Chemical-technological research and radiocarbon AMS dating of wall painting fragments from the ruins of the XIIth-XIIIth centuries AD church from the archaeological excavations in the city of Smolensk, Russia

Mitä tahansa jäännöksiä temppeleistä, jotka rakennettiin ennen mongolien hyökkäystä Rusin maille vuonna 1237 jKr.-1240 jKr., pidetään harvinaisina arkeologisina löytöinä. Yhtäkään aiemmin tunnetuista muinaisiin venäläisiin temppeleihin liittyvistä arkeologisista komplekseista ei kuitenkaan ole tutkittu käyttämällä luonnontieteellisten tutkimusmenetelmien kokonaisuutta, mukaan lukien seinämaalausten näytteiden kemiallisten ja teknologisten analyysien rinnakkainen toteuttaminen (kipsipohjan tutkiminen; maalauksissa käytettyjen pigmenttien määrittäminen) ja hiiltä sisältävien seinämaalausten fragmenttien ja temppelin muurauselementtien radiohiiliajoitus atomimassaspektrometrillä.

Vuonna 2012 jKr, 61 vuotta edellisen vastaavanlaisen löydön jälkeen, Smolenskin kaupungin arkeologisissa kaivauksissa löydettiin yllättäen aiemmin tuntemattoman vanhan venäläisen kirkon jäännökset osoitteesta Krasnoflotskaja 1-3. Tämän nelipylväisen yksikupolvisen temppelin, jossa on galleriat, rekonstruoitu pinta-ala on noin 250-300 m2. Historiallisen topografian mukaan se sijaitsi keskiaikaisella alueella, jonka nimi oli ”Pjatnitski End”, Pjatnitski-puron oikealla rannalla, joka kulki 7-10 metriä syvän rotkon pohjaa pitkin. Alue, jolta kirkko löydettiin, rajoittuu Smolenskin Kremlin vuosina 1595 jKr.-1602 jKr. rakennetun linnoitusmuurin tuhoutuneen osan jäljityslinjan ulkopuoleiseen osaan, joka ei ole kaukana paikasta, jossa nykyisin tuhoutunut Pjatnitskaja-torni aiemmin sijaitsi (kuva 1). 1), ja se sijaitsee Dnepr-joen vasemmalla rannalla noin 150 metrin etäisyydellä joen rannasta.

Vuonna 2012 pääkaupungin arkeologisen toimiston (” CAB ”) tutkimusryhmän asiantuntijat suorittivat löydetyn temppelin fragmenttien alustavan raivauksen, minkä jälkeen Venäjän tiedeakatemian arkeologian instituutin arkeologisten arkeologien ryhmä tutki nämä fragmentit. Tällä hetkellä tutkimusryhmä ” CAB ” suoritti arkeologisia kaivauksia temppelin viereisellä alueella. Temppelin läheisyydessä sijaitseva tutkimusalue (kaivaus 1) koostui osista ”Johdanto” ja ”Tulokset ja keskustelut”, joiden kokonaispinta-ala oli 205 m2 ja joiden mitat olivat 10 × 10 ja 10 × 10,5 m (kuva 2), ja ne oli jaettu 2 × 2 m:n ruutuihin. Kaivauksen litologiset kerrostumat, joiden kapasiteetti oli enintään 3,2 m, koostuivat ruskean ja harmaan värisävyisestä hiekkaisesta savesta. Säilynyt kulttuurikerros, joka sisälsi X-XVI vuosisadan jKr. esineistöä ja haudattuja esineitä: XI-XIII vuosisadan jKr. kaupallisen tilan rakennusten jäänteitä 95 pilarireiän muodossa ja XIII-XVI vuosisadan jKr. nekropoli, johon kuului 91 hautausta (kuva 2). Kulttuurikerros purettiin nimelliskerrosten (2-