Chemisch-technologische Forschung und Radiokohlenstoff-AMS-Datierung von Wandmalereifragmenten aus den Ruinen der Kirche aus dem XII. und XIII. Jahrhundert n. Chr., die bei archäologischen Ausgrabungen in der Stadt Smolensk, Russland, gefunden wurden

Die Überreste der Tempel, die in der Zeit vor der mongolischen Invasion in die Länder der Rus‘ (1237 n. Chr. bis 1240 n. Chr.) errichtet wurden, gelten als seltene archäologische Funde. Allerdings wurde keiner der bisher bekannten archäologischen Komplexe, die mit altrussischen Tempeln in Verbindung gebracht werden, mit einem Komplex naturwissenschaftlicher Forschungsmethoden untersucht, einschließlich der parallelen Durchführung chemischer und technologischer Analysen von Proben der Wandmalereien (Untersuchung der Gipsbasis; Bestimmung der in den Malereien verwendeten Pigmente) und der Radiokarbondatierung von kohlenstoffhaltigen Wandfragmenten und Mauerelementen des Tempels durch Atommassenspektrometrie.

Im Jahr 2012, 61 Jahre nach dem letzten ähnlichen Fund, wurden bei archäologischen Ausgrabungen in der Stadt Smolensk in der Krasnoflotskaja-Straße 1-3 unerwartet die Überreste einer bisher unbekannten alten russischen Kirche entdeckt. Die rekonstruierte Fläche dieses viersäuligen einkuppeligen Tempels mit Emporen beträgt etwa 250-300 m2. Im Rahmen der historischen Topographie befand sie sich auf dem Gelände des mittelalterlichen Territoriums namens „Pjatnizkij End“, am rechten Ufer des Pjatnizkij-Baches, der am Grund einer 7-10 m tiefen Schlucht verlief. Das Gelände, auf dem die Kirche gefunden wurde, grenzt an die Außenseite der Trasse des zerstörten Abschnitts der Befestigungsmauer des Smolensker Kremls, der 1595 n. Chr. – 1602 n. Chr. erbaut wurde, nicht weit von der Stelle entfernt, an der sich früher der heute nicht mehr existierende Pjatnizkaja-Turm befand (Abb. 1). 1), und befindet sich am linken Ufer des Dnjepr in einer Entfernung von etwa 150 m vom Flussufer.

Abb. 1
Abb. 1

Lage des untersuchten Gebietes auf dem Plan der Stadt Smolensk 1611 n. Chr.-1629 n. Chr. Ein roter Punkt markiert den Ort einer archäologischen Ausgrabung im Jahr 2012

Im Jahr 2012 führten Spezialisten des Forschungsteams des Capital Archaeological Bureau (“ CAB „) eine vorläufige Bereinigung der Fragmente des gefundenen Tempels durch, wonach diese Fragmente von einem Team von Architekturarchäologen des Instituts für Archäologie der Russischen Akademie der Wissenschaften untersucht wurden. Zu diesem Zeitpunkt führte die Forschungsgruppe “ CAB “ archäologische Ausgrabungen in der Umgebung des Tempels durch. Das Untersuchungsgebiet in der Nähe des Tempels (Ausgrabung 1) bestand aus den Abschnitten „Einleitung“ und „Ergebnisse und Diskussionen“ mit einer Gesamtfläche von 205 m2 und den Maßen 10 × 10 und 10 × 10,5 m (Abb. 2), unterteilt in Quadrate von 2 × 2 m. Die lithologischen Ablagerungen in der Ausgrabung mit einem Fassungsvermögen von bis zu 3,2 m bestanden aus sandigem Lehm mit braunen und grauen Farbtönen. Die erhaltene Kulturschicht enthielt Artefakte und vergrabene Gegenstände aus dem X. bis XVI. Jahrhundert n. Chr.: Gebäudereste eines Handelsplatzes aus dem XI. bis XIII. Jahrhundert n. Chr. in Form von 95 Pfostenlöchern und eine Nekropole aus dem XIII. bis XVI. Jahrhundert n. Chr., die 91 Bestattungen umfasste (Abb. 2). Die Kulturschicht wurde nach nominalen Schichten (2-9) mit einer Mächtigkeit von jeweils 0,20 m mit räumlich-instrumenteller Anordnung der Objekte und Funde zerlegt.

