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 MODENA e REGGIO EMILIA - SCIENZE DELLA TERRA - MODENA(MO)

Responsabile dell'Unità di ricerca

Andrea CARDARELLI

Descrizione

La ricerca è impostata su testimonianze archeologiche provenienti dall'area modenese dove la collaborazione già avviata con la Soprintendenza, il Museo Civico Archeologico di Modena e con altri musei del territorio, consente di avere il necessario supporto archeologico ed istituzionale. Il territorio prescelto risulta inoltre particolarmente significativo per la quantità delle testimonianze relative alle produzioni oggetto della ricerca e per la natura dei resti archeologici correlati ad evidenze particolarmente significative, quali lo sviluppo della facies archeologica delle terramare e il pieno sviluppo del sistema economico e produttivo nella prima età imperiale, come noto correlato ad una economia agricola ed artigianale ad alta produttività. In tal senso le ricerche archeometriche proposte vengono ad arricchire un quadro di tipo storico ed archeologico già ben articolato e possono risultare determinanti per chiarire aspetti fortemente significativi quali quelli legati allo scambio e all'organizzazione della produzione artigianale. Proprio per queste caratteristiche la ricerca non appare confinata all'ambito locale, piuttosto essa può chiarire aspetti che riguardano ambiti geografici molto più ampi. 1) Bronzi (Azioni 2 e 4) - La produzione metallurgica delle terremare è quanto mai varia e allo stato attuale delle conoscenze il patrimonio di oggetti in bronzo delle terramare è il più ricco nel territorio nazionale per l'età del bronzo media e recente (XVII –XII sec. a.C.). Gli artigiani specializzati nella lavorazione del metallo che lavoravano all'interno dei villaggi terramaricoli hanno nel tempo fortemente evoluto le loro capacità produttive e ampliato la gamma di prodotti che comprendevano oltre alle armi (spade, pugnali, giavellotti) e ornamenti (spilloni, fibule, pendagli) anche utensili (asce, falcetti, sgorbie, punteruoli) e oggetti per la cura personale (rasoi, pettini). La materia prima necessaria a questa produzione deve aver determinato uno sviluppo assai consistente delle attività di scambio, documentato dalla comparsa di pesi litici da bilance, probabilmente usati nella contrattazione relativa al reperimento del metallo da fondere (Cardarelli et al. 2000). Le indagini metallografiche preliminari condotte su alcuni dei reperti (Garagnani et al., 1997) hanno evidenziato microstrutture riconducibili a diverse metodologie di produzione metallurgica ed hanno mostrato una generale struttura monofasica in campioni contenenti sino al 7% di Sn. Al di sopra di tale soglia, nel caso di reperti che hanno subito processi di raffreddamento abbastanza rapidi, sono state rilevate strutture dendritiche e fenomeni di segregazione della fase eutettoidica. Tali fenomeni comportano una disomogeneità del campione che può arrivare fino alla scala di 100-300 microns e che può essere inoltre concentrata nelle parti più esterne del reperto. Recentissime indagini condotte in Microscopia Elettronica a Scansione (SEM) su un'ascia del Bronzo antico, rinvenuta a Savignano (Modena), con un contenuto di Stagno molto basso (< 2 %), hanno evidenziato la presenza di una lega non monofasica anche in questo caso. Inoltre lavori di archeometallurgia sperimentale (Costantinides et al., 2001) hanno evidenziato, in bronzi archeologici simulati, microstrutture eterogenee caratterizzate dalla presenza di fasi metalliche e non-metalliche. Queste ultime sono costituite da aggregati di ossidi o solfuri di elementi maggiori o in tracce. Nelle leghe di Cu-Sn-Zn-Pb le eterogeneità possono arrivare a dimensioni dell'ordine di qualche centinaio di microns. Il progetto di ricerca potrà avvalersi di un rapporto di collaborazione con ricercatori dell'Unità di Perugia. Obiettivo iniziale è quello di individuare il metodo più appropriato di prelievo dei campioni, tenendo conto da una parte delle necessità di tutela dei materiali archeologici e dall'altro di ottenere campioni che riflettano il più verosimilmente possibile la microtessitura e la composizione del manufatto. Il campionamento dovrà quindi ovviamente tener conto delle eventuali disomogeneità e della possibilità che l'eterogeneità del materiale che costituisce il reperto sia concentrata nelle parti più superficiali del reperto stesso. Verranno quindi condotte indagini metallografiche tali da rivelare la presenza di strutture che si formano mediante trattamenti termici e meccanici utilizzati durante i vari tipi di lavorazione dei manufatti. Tali indagini verranno effettuate mediante microscopia ottica, microscopia elettronica (SEM), diffazione a Raggi X e saranno eventualmente affiancate da metodologie innovative di diffazione, utilizzando radiazioni da sorgenti non convenzionali (fasci di neutroni). A questa fase seguiranno le determinazioni chimiche che verranno eseguite per quanto riguarda i componenti maggiori mediante Microsonda elettronica (EMP), e per quanto riguarda i componenti in tracce mediante Spettrometria di Massa con sorgente al Plasma, accoppiata ad eccitazione Laser (LAM-ICP-MS). Verrà pure verificata la possibilità di determinare le composizioni isotopiche di Cu e Pb utilizzando il nuovo Spettrometro di Massa con sorgente al Plasma, appena acquisito dall'unità di Pavia. La natura poco invasiva di tali metodologie analitiche consentirà di ampliare notevolmente la base statistica della ricerca in quanto si otterranno analisi su un maggior numero di reperti. A questa fase di caratterizzazione chimico-tessiturale dei manufatti archeologici verrà affiancata una fase di archeometallurgia sperimentale utilizzando rame nativo, carbonati e solfuri di rame a composizione nota come materia prima e simulando dapprima il processo di estrazione e ottenimento di lingotti e, successivamente, il processo di fusione dei lingotti e di lavorazione per ottenere i manufatti (Binggelli et al. 1997). Lo scopo di questa fase sperimentale è quello di verificare il comportamento dei vari elementi durante l'intero processo di lavorazione. L'insieme di informazioni così ottenute, la verifica delle differenze areali riscontrate in precedenti studi di analisi statistiche multivariate (vedi base di partenza), unitamente alla raccolta di dati su giacimenti di rame renderà possibile la verifica dell'esistenza di markers che possano permettere di individuare le aree di provenienza della materia prima e di contribuire alla comprensione dell'estensione delle attività di scambio della materia prima in epoca protostorica. La maggior parte dei campioni che saranno presi in esame hanno età variabili dal Bronzo Medio al Bronzo Recente. Rari campioni appartengono al Bronzo Antico. Si tratta di lingotti o pani, armi (spade e pugnali), utensili (asce, scalpelli e falcetti) e ornamenti e oggetti di uso personale (spilloni, fibule e rasoi). 2) Vetri (Azioni 1 e 2) (a) Numerosi esemplari vitrei provenienti da insediamenti di Età imperiale romana, sono stati recentemente individuati durante ricognizioni di superficie nella bassa pianura modenese e sono stati oggetto di studi che ne hanno consentito l'identificazione tipologica e cronologica (Tarpini, 1997;1998). Tale area geografica era all'epoca interessata da intense correnti di traffico, favorite dalla viabilità terrestre e fluviale, che coinvolgevano i territori centro-padani, alto-adriatici e centro-europei. Nonostante l'abbondanza di reperti vitrei, in quest'area non sono stati ritrovati i resti di fornaci o officine vetrarie o reperti quali gli indicatori di produzione che facciano pensare alla presenza di un centro di produzione/lavorazione vetraria. Questo lascia supporre che i manufatti venissero prodotti altrove e poi trasportati alle zone di consumo. Scopo di questo progetto è quello di risalire alla provenienza dei manufatti rinvenuti, sulla base della composizione chimica di elementi maggiori, minori e in tracce e della tecnica di lavorazione (aggiunta di additivi coloranti e decoloranti, atmosfera dei forni, ecc.) confrontandoli con reperti provenienti dalle aree di Aquileia (Calvi, 1968, 1991; Termini Storti, 1994) e del Cantone Ticino (Gmür Brianza, N.R.U., 1990; Biaggio Simona, 1991). Il progetto prevede l'analisi di 83 campioni (frammenti di oggetti di uso comune in vetro blu-verde e trasparente che includono piatti (Isings 46a), coppe (Isings 3), bicchieri (Isings 106), bottiglie (Isings 50), balsamari (Isings 8) e vetri da finestra) datati tra la prima metà del I sec e il IV sec d.C., provenienti dalla zona di Mirandola, Concordia e Finale Emilia e conservati presso il Museo Civico Archeologico "G.Venturini" di San Felice sul Panaro. Inoltre saranno analizzati 30 campioni della zona di Locarno e 15 di Aquileia quali frammenti di bicchieri, bottiglie, coppe, balsamari tubolari, balsamari a forma di colomba, bastoncini di diverse tipologie e perle. b) Allo scopo di studiare le tecniche vetrarie utilizzate per la produzione di paste vitree opache e colorate e la loro evoluzione nel tempo, oltre ai reperti dell'area Modenese (periodo I-IV sec. d.C.), saranno analizzate 12 pedine da gioco provenienti dagli scavi di Pompei (precedenti il 79 d.C.). Di queste 10 sono opache di vario colore, mentre due, una verde e una perfettamente incolore, sono trasparenti. Su tali campioni saranno condotte analisi morfologiche, chimiche e mineralogiche e i risultati saranno confrontati con quelli ottenuti su frammenti di oggetti di uso comune, di uguale colorazione e su tessere musive vitree rinvenuti nella stessa area. Tali studi hanno non solo lo scopo di verificare la attendibilità dell'affermazione di Plinio relativa alla produzione di pedine da gioco "Fragmenta teporata aglutinatur tantum (…) veluti cum calculi fiunt, quos quidam ab oculi appellant", ma si propongono anche di definire le condizioni di cristallizzazione delle fasi opacizzanti presenti. Per analisi di vetri archeologici sono già state messe a punto presso il Dipartimento di Scienze della Terra di Modena tecniche analitiche –EMPA per gli elementi maggiori e WDS-XRF per i minori e le tracce – che consentono di ottenere nel primo caso valori attendibili per gli elementi leggeri altamente volatili, come il Na, e nel secondo di abbassare i limiti di rilevabilità a valori dell'ordine delle decine di ppm compatibilmente con l'utilizzo di quantità molto basse di campione. Il protocollo d'analisi messo a punto prevede un limite minimo di materiale necessario per l'analisi in Fluorescenza X di 300 mg e condizioni analitiche particolari nel caso di EMPA in questo caso ovviamente su volumi dell'ordine di pochi micron3. Per quanto riguarda la caratterizzazione delle fasi cristalline presenti come opacizzanti sarà utilizzata diffrazione per polveri (XRPD) usando diffrattometro automatico per polveri e camera di Gandolfi; quest'ultima metodologia è particolarmente adatta per analizzare volumi inferiori al mm3 e per vetri disomogenei, quali ad esempio i vetri millefiori. Poiché la caratterizzazione dei componenti coloranti è di estrema importanza nella comprensione delle tecniche di manifattura dei vetri, si intende applicare, a una serie selezionata di campioni, la spettroscopia XAS utilizzando luce di sincrotrone (Quartieri et al., 2002, 2003). Già le tonalità diverse di colore (per alcuni vetri variabile dal blu scuro al verde-blu chiaro) suggeriscono la presenza di diversi agenti coloranti come Fe, Cu e Co e il possibile uso di decoloranti come il Mn e l'Sb. Tali indagini permetteranno di determinare lo stato di ossidazione del Fe e dei decoloranti presenti, mentre quello di Cu e Co permetteranno di verificare come gli artigiani esercitavano un controllo sul colore finale del manufatto. La peculiarità del presente progetto di ricerca è il numero elevatissimo di campioni a disposizione, perfettamente caratterizzati dal punto di vista archeologico (tipologia ed età), che permetterà quindi di ottenere una elevata quantità di dati circa la composizione chimica di vetri romani e di iniziare a creare un data-base chimico dettagliato e basato sulle più moderne ed attendibili metodologie analitiche. In questa ottica saranno eseguiti test di inter-calibrazione con i ricercatori dell'UO di Padova e Pavia per verificare efficacia ed efficienza delle metodologie adottate. Lo scopo è quello di proporre un protocollo analitico pilota, poco invasivo e particolarmente flessibile per le analisi scientifiche di materiali vitrei antichi, di facile utilizzo e a basso costo da proporre a laboratori di strutture museali . Le analisi chimiche e spettroscopiche permetteranno di definire: -tipo di vetro; -presenza di elementi cromofori e loro stato di ossidazione; -aggiunta intenzionale di altri elementi cromofori; -aggiunta di elementi decoloranti come il Mn e l'Sb; -eventuali interventi tecnologici eseguiti nelle diverse fasi della produzione (es. momento dell'aggiunta del decolorante o dei test di viscosità etc.); -presenza e tipo delle fasi opacizzanti; -rapporti tra composizione chimica e tipologia del vetro; -rapporti tra composizione chimica ed età del vetro; -possibile tipo e provenienza delle materie prime utilizzate. References -Biaggio Simona, S. (1991) I vetri romani provenienti dalle terre dell'attuale Cantone Ticino, voll. 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