documentazione prodotta, sia essa di ambito umanistico o scientifico ed un'interfaccia user-friendly che permetterà di allargare l'utenza sia a livello di immissione che di consultazione dei dati. Le notizie storico-archeologiche, le analisi scientifiche ed i risultati archeometrici confluiranno in un unico contenitore articolato, suddiviso mediante schede opportunamente personalizzate e facilmente implementabile. AZIONE 3. Reazioni tra il corpo ceramico ed il rivestimento. L'Unità di Ricerca senese si propone di studiare in maniera approfondita le interazioni che avvengono fra rivestimento vetroso (vetrina o smalto) e corpo ceramico, sia su campioni antichi che mediante esperimenti di laboratorio. Come nell'azione 1 due saranno le linee di ricerca: 1) una linea di ricerca applicativa; 2) una linea di ricerca sperimentale. La linea di ricerca applicativa riguarderà lo studio di ceramiche a vetrina sparsa e a vetrina pesante, provenienti da Campiglia Marittima (LI) e di maioliche arcaiche senesi. Preliminari indagini archeometriche sono già state condotte sui suddetti manufatti limitatamente ai corpi ceramici. Le ceramiche a vetrina sparsa rinvenute nel castello di Campiglia Marittima (LI) furono prodotte a partire dal IX fino all'XI secolo d.C., mentre quelle a vetrina pesante dal IX secolo fino al XII d.C.. Entrambe le classi ceramiche sono caratterizzate da un rivestimento trasparente, ricco in piombo, che, nelle vetrine sparse, non è applicato uniformemente su tutta la superficie ceramica. Le maioliche arcaiche senesi (primi decenni del XIV secolo d.C.) comprendono quelle del convento del Carmine e quelle rinvenute durante gli scavi archeologici nella contrada del Nicchio. I reperti (circa 400) consistono in manufatti, scarti di lavorazione e distanziatori. I rivestimenti sono di due tipi, uno smalto bianco opacizzato con decorazioni colorate sulla superficie esterna e una vetrina trasparente sulla superficie interna. Lo studio comparato delle suddette vetrine sarà estremamente interessante per ricostruirne l'evoluzione tecnologica durante il medioevo. D'altra parte, nell'ambito delle maioliche, il confronto fra smalto e vetrina consentirà di osservare come composizioni chimiche iniziali diverse diano luogo a fenomeni diversi durante la cottura. Lo studio archeometrico dei suddetti rivestimenti, oltre alla caratterizzazione chimica e all'individuazione delle fasi coloranti, sarà volto soprattutto alla comprensione dei fenomeni di interazione che si realizzano fra rivestimento e corpo ceramico (formazione di un'interfaccia con fasi di neo-formazione) e che sono funzione di diversi fattori, quali la composizione iniziale del rivestimento e del corpo ceramico, la temperatura di cottura, la durata, la velocità di raffreddamento, la modalità di applicazione (monocottura, bicottura). La metodologia di indagine fondamentale sarà la microscopia elettronica a scansione con microanalisi e immagini BSE, mediante la quale sarà possibile ottenere analisi chimiche su aree dei rivestimenti, e sui pigmenti. Saranno effettuati anche profili composizionali per gli elementi più significativi (Si, Pb, Al) per valutare l'entità e la modalità di diffusione fra i due sistemi. Verranno poi acquisite informazioni su spessore e tessitura dell'interfaccia e sui minerali di neo-formazione, per il cui riconoscimento potrà essere indispensabile la microsonda Raman (identificazione di cristobalite o mullite). Date le dimensioni estremamente piccole dei cristalli neo-formati (talvolta inferiori al micron), potrà rendersi necessario l'utilizzo della microscopia elettronica a trasmissione. La linea di ricerca sperimentale prevede i seguenti step: 1) approvvigionamento di argille con differenti caratteristiche chimiche e mineralogiche; 2) analisi dei sedimenti; 3) elaborazione di impasti ceramici che utilizzino i sedimento tal quali o loro frazioni granulometriche o, ancora, miscele di argille o frazioni differenti; 4) applicazione di rivestimenti a base di PbO o SnO2 e SiO2, opportunamente miscelati, macinati e applicati mediante l'immersione del corpo ceramico; 5) cottura di tali impasti con temperature di cottura e raffreddamento controllate; 6) analisi dei corpi ceramici, dei rivestimenti e, soprattutto, delle reazioni tra questi. E' previsto l'utilizzo delle seguenti tecniche analitiche 1) microscopia ottica, microscopia elettronica a scansione, microsonda elettronica e micro-spettroscopia Raman per le analisi tessiturali e mineralogiche sia dei corpi ceramici sia dei rivestimenti, 3) diffrattometria a raggi X e fluorescenza a raggi X per analisi mineralogiche e chimiche di bulk dei corpi ceramici e dei sedimenti. Sono previste ampie collaborazioni con i diversi gruppi di ricerca afferenti al progetto. In particolare, con l'Università di Pavia e di Padova per quanto riguarda le azioni 1 e 3, con le Unità di Pavia, Modena e Padova per l'azione 2, attraverso scambio di campioni da analizzare nei vari laboratori con la stessa metodologia, ma anche rendendo disponibili a tutti gruppi apparecchiature presenti solo a Siena, quali TEM e Raman. Nell'ambito dell'attività di formazione dei giovani ricercatori, è prevista presso il Dipartimento di Scienze della Terra di Siena l'attivazione di uno stage sulle applicazioni della microsonda Raman allo studio dei materiali archeologici cui parteciperanno giovani ricercatori delle altre Unità di ricerca. GLIOZZO et al (2002) - An integrated database for archaeometric data-handling. Proceedings of The second national congress for the Italian Association of Archaeometry -"Science and Cultural Heritage", 37-47.