Abb. 2
Figure2

Archäologische Ausgrabungsübersicht in der Stadt Smolensk, Straße Krasnoflotskaya 1-3

Die bedeutendste Fundstelle, die durch die Ostwand des Untersuchungsgebietes (Ausgrabung 1, Linie der Quadrate 10-15-20-25) verläuft, war die Struktur 4 mit einer Fläche von 6,4 m2 (Abb. 2). Es handelte sich um den südwestlichen Teil der Galerien der alten russischen Kirche, die chronologisch später als die Kirche selbst erbaut wurde und auf das XIII Jahrhundert n. Chr. zurückgeht. Das Fundament der Galerien, das auf einer Fläche von 6,4 m2 gerodet wurde und aus länglichen Felsblöcken mit geglätteten Kanten und einem Längsmaß von 11-23 cm besteht, wurde vom Niveau der Schicht 6 (- 108 bis – 117 cm vom Soll-Nullpunkt) bis in eine Tiefe von 0,5 m zu den Ebenen, die den Schichten 7-8 entsprechen, in den Boden geschnitten.

In den Schichten 6-8 der Ausgrabung 1 wurde eine große Anzahl von Gegenständen gefunden, die mit der Einrichtung und Dekoration dieser Kirche in Zusammenhang stehen: Fragmente einer Wandmalerei, Fensterglas, ein Teil eines tonkeramischen Sprachlautsprechers (ein Tongefäß, das in das Mauerwerk der Wände eingebaut ist und in das Innere des Gebäudes umgedreht wurde. Sprachlautsprecher wurden verwendet, um die Belastung der Gebäudewände zu verringern und die akustischen Eigenschaften der Räumlichkeiten zu verbessern), Teile von Bleirahmen der Fenster und Fragmente von glasierten Fliesen. Im Jahr 2013, nach Abschluss der Arbeiten der Architekturarchäologen, führte das Forschungsteam der „CAB“ die Konservierung der entdeckten Überreste der Kirche durch, bei der Kohle- und Holzproben aus dem Mauerwerk und den Strukturen des altrussischen Tempels für die Radiokohlenstoffdatierung AMC ausgewählt wurden. Das Holz aus den Strukturen der Kirche wurde ebenfalls für eine dendrologische Analyse gesammelt. Die für die Untersuchung ausgewählten Holzkohlestücke waren Teil des Mauermörtels des Tempels, für den sie speziell präpariert wurden. Fragmente der Holzbretter aus dem Tempel, die für die Untersuchung entnommen wurden, waren stark verkohlt, was auf einen Brand im Tempel hinweist, der die Holzstrukturen zerstörte.

Teile der Glasmalerei, Bleiklammern, glasierte Kacheln (Abb. 3), Eichenbretter aus dem Tempel (Abb. 4) und Fragmente von Wandmalereien (Abb. 5), die während der Ausgrabung 1 gefunden wurden, erlauben es uns, ein teilweises Bild der ursprünglichen Einrichtung zu erhalten. Die Holzkonstruktionen im Inneren der Kirche waren nach den Ergebnissen der dendrologischen Analyse aus Eichenholz, die Fußböden und vielleicht auch die Wandelemente waren mit glasierten Kacheln von gelbbrauner und dunkelroter Farbe dekoriert, kleine Glasstücke in Bleiklammern von etwa 10 cm Länge wurden für die Konstruktion der Fenster verwendet und die Hauptfarbtöne der Wandmalereien waren dunkelblau und grün.

Abb. 3
Abb. 3

Ein Teil eines tonkeramischen Sprachlautsprechers (1), ein Teil eines Fensterglases (2), Fragmente von glasierten Fliesen (3,4), Detail eines Bleirahmens vom Fenster (5) aus der Kirche

Abb. 4
Fig. 4

Reste eines verkohlten Eichenbrettes im Inneren der Kirche

Fig. 5
Abbildung5

Fragmente einer Wandmalerei aus der Kirche

Untersuchungsmethodik

Die Fragmente der Wandmalerei wurden mittels Radiokohlenstoff-AMC-Datierung, XRD, SEM/EDS untersucht. Auch die optische Mikroskopie wurde für visuelle Beobachtungen der Wandmalereiproben verwendet. Mehrere Wandmalereiproben wurden für die Radiokohlenstoff-AMS-Datierung verwendet. Wir hatten die Möglichkeit, weitere 12 Fragmente der Wandmalereien (Abb. 6) mit einer durchschnittlichen Größe von etwa 5 cm2 und einer Dicke von 1,8-2,3 cm zu untersuchen, bei denen es sich um Reste von nicht rekonstruierten Wandmalereien vor dem Hintergrund dekorativer Kompositionen und um Reste der Kleidung der einst dargestellten Figuren handelt.

Abb. 6
Abb. 6

Die Fragmente der Wandmalereien aus der Kirche, die untersucht wurden. Die roten Punkte kennzeichnen die Analysebereiche, die bei der Untersuchung der Zusammensetzung der Malschicht für XRD- und SEM/EDS-Methoden berücksichtigt wurden

Radiokohlenstoff-AMS-Datierung

Um das Radiokohlenstoffalter der Wandmalereifragmente zu bestimmen, wurde im Zentrum für angewandte Isotopenstudien (CAIS) an der Universität von Georgia, USA, eine Radiokohlenstoff-AMS-Datierung von 4 Proben von Wandmalereifragmenten durchgeführt. Die Karbonat- und Kohleproben aus den gesammelten Fragmenten des Wandgemäldes wurden mit der AMS-Technik nach der etablierten Methode analysiert, die normalerweise für Kunstgegenstände verwendet wird. Die Proben wurden 1 Stunde lang mit 5%iger HCl bei 80 °C behandelt, dann mit entionisiertem Wasser durch den Glasfaserfilter gewaschen und mit verdünnter NaOH gespült, um eine mögliche Kontamination durch Huminsäuren zu entfernen. Die Proben wurden dann erneut mit verdünnter HCl behandelt, mit entionisiertem Wasser gewaschen und bei 60 °C getrocknet. Für die AMS-Analyse wurden die gereinigten Proben bei 900 °C in evakuierten, versiegelten Ampullen in Gegenwart von CuO verbrannt. Das entstandene Kohlendioxid wurde kryogenisch von den anderen Reaktionsprodukten gereinigt und nach der Methode von Vogel et al. (1984) kata-lytisch in Graphit umgewandelt. Das 14C/13C-Verhältnis von Graphit wurde mit dem CAIS 0,5 MeV-Beschleunigungsmassenspektrometer gemessen. Die Probenverhältnisse wurden mit den Verhältnissen verglichen, die mit dem Oxalsäure-I-Standard (NBS SRM 4990) gemessen wurden.

Anschließend wurden die Ergebnisse der Radiokohlenstoff-AMC-Datierung von Fragmenten der Wandmalereien mit den Ergebnissen der Radiokohlenstoff-Datierung durch eine ähnliche Methode von Proben verglichen, die aus kohlenstoffhaltigen Elementen der architektonischen Überreste des Tempels – Kalkmörtelmauerwerk und gebrannte Eichenbretter – entnommen wurden.

X-RAY-Diffraktometrie

Um die Zusammensetzung und Struktur des Gipsuntergrunds der Wandmalereien und der blauen, grünen und braunen Pigmente zu bestimmen, die bei der Herstellung der Wandmalereien der Kirche verwendet wurden, wurden die Proben Nr. 1-12 (Abb. 6) analysiert. Die Untersuchungen wurden mit einem ARL X’TRA Röntgendiffraktometer mit Cu Kα-Strahlung (Kupferanode) und einer Beschleunigungsspannung von 35 kV durchgeführt; der Strahlstrom betrug 40 mA; der Winkelbereich lag bei 3-80°; bei einem Winkelschritt von 0,02°. Das Gewicht jeder der Proben betrug 10 mg. Die Verbindungen wurden mit Hilfe der PDF-2-Datenbank des International Center for Diffraction Data (ICDD) identifiziert. Bei der Untersuchung der Probe Nr. 1 wurde das Diffraktogramm des Originalfragments der Wandmalerei aufgenommen; die Farbschicht auf der Oberfläche war intakt. Von den Oberflächen der Wandmalereifragmente (Proben Nr. 1-12) wurde mechanisch eine Probe der Farbschicht entnommen, die teilweise die Spachtelschicht des Wandputzgrundes, die Kaolinit enthielt, erfasste. Die so gewonnene Probe wurde zu Pulver mit einer Partikelgröße von höchstens 20 Mikrometern zerkleinert. Die folgende Probe des Putzgrundes mit einer Größe von 2 × 2 mm wurde aus den inneren Teilen dieses Fragments des Wandgemäldes (Probe Nr. 1) entnommen, die nicht der Luft ausgesetzt waren: zu diesem Zweck wurde die Probe des Wandgemäldes mechanisch von Oberflächenverunreinigungen und Staub befreit.

Rasterelektronenmikroskopie

Zur Elementaranalyse des Putzgrundes von Probe Nr. 1 und zum qualitativen Vergleich der Zusammensetzung der Farbmischung der Proben Nr. 1, 3-12 (Abb. 6) wurden diese Proben mit einem Rasterelektronenmikroskop Quanta 3D 200i der Firma FEI (Holland) untersucht. Die Untersuchung wurde im Niedrigvakuum in Wasserdampf durchgeführt, um Probleme mit der elektrischen Aufladung nicht leitender Proben zu vermeiden, wobei Referenzproben gemäß dem von Pukhov und Kurbatov vorgeschlagenen Algorithmus verwendet wurden. Bei der Durchführung von REM/EDS-Analysen kann die quantitative Berechnung der Elementzusammensetzung unter folgenden Bedingungen korrekt durchgeführt werden: Die Probe weist eine homogene Elementzusammensetzung innerhalb des Scanbereichs der elektronischen Sonde auf; die Probenoberfläche weist keine Rauhigkeiten auf, die je nach verwendeter Beschleunigungsspannung eine Größe von 30 bis 300 nm überschreiten, d. h. die Probenoberfläche muss poliert sein, wenn die Analyse in einem ausreichend großen Bereich durchgeführt wird.

Die qualitative Analyse des Gipsgrunds für die Probe Nr. 1 wurde in sieben Forschungsbereichen durchgeführt (Abb. 10a). Die Probenvorbereitung für die Elementaranalyse bestand darin, die Probe Nr. 1 mit einer Diamantscheibe zu sägen, bis sie einen gleichmäßigen Schnitt bildete. Für die Bestimmung der chemischen Zusammensetzung der Pigmente auf der Oberfläche der Proben Nr. 1, 3-12 wurde keine spezielle Probenvorbereitung durchgeführt. Aufgrund der Feinheit und Zerbrechlichkeit der Farbschichten auf den untersuchten Proben der Wandmalerei war es nicht möglich, sie bei der Probenvorbereitung zu polieren. Daher wurde die SEM/EDS-Analyse auf der natürlichen, unebenen Oberfläche der Farbschicht durchgeführt, was uns daran hinderte, Daten für eine angemessene quantitative Berechnung der elementaren Zusammensetzung der untersuchten Farbschichten auf Fragmenten der Wandmalerei zu erhalten.

Optische Mikroskopie

Die Proben der Wandmalerei Nr. 1, 7-9 (Abb. 6) wurden unter einem Stereomikroskop untersucht. 6) wurden unter einem Stereomikroskop LEICA MZ 125 (Deutschland) im einfachen polarisierten Auf- und Durchlicht bei 40-facher Vergrößerung untersucht und mit einem Lichtmikroskop KEYENCE VH-Z100UR (Microscope Multi Scan; Japan) aus verschiedenen Winkeln fotografiert. Die 3D-Vergrößerung der Probe Nr. 1 ist an den Achsen des Bildes dargestellt. Die Struktur des Gipsgrundes der Wandmalereifragmente wurde ebenfalls untersucht, ebenso wie die Pigmente.