ΣΥΝΕΙΣΦΟΡΑ ΤΩΝ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

Transcript

1 ΣΥΝΕΙΣΦΟΡΑ ΤΩΝ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ Απόλυτη Χρονολόγηση Έλεγχος Αυθεντικότητας Διερεύνηση του Παλαιοπεριβάλλοντος Χαρακτηρισμός και Εντοπισμός Προέλευσης Πρώτων Υλών και Αντικειμένων Μελέτη της Αρχαίας Τεχνολογίας και Εξέλιξης της στο Χρόνο DNA, Διατροφή και Εξέλιξη του Ανθρώπου Διασκοπήσεις για τον Εντοπισμό Θαμμένων Μνημείων Κατανόηση των Μηχανισμών Φθοράς

2 ΜΕΛΕΤΕΣ ΑΡΧΑΙΑΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ Κεραμική Τεχνολογία Μεταλλουργία Υαλώδεις ύλες και υαλουργία Κονιάματα και τοιχογραφίες Χρωστικές και χρώματα Ζωγραφική σε Καμβά και Εικόνες Επεξεργασία Επιφανειών (υφή, στίλβωση, εφαρμογή χρωστικών, υαλώματα) Παραγωγή Χαρτιού Επίπτωση της Καιρικής Αλλοίωσης?

3 ΜΕΛΕΤΕΣ ΑΡΧΑΙΑΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ Τεχνικές Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης και διέλευσης Μικροανάλυση Περίθλαση Ακτίνων-χ Φθορισμός Ακτίνων-χ Ραδιογραφία, Τομογραφία Μέτρηση Μηχανικών Ιδιοτήτων Ανάλυση Επιφάνειας - Τοπογραφία PIXE, PIGE (Επιταχυντής) Φασματοσκοπία Mössbauer Φασματοσκοπία Υπέρυθρου Φασματοσκοπία Υπεριώδους Ανακλαστογραφία Λέιζερ κ.α.

4 Πρώτη Εφαρμογή στο ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» (δεκαετία του 60) Ο Μηχανισμός των Αντικυθήρων (1 ος αιώνας π.χ.)

5 Ο Μηχανισμός των Αντικυθήρων (περίπου 80 π.χ.) ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΡΧΑΙΟΜΕΤΡΙΑΣ, ΕΚΕΦΕ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ»

6 Ο Μηχανισμός των Αντικυθήρων (περίπου 80 π.χ.) ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΡΧΑΙΟΜΕΤΡΙΑΣ, ΕΚΕΦΕ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ»

7 Ο Μηχανισμός των Αντικυθήρων (περίπου 80 π.χ.) Σύγχρονη Αναπαράσταση

8 ΚΕΡΑΜΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΡΧΑΙΟΜΕΤΡΙΑΣ, ΕΚΕΦΕ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ»

9 ΕΝ ΑΡΧΗ ΗΝ ΧΩΜΑ ΧΩΜΑ + ΦΩΤΙΑ = ΚΕΡΑΜΙΚΟ ΝΈΟ ΥΛΙΚΟ ΣΤΟΝ ΠΛΑΝΗΤΗ ΠΡΩΤΗ ΑΠΟΠΕΙΡΑ: 9,000 ΧΡΌΝΙΑ ΠΡΙΝ (Κάποια εμπειρία υπήρχε ίσως από γύψους και σοβάδες) Περιλαμβάνει: ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΨΗΣΙΜΟ ΑΛΛΑΓΗ ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΙΚΩΝ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΠΡΩΤΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗ ΕΠΑΝΑΣΤΑΣΗ ΤΟΥ ΑΝΘΡΩΠΟΥ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ ΤΟΥ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΑΓΩΝΑ ΤΟΥ ΑΝΘΡΩΠΟΥ ΝΑ ΔΑΜΑΣΕΙ ΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΜΕΤΑΛΛΑ: 4,000 ΧΡΟΝΙΑ ΑΡΓΟΤΕΡΑ ΚΕΡΑΜΙΚΑ: ΠΑΡΑΛΛΗΛΗ ΠΟΡΕΊΑ

10 ΚΕΡΑΜΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΡΧΑΙΟΜΕΤΡΙΑΣ, ΕΚΕΦΕ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ» ΦΥΣΙΚΗ ΑΡΓΙΛΟΣ Επιλογή, τρίψιμο, κοσκίνισμα, αιώρηση ΒΕΛΤΙΩΜΕΝΗ ΠΡΩΤΗ ΥΛΗ ΠΗΛΟΣ Προσθήκη καταλλήλων ποσοτήτων απλαστικών υλικών και νερού ΑΓΓΕΙΟ ΚΕΡΑΜΙΚΟ Σχηματοποίηση και διακόσμηση που βασίζεται σε κοινωνικές, αισθητικές, οικονομικές και θρησκευτικές ανάγκες Όπτηση με ελεγχόμενες συνθήκες θερμοκρασίας και ατμόσφαιρας Y. Maniatis, The emergence of ceramic technology and its evolution as revealed with the use of scientific techniques, in A.J. Shortland, I.C. Freestone and T. Rehren (eds), From Mine to Microscope: Advances in the Study of Ancient Technology, Oxbow Books, Oxford, 11-27, (2009).

11 ΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΑΡΧΑΙΑΣ ΚΕΡΑΜΙΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ Απαιτεί προσδιορισμό με αρχαιομετρικές μεθόδους των: Θερμοκρασία όπτησης Είδος πηλού Βαθμό υαλοποίησης Πορώδους Φύσης και είδους εγκλεισμάτων Πυρίμαχες ιδιότητες του πηλού Είδους και τεχνολογίας επιχρίσματος και βαφών Βασική έρευνα για την κατανόηση της συμπεριφοράς των διαφορετικών τύπων αργίλων στην όπτηση Επίσης Αρχαιολογική έρευνα για το προσδιορισμό: Είδος, τύπος αγγείων και διακόσμηση Χρήση Χρονολογικές φάσεις και εξέλιξη

12 ΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΑΡΧΑΙΑΣ ΚΕΡΑΜΙΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ Ζητούμενο: Η εκμετάλλευση ή όχι των πυρίμαχων ιδιοτήτων των διαφορετικών πηλών από ένα αρχαίο εργαστήριο, η σταθερότητα στην ποιότητα, οι λύσεις που δόθηκαν στο πρόβλημα μίας όχι και τόσο κατάλληλης αργίλου για μια συγκεκριμένη χρήση, σε συνδυασμό με την ευχέρεια επιλογής αργίλου δείχνουν το επίπεδο της τεχνολογίας και τεχνογνωσίας. Η ποιότητα είναι συνάρτηση των: είδος πηλού, θερμοκρασία όπτησης, πυρίμαχες ιδιότητες, μικροδομή, είδος και ποσότητα εγκλεισμάτων, μηχανικές ιδιότητες, διακόσμηση και χρήση. π.χ. ένα σωστό μαγειρικό σκεύος μπορεί να είναι πολύ ανώτερης ποιότητας από ένα διακοσμητικό αγγείο.

13 Τα βασικά ορυκτά της αργίλου Καολινίτης Al2Si2O5(OH)4 Σμεκτίτης - Μοντμοριλλονίτης (Na,Ca)0,3(Al,Mg)2Si4O10(OH)2 n(h2o) Μοσχοβίτης KAl2(Si3Al)O10(OH,F)2 Φλογοπίτης KMg3(Si3Al)O10(F,OH)2

14 Συνοδευτικά ορυκτά - εγκλείσματα Χαλαζίας (SiO2): Χάνεται το προσροφημένο νερό Άστριοι (Si, Al + Na or K or Ca): Αλβίτης, Ορθόκλαστο, Σανιδίνης, Μικορκλινής, Ανορθίτης Μίκα (Si, Al, K, Mg): Μοσχοβίτης ασημή, Φλογοπίτης κοκκινωπή Ασβεστίτης (CaCO3): Μεγάλοι κόκκοι ή λεπτοδιαμερισμένο Mica = μαρμαρυγίας

15 Αλλαγές στον πηλό κατά την θέρμανση o C:Χάνεται το προσροφημένο νερό o C: Χάνεται το δεσμευμένο νερό (ΟΗ) Απο-υδροξυλίωση (Ανιχνεύονται με FTIR) o C: Διάσπαση του ανθρακικού ασβεστίου αν υπάρχει (Ανιχνεύεται με FTIR και XRD) o C: Ορυκτολογικές αλλαγές, πυροσυσωμμάτωση, υαλοποίηση (Ανιχνεύονται με XRD, DTA, αλλά το καλύτερο είναι το SEM CaCO 3 CaO + CO 2 Για τις αλλαγές στα οξείδια του Fe και την ατμόσφαιρα του κλιβάνου: Φασματοσκοπία Mossbauer

16 Επίδραση των συστατικών στη μείωση της θερμοκρασίας όπου εμφανίζεται πυροσυσσωμάτωση και υαλοποίηση = κεραμικό Καθαρός καολίνης (46% Al 2 O % SiO 2 ) 1600 o C Εάν προστεθεί: K 2 O 985 o C Na 2 O 1050 MgO 1355 CaO 1345 TiO FeO 1210 Όλα μαζί 800 ο C

17 Ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης με μικροανάλυση

18 Τα δευτερογενή ηλεκτρόνια 10 μm

19 Τα οπισθοσκεδαζόμενα ηλεκτρόνια ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΡΧΑΙΟΜΕΤΡΙΑΣ, ΕΚΕΦΕ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ»

20 Ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης εξέταση μικροδομής σε φρεσκοσπασμένες επιφάνειες Άψητος πηλός 930 ο C (μη-ασβεστιούχος) 1000 ο C(μη-ασβεστιούχος) Y. Maniatis, The emergence of ceramic technology and its evolution as revealed with the use of scientific techniques, in A.J. Shortland, I.C. Freestone and T. Rehren (eds), From Mine to Microscope: Advances in the Study of Ancient Technology, Oxbow Books, Oxford, 11-27, (2009) ο C(ασβεστιούχος)

21 Συστηματική διερεύνηση διαφόρων ελληνικών αργίλων Y. Maniatis, A. Simopoulos and A. Kostikas, Mössbauer study of the effect of calcium content on iron oxide transformations in fired clays, J. Am. Ceram. Soc., 64, , (1981).

22 Όπτηση σε οξειδωτικές συνθήκες ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΡΧΑΙΟΜΕΤΡΙΑΣ, ΕΚΕΦΕ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ» Fe 2 O 3 or FeOOH α-fe 2 O 3 Increasing size with FT Fe 2 O 3 + CaO + Al 2 O 3 + SiO 2 = Fe,Ca-Aluminosilicates Decrease of iron oxide particle sizes Y. Maniatis, A. Simopoulos and A. Kostikas, Mössbauer study of the effect of calcium content on iron oxide transformations in fired clays, J. Am. Ceram. Soc., 64, , (1981).

23 Ενδεικτικό χρώμα κεραμικών ψημένων σε οξειδωτικές συνθήκες DARK RED Non-Calcareous RED BROWN/RED PINK/CREME WHITE Calcareous Firing Temperature o C (Reducing Atmosphere)

24 Διερεύνηση της τεχνολογίας κεραμικών και βαφών Άργιλος χωρίς ασβέστιο Άργιλος με ασβέστιο

25 Όπτηση σε αναγωγική ατμόσφαιρα Μη ασβεστιούχος άργιλος (Καρφί-Κρήτη) Ασβεστιούχος άργιλος (Κόρινθος) Y. Maniatis, A. Simopoulos, A. Kostikas and V. Perdikatsis, Effect of reducing atmosphere on minerals and iron oxides in fired clays: The role of Ca, J. Amer. Ceram. Soc. 66(11), , (1983)

26 ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΣΕ ΟΞΕΙΔΩΤΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ FeO(OH)2 (πορτοκαλί) Fe2O3 (κόκκινο) Fe2O3 + CaO μικροί κόκκοι Fe2O3 (ροζ) + ενώσεις Si-Al-Fe-O ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΣΕ ΑΝΑΓΩΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ FeO(OH)2 (πορτοκαλί) ή Fe2O3 (κόκκινο) Fe3O4 (μαύρο) FeO (μαύρο) Fe (μεταλλικό) FeO(OH)2 ή Fe2O3 + CaO ενώσεις Si-Al-Fe-O, δεσμεύεται ο Fe πριν γίνει Fe3O4

27 Όπτηση σε αναγωγική ατμόσφαιρα Μη ασβεστιούχο Ασβεστιούχο Y. Maniatis, The emergence of ceramic technology and its evolution as revealed with the use of scientific techniques, in A.J. Shortland, I.C. Freestone and T. Rehren (eds), From Mine to Microscope: Advances in the Study of Ancient Technology, Oxbow Books, Oxford, 11-27, (2009).

28 Ενδεικτικό χρώμα κεραμικών ψημένων σε αναγωγικές συνθήκες BLACK Non-Calcareous DARK GREY GREY PALE GREY WHITISH Calcareous Firing Temperature o C (Reducing Atmosphere)

29 Διερεύνηση της τεχνολογίας κεραμικών και βαφών Κάθετος τομή κοντά στην επιφάνεια Διάβρωση Y. Maniatis, E. Aloupi and A.D. Stalios, "New Evidence for the Nature of the Attic Black Gloss". Archaeometry, -35-, 23-24, (1993).

30 LABORATORY OF ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ARCHAEOMETRY, ΑΡΧΑΙΟΜΕΤΡΙΑΣ, NCSR ΕΚΕΦΕ DEMOKRITOS «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ» Body and black gloss composition FeO 18 Body Attic 17 Body Nymph Body Etruscan 16 Black gloss Attic 15 Black gloss Nymph 14 Black gloss Etrusc ,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Al 2 O 3 /SiO 2

31 TEM Αττικού μαύρου υαλώματος ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΡΧΑΙΟΜΕΤΡΙΑΣ, ΕΚΕΦΕ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ» Y. Maniatis, E. Aloupi and A.D. Stalios, "New Evidence for the Nature of the Attic Black Gloss". Archaeometry, -35-, 23-24, (1993).

32 Σύγκριση μαύρων στιλπνών βαφών σε διάφορες εποχές Black gloss Na Mg Al Si P S Cl K Ca Ti Mn Fe EBA, Thera Late Geometric, Naxos Classical Period, Attic E. Aloupi and Y. Maniatis, "Investigation of the Technology of Manufacture of Local LBA Theran Pottery: Body and Pigment Analysis", In "Thera and the Aegean World III, Hardy D.A. ed., Vol. 1, , (1990).

33 ΑΨΗΤΟ Βαφή Σώμα 1 ο Στάδιο 900 ο C ΟΞΕΙΔΩΤΙΚ Η 2 ο Στάδιο 750 ο C ΑΝΑΓΩΓΙΚΗ 3 ο Στάδιο 850 ο C ΟΞΕΙΔΩΤΙΚΗ

34 Αναπαραγωγή της τεχνικής των αττικών μελαμβαφή αγγείων στο εργαστήριο E. Aloupi, Study of slips and paints on ancient ceramics using PIXE and scanning electron microscopy (in Greek), Ph.D. Thesis, Dept. of Chemistry, University of Ioannina, Ioannina, Greece, (1993).

35 Διχρωμία με μονό ψήσιμο σε οξειδωτική ατμόσφαιρα Ασβεστιούχος πηλός Μαγγανιούχα βαφή (MnO 2 ) Σιδηρούχα βαφή (Fe 2 O 3 ) Y. Maniatis, The emergence of ceramic technology and its evolution as revealed with the use of scientific techniques, in A.J. Shortland, I.C. Freestone and T. Rehren (eds), From Mine to Microscope: Advances in the Study of Ancient Technology, Oxbow Books, Oxford, 11-27, (2009).

36 Χαμηλές θερμοκρασίες Οικιακές πηλοκατασκευές Φούρνοι κλειστοί Εστίες ανοιχτές Αποθηκευτικοί σιροί Y. Maniatis, Y. Facorellis, A. Pillali, A. Papanthimou-Papaefthimiou, "Firing Temperature Determinations of Low Fired Clay Structures", in V. Kilikoglou, A. Hein, Y. Maniatis eds, "Modern Trends in Scientific Studies on Ancient Ceramics", Proc. of 5th European Meeting on Ancient Ceramics, Athens 1999, BAR International Series, 1001, 59-68, (2002).

37 Δίχωρες κατασκευές ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΡΧΑΙΟΜΕΤΡΙΑΣ, ΕΚΕΦΕ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ» Total length: 58cm Chamber: 27X22X15cm Diameter of pot : 34cm

38 ΕΡΩΤΗΜΑΤΑ Τα υπολείμματα των πηλοκατσκευών που βρίσκονται μέσα στα προϊστορικά σπίτια: 1. Είναι κλειστοί φούρνοι, ανοιχτές εστίες ή ακόμη και αποθηκευτικοί σιροί? 2. Ποια ήταν η λειτουργία και χρήση των φούρνων όταν μάλιστα είναι και τόσοι πολλοί? 3. Ποια είναι η λειτουργία των περίπλοκων κατασκευών που βρέθηκαν στο Αρχοντικό? 4. Τι διαφέρουν οι μικροί από του μεγάλους φούρνους? 5. κ.α.

39 FTIR σε αργιλοπυριτικά ορυκτά ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΡΧΑΙΟΜΕΤΡΙΑΣ, ΕΚΕΦΕ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ» Intensity 0,40 kaolinite illite 0,35 Transmittance (%) 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 Al-OH , , Wavenumber (cm-1) Οι κορυφές με βέλη προέρχονται από απορροφήσεις των δεσμών Al-OH στα ορυκτά της αργίλου.

40 FTIR σε αργιλοπυριτικά ορυκτά ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΡΧΑΙΟΜΕΤΡΙΑΣ, ΕΚΕΦΕ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ» 0,40 montmorillonite 0,35 Transmittance (%) 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 Al-OH ,05 0, Wavenumber(cm-1) 1031 Οι κορυφές με βέλη προέρχονται από απορροφήσεις των δεσμών Al-OH στα ορυκτά της αργίλου.

41 Αρχοντικό Πηλός κατασκευής τοιχωμάτων και δαπέδων 0,7 0,6 Οργανικά υπολείμματα CaCO 3 Transmittance (%) 0,5 0,4 0, , Wavenumber (cm -1 )

42 Ντικιλί-Τας Πηλός κατασκευής τοιχωμάτων και δαπέδων 0,35 Transmittance (%) 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 Οργανικά υπολείμματα CaCO 3 0, Wavenumber (cm -1 )

43 Θέρμανση πηλού από πηλοκατασκευές στο εργαστήριο % T r a n s m i t t a n c e C 600 C 500 C 400 C Ρυθμός θέρμανσης = 200 ο C/1hr Παραμονή στη μέγιστη θερμοκρασία = 1hr Φυσικό Wavenumbers (cm -1 ) Y. Maniatis, Y. Facorellis, A. Pillali, A. Papanthimou-Papaefthimiou, "Firing Temperature Determinations of Low Fired Clay Structures", in V. Kilikoglou, A. Hein, Y. Maniatis eds, "Modern Trends in Scientific Studies on Ancient Ceramics", Proc. of 5th European Meeting on Ancient Ceramics, Athens 1999, BAR International Series, 1001, 59-68, (2002).

44 ΑΡΧΟΝΤΙΚΟ ΝΤΙΚΙΛΙ ΤΑΣ: ΦΟΥΡΝΟΙ C ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΡΧΑΙΟΜΕΤΡΙΑΣ, ΕΚΕΦΕ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ» C C C C C 4-6 cm Y. Maniatis, Y. Facorellis, A. Pillali, A. Papanthimou-Papaefthimiou, "Firing Temperature Determinations of Low Fired Clay Structures", in V. Kilikoglou, A. Hein, Y. Maniatis eds, "Modern Trends in Scientific Studies on Ancient Ceramics", Proc. of 5th European Meeting on Ancient Ceramics, Athens 1999, BAR International Series, 1001, 59-68, (2002).

45 Μηχανικές ιδιότητες κεραμικών Αντοχή στην θλίψη: Σχετίζεται με αντοχή σε βάρος φορτίου (δομικά στοιχεία, αποθηκευτικά αγγεία, αντίθετο στα διακοσμητικά αγγεία.) Αντοχή στην κάμψη: Σχετίζεται με αντοχή στο λύγισμα (αποθηκευτικά αγγεία, χρηστικά αγγεία) Ανθεκτικότητα: Σχετίζεται με μη διάδοση ρωγμών και απορρόφηση ενέργειας (αντοχή σε θερμικά και μηχανικά σοκ) μαγειρικά και χρηστικά σκεύη.

46 Μηχανικές ιδιότητες κεραμικών Σχέση αντοχής και πορώδους

47 Μηχανικές ιδιότητες κεραμικών Ο ρόλος των εγκλεισμάτων Διάδοση ρωγμών σε δοκίμια

48 Μηχανικές ιδιότητες κεραμικών Αντοχή στη φόρτιση Απορρόφηση ενέργειας (ανθεκτικότητα) V. Kilikoglou, G. Vekinis, Y. Maniatis and P.M. Day, «Mechanical Performance of Quartz-Tempered Ceramics. Part I: Strength and Toughness», Archaeometry, 40 (2), , (1998).

49 Πιθάρια χοντρά τοιχώματα μεγάλα εγκλείσματα Στα χοντρά τοιχώματα το στέγνωμα μπορεί να δημιουργήσει ραγίσματα Απορρόφηση ενέργειας (ανθεκτικότητα)

50 Η ΠΡΩΤΕΣ ΥΛΕΣ ΚΑΙ Η ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΤΩΝ ΠΡΩΙΜΩΝ ΥΑΛΩΔΩΝ ΥΛΙΚΩΝ

51 Πρώιμα Υαλώδη Υλικά ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΡΧΑΙΟΜΕΤΡΙΑΣ, ΕΚΕΦΕ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ» 1. Εφυαλωμένοι λίθοι (στεατίτης, χαλαζίας, πυριτόλιθοι: Μικρά αντικείμενα (χάντρες) με μπλε/τουρκουάζ υάλωμα. Πρώτη εμφάνιση: Αίγυπτος, Εγγύς Ανατολή, και Κοιλάδα του Ινδού ποταμού (Τέλος της 5 ης χιλιετίας π.χ.) Αιγαίο σχεδόν συγχρόνως? 2. Φαγεντιανή: Αντικείμενα με σώμα από τριμμένο χαλαζία που φέρουν υάλωμα διαφόρων χρωμάτων (μπλε, τουρκουάζ, καφέ, ιώδες, κ.α.). Πρώτη εμφάνιση: Εγγύς Ανατολή και Αίγυπτος (4 η χιλιετία π.χ.) Εισαγωγή στην Κρήτη την 3 η χιλιετία τοπική παραγωγή τέλος 3 ης. 3. Αιγυπτιακό μπλε: Υλικό πολλών συστατικών (κρυσταλλικών και υαλωδών) που χρησιμοποιείται σαν χρωστική αλλά και για κατασκευή κάποιων αντικειμένων. Το χρώμα οφείλετε στους κρυστάλλους CaCuSi 4 O 10. Πρώτη εμφάνιση: Αίγυπτος και Εγγύς Ανατολή (3 η χιλιετία) Αιγαίο: 2 η χιλιετία.

52 Πρώιμα Υαλώδη Υλικά 4. Αιγυπτιακό πράσινο/τουρκουάζ: Υλικό επίσης πολλών συστατικών (κρυσταλλικών και υαλωδών) που χρησιμοποιείται κυρίως σαν χρωστική. Το χρώμα οφείλεται σε υαλώδη τμήματα πλούσια σε χαλκό και κρυστάλλους βολαστονίτη. Πρώτη εμφάνιση: Αίγυπτος και Εγγύς Ανατολή (3 η -2 η χιλιετία) Αιγαίο: δεν ήρθε. 5. Γυαλί: Πλήρως υαλοποιημένο στερεό, άχρωμο ή χρωματιστό (μπλε, τουρκουάζ, πράσινο κ.α.). Πρώτη εμφάνιση: Εγγύς Ανατολή και Αίγυπτος (1600 π.χ.) Αιγαίο αμέσως μετά.

53 Ορολογία - Διάκριση Εφυαλωμένος στεατίτης (glazed steatite) - Φαγεντιανή (faience) - Αιγυπτιακό μπλε (Egyptian blue frit) - Γυαλί (glass) Καλά διατηρημένα: Διάκριση μεταξύ τους σχετικά εύκολη. Διαβρωμένα (συνήθης κατάσταση στο Αιγιακό κλίμα): Διάκριση πολύ δύσκολη με γυμνό μάτι. Ο εφυαλωμένος στεατίτης, η φαγεντιανή και το γυαλί όλα φαίνονται λευκά και λιγότερο ή περισσότερο κοκκώδη (πούδρα) όταν είναι διαβρωμένα Το αιγυπτιακό μπλε διατηρεί το χρώμα του λόγω της σταθερότητας των ενώσεων του χαλκού. Για την διάκριση απαιτείται ένα στερεοσκοπικό μικροσκόπιο ή τουλάχιστον μεγεθυντικός φακός 10x. Εμπειρία και μεγαλύτερο μικροσκόπιο είναι το πιο σίγουρο.

54 Διάκριση ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΡΧΑΙΟΜΕΤΡΙΑΣ, ΕΚΕΦΕ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ» Αιγυπτιακό μπλε: Λεπτοκοκκώδης εμφάνιση, σαν συσσωμάτωμα στρογγυλεμένων κόκκων μπλε και διαφανούς χρώματος, χαλαρά συγκολλημένων.

55 Διάκριση ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΡΧΑΙΟΜΕΤΡΙΑΣ, ΕΚΕΦΕ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ» Φαγεντιανή - λευκός πυρήνας Φαγεντιανή: Ύπαρξη υπολείμματος υαλώματος στην επιφάνεια και λεπτών και χονδρών στρογγυλεμένων κόκκων χαλαζία στον πυρήνα.

56 Διάκριση ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΡΧΑΙΟΜΕΤΡΙΑΣ, ΕΚΕΦΕ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ» Φαγεντιανή 100x Κουμάσα-1, 100x

57 Διάκριση ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΡΧΑΙΟΜΕΤΡΙΑΣ, ΕΚΕΦΕ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ» Magnification: 100x Φαγεντιανή - καφέ/μαύρος πυρήνας

58 Διάκριση ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΡΧΑΙΟΜΕΤΡΙΑΣ, ΕΚΕΦΕ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ» Φαγεντιανή: χρώμα επιφάνειας ανάλογο της κατάστασης διατήρησης

59 Διάκριση ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΡΧΑΙΟΜΕΤΡΙΑΣ, ΕΚΕΦΕ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ» Γραμμώσεις λείανσης Στεατίτης

60 Διάκριση ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΡΧΑΙΟΜΕΤΡΙΑΣ, ΕΚΕΦΕ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ» Γουρνιές 1 Γυαλί: Απουσία κάθε μορφής κρυστάλλωσης, σωματιδίων ή κόκκων.

61 Πρώτες ύλες για τα υαλώδη υλικά Βασικό συστατικό: τριμμένος χαλαζίας από χαλαζιακά βότσαλα ή χαλαζιακή άμμο. Αλκαλικό συλίπασμα: σόδα από νάτρον ή στάχτες φυτών. Πρόσθετα συστατικά: οξείδια ασβεστίου και μαγνησίου. Χρωστικές: οξείδιο χαλκού, οξείδιο κοβαλτίου, οξείδιο μαγγανίου, οξείδιο του σιδήρου. (Όλα μαζί: Μίγμα υάλωσης) M.S. Tite and A.J. Shortland (eds), Production Technology of Faience and Related Early Vitreous Materials, Chapter 6, Monograph 72, Oxford University School of Archaeology (2008).

62 Ερωτήματα και Στόχοι Αναγνώριση και χαρακτηρισμός του αντικειμένου, ακόμη και σε συνθήκες έντονης διάβρωσης. Πληροφορίες για τις πηγές του χαλαζία, των αλκαλικών και των χρωστικών που έχουν χρησιμοποιηθεί. Αναγνώριση της τεχνολογίας κατασκευής για κάθε αντικείμενο. Διερεύνηση του ερωτήματος εάν η τεχνολογία αναπτύχθηκε ανεξάρτητα στο Αιγαίο ή μεταφέρθηκε από την Αίγυπτο και Εγγύς Ανατολή.

63 Τεχνικές κατασκευής φαγεντιανής που έχουν προταθεί Efflorescence technique: (Εξάνθιση) Cementation technique: (Πυρο-συσσωμάτωση?) (Στερέωση?) Application technique: (Επίχρισμα)

64 Τεχνικές Εξέτασης και Ανάλυσης Οπτική μικροσκοπία Ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM) Χημική μικροανάλυση με EDXA στο SEM Οι επιφανειακές μη-επεμβατικές τεχνικές δεν δίνουν ουσιαστικές πληροφορίες!

65 Εξέταση φαγεντιανής στο SEM Διάγραμμα που δείχνει την μικροδομή μιας τυπικής φαγεντιανής. Καθορίζει τα κριτήρια για την διάκριση μεταξύ των τεχνικών κατασκευής. Επιφανειακό υάλωμα Ζώνη αλληλεπίδρασης υαλώματος-πυρήνα Χαλαζιακός πυρήνας

66 Μικροανάλυση με EDXA Η χημική σύσταση του υαλώματος και του διασωματιδιακού γυαλιού παρέχει πληροφορίες για τις πρώτες ύλες. Ο προσδιορισμός των πηγών προέλευσης των πρώτων υλών γίνεται συγκρίνοντας με δικά μας και δημοσιευμένα στοιχεία.

67 Στο Αιγαίο η διάβρωση δυσχεραίνει την έρευνα Στις περισσότερες περιπτώσεις λόγω διάβρωσης μόνο ίχνη του επιφανειακού υαλώματος παρατηρούνται. Δύσκολα βρίσκει κανείς και ίχνη του διασωματιδιακού γυαλιού.

68 Εξέταση φαγεντιανής στο SEM (Δ1) 100μm Ζώνη αλληλεπίδρασης υαλώματος-πυρήνα πάχους ~250μm. Η φαρδιά ζώνη αλληλεπίδρασης είναι ένα από τα χαρακτηριστικά της τεχνικής της εξάνθισης. Χαλαζιακός πυρήνας: Διάχυτο διασωματιδιακό γυαλί. Χαρακτηριστικό της τεχνικής της εξάνθισης. 100μm

69 Φυτά στον Αιγιακό χώρο ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΡΧΑΙΟΜΕΤΡΙΑΣ, ΕΚΕΦΕ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ» Salsola kali (Na/K = 0,74): Ετήσιο φυτό αλόφυτο: ευδοκιμεί σε ξηρά και αμμώδη, παραθαλάσσια εδάφη. Salsola Soda (Na/K = 5,39): Ετήσιο φυτό αλόφυτο: ευδοκιμεί σε παραθαλάσσια εδάφη. Απουσιάζει από την Κρήτη και Αίγυπτο.

70 Προσομοίωση με στάχτες φυτών Γυαλί Φαγεντιανή, τεχνική εξάνθισης: (77% SiO % στάχτη (S.S.) + 3% CuO). Φαγεντιανή, τεχνική επιχρίσματος: 38% SiO % στάχτη (S.S.) + 6% CuO. Δ. Καβουσανάκη, Διερεύνηση της Χημικής Σύστασης και της Τεχνολογίας Κατασκευής Πρώιμων Υαλωδών Αντικειμένων του Αιγιακού Χώρου. Πολυτεχνική Σχολή, Διατμηματικό Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα ΕΠΕΑΕΚ: Προστασία, Συντήρηση και Αποκατάσταση Μνημείων Πολιτισμού, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, 4/10/2010.

71 Προσομοίωση με Na 2 CO 3 Φαγεντιανή, τεχνική εξάνθισης: 8,5% Na 2 CO 3 + 2,5 K 2 CO % SiO 2 + 2,5% CaCO 3 + 2,5% CuO. Δ. Καβουσανάκη, Διερεύνηση της Χημικής Σύστασης και της Τεχνολογίας Κατασκευής Πρώιμων Υαλωδών Αντικειμένων του Αιγιακού Χώρου. Πολυτεχνική Σχολή, Διατμηματικό Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα ΕΠΕΑΕΚ: Προστασία, Συντήρηση και Αποκατάσταση Μνημείων Πολιτισμού, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, 4/10/2010.

72 Επίδραση της διάβρωσης στο χρώμα Η μεγάλη πλειονότητα της Αιγιακής φαγεντιανής (και γενικά των υαλωδών) υποφέρει από έντονη διάβρωση που οδηγεί σε: 1. Απομάκρυνση των αλκαλικών ιόντων αποσύνθεση του πυριτικού υαλώδους πλέγματος. 2. Απώλεια της υαλώδους φάσης από το επιφανειακό υάλωμα και τον πυρήνα. 3. Τα χρωμοφόρα ιόντα αποτίθενται σαν λεπτά άμορφα/ημι-κρυσταλλωμένα σωματίδια. 4. Άρα: τα σημερινά χρώματα είναι πολύ διαφορετικά από τα αρχικά χρώματα.

73 Αιγυπτιακό Μπλε - Τεχνολογία Egyptian Blue Pigment SEM cross-section First produced in Egypt in 4th Dynasty (ca ) Quartz + CuO + CaCO 3 + alkalis = Egyptian blue or Blue frit Cuprorivaite crystals (CaCuSi 4 O 10 )

74 Γυαλί Γυάλινη ψηφίδα στο Οπτικό Μικροσκόπιο Μορφολογία στο SEM Φάσμα EDXA στις γραμμές ανομοιογένειας

75 Χαρακτηρισμός χρωστικών και τεχνικών σε τοιχογραφίες, εικόνες και αγάλματα Μη-Επεμβατικά: Φαρματοσκοπία RAMAN (φορητή): Δίνει πληροφορίες για την ορυκτολογική και μοριακή σύσταση των χρωστικών Φορητή XRF: Δίνει πληροφορίες για την χημική σύσταση Δυσκολίες: Δεν μπορεί να διαγνωστεί η στρωματογραφία και η μίξη των χρωστικών. Επεμβατικά (Αλλά ελάχιστο δείγμα): SEM με μικροανάλυση: Δίνει πλήρη χαρακτηρισμό και διαχωρισμό των χρωματικών στρωμάτων FTIR: Μοριακή και ορυκτολογική σύσταση RAMAN: Μοριακή και ορυκτολογική σύσταση

76 Χαρακτηρισμός χρωστικών και τεχνικών σε τοιχογραφίες, εικόνες και αγάλματα Θέση 8: Χρώμα σάρκας Red lead Cinabar

77 Χρωματικά στρώματα σε εικόνες και πίνακες ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΡΧΑΙΟΜΕΤΡΙΑΣ, ΕΚΕΦΕ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ» Λεία τομή στο από το μαφόρι της Παναγίας στο οπτικό μικροσκόπιο Παναγία του Πάθους Παρατήρηση στο SEM με οπισθοσκεδαζόμενα ηλεκτρόνια Απειροελάχιστο δείγμα Χημική ανάλυση των χρωματικών στρωμάτων με EDXA

78 Φασματοσκοπία Raman μη-επεμβατική, φορητή

79 Φασματοσκοπία Raman με δείγματα Θέση 8: Χρώμα σάρκας Red lead Cinabar

80 Ηλεκτρονική μικροσκοπία και μικροανάλυση με ελάχιστο δείγμα Λεία τομή στο από το μαφόρι της Παναγίας στο οπτικό μικροσκόπιο Παναγία του Πάθους Παρατήρηση στο SEM με οπισθοσκεδαζόμενα ηλεκτρόνια Απειροελάχιστο δείγμα Χημική ανάλυση των χρωματικών στρωμάτων με EDXA

81 Τοιχογραφίες Από Ελληνιστικό τάφο στην Πέλλα ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΡΧΑΙΟΜΕΤΡΙΑΣ, ΕΚΕΦΕ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ» Iron Red (Fe 2 O 3 ) Egyptian Blue Γ. Μανιάτης, Χ. Σακελλάρη, Δ. Καβουσανάκη, Ν. Μίνως, «Φυσικοχημικός χαρακτηρισμός χρωστικών από τον κιβωτιόσχημο τάφο της Πέλλας», Στο: Πέλλης 1, Κιβωτιόσχημος Τάφος με Ζωγραφική Διακόσμηση από την Πέλλα, Μ. Λιλιμπάκη-Ακαμάτη, ΥΠ.ΠΟ ΙΖ ΕΠΚΑ, Θεσσαλονίκη, , (2007). Cinnabar (HgS)

82 Αρχαία Τεχνολογία Κονιαμάτων 7000 BC, Το αρχαιότερο κονίαμα στην Κύπρο? ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΡΧΑΙΟΜΕΤΡΙΑΣ, ΕΚΕΦΕ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ» π.χ. Μεσοποταμία General Argillaceous inclusion

83 Πειραματική αναπαραγωγή κονιαμάτων S10: Mortar with lime, brick powder (<75μm) and inert (limestone sand και siliceous inclusions) (Ratio Binder/inert: 1/3) Ca Ca +S Optical microscope, 50x 10μm Examination under SEM. Inclusions with composition: Mg+Al+Si+K+Ca+Fe 10mm Examination under SEM, brick powder

84 ΠΑΛΑΙΟΔΙΑΤΡΟΦΗ Ανάλυση σταθερών ισοτόπων άνθρακα και αζώτου στο κολλαγόνο των οστών (Isotope Ratio Mass Spectrometry) Ανάλυση και χαρακτηρισμός υπολειμμάτων τροφών σε αποθηκευτικά και μαγειρικά σκεύη (Liquid Chromatography and Mass Spectrometry)

85 Ανάλυση σταθερών ισοτόπων στο κολλαγόνο Τρόπος υπολογισμού των σταθερών ισοτόπων δ= [(R sample -R standard )/R standard ] *1000 Όπου R= 13 C/ 12 C και 15 Ν/ 14 Ν. Για τον άνθρακα το standard είναι the Chicago PDB Marine Carbonate standard από ένα απολίθωμα και για το άζωτο ο αέρας.

86 Το ισότοπο του άνθρακα-13 Στην φύση απαντώνται 3 διαφορετικοί φωτοσυνθετικοί κύκλοι C 3, C 4 και CAM. Οι διαφορές βασίζονται στον τρόπο που μεταβολίζεται ο άνθρακας. Ανάλογα με την φωτοσυνθετική κατηγορία που ανήκει το φυτό δίνει και διαφορετικό ισοτοπικό στίγμα. C 3 : δέντρα, θάμνοι, σιτάρι, κριθάρι, ρύζι,βολβοί κ.α. C 4 : τροπικά χόρτα, ζαχαροκάλαμο, καλαμπόκι CAM: Εναλλακτική χρήση των C 3 και C 4 κύκλων ανάλογα με τις συνθήκες του περιβάλλοντος. Κάκτοι, φραγκόσυκα κ.α. ΜΕΣΕΣ ΤΙΜΕΣ C 3 : -26 (Στην Ελλάδα -25 ) Εύρος -22 με -32. C 4 : -12,5 Εύρος -9 με -15. Στην Ελλάδα γηγενή είναι τα C 3 φυτά. Το μόνο C 4 που έχει εισαχθεί από την αρχαιότητα είναι το κεχρί (από την εποχή του Χαλκού).

87 Το ισότοπο του αζώτου-15 Βασική πηγή για τους οργανισμούς τα νιτρικά άλατα του εδάφους. Οι τιμή του αζώτου αυξάνει με την ξηρασία. Οι τιμή του αζώτου αυξάνει με το τροφικό επίπεδο mm per year δ 15 N ( ) στο νερό

88 Παρατηρείται εμπλουτισμός κατά 5 μεταξύ του κολλαγόνου και της τροφής για τον άνθρακα και 3 με 4 για το άζωτο. Ο εμπλουτισμός αυτός παρατηρείται σε κάθε τροφικό επίπεδο.

89 Kaiadas bone samples plotted against other bone samples from Greece δ 15 N KORINOS SPATHES RYMNIO ALEPOTRYPA FRANCTHI KEPHALA THAROUNIA THEOPETRA KOUVELEIKI KAIADAS δ 13 C Papathanasiou A., 2001, PhD Thesis, Bar International Series, 961. Triantaphyllou, S., 2001, PhD Thesis, BAR International Series, 976.

90 Ανάλυση οργανικών υπολειμμάτων Mitkidou et al, Organic residue analysis of Neolithic pottery from North Greece, Microchim Acta 160: , (2008)

91 Τόσο οι αναλύσεις ισοτόπων όσο και η ανάλυση οργανικών υπολειμμάτων δίνουν πληροφορίες και για το παλαιοπεριβάλλον, αφού οι τροφές και η επεξεργασία τους εξαρτώνται από το περιβάλλον στο οποίο ζει ο άνθρωπος, την γεωργία και την κτηνοτροφία. Π.χ. διαφορετικά οστά (δόντια) ανακλούν διατροφή κατά την παιδική και άλλα κατά την ώριμη ηλικία. Μπορούν να βγουν συμπεράσματα πιθανόν για την αλλαγή στο περιβάλλον.

92 ΔΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑ Η ΜΗ-ΔΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑ Μη Επεμβατική Ανάλυση Ελάχιστα επεμβατική ανάλυση Πλήρως επεμβατική Απαιτήσεις: Υψηλή Ακρίβεια και Διακριτική Ικανότητα Δυστυχώς τα δύο δεν συμβιβάζονται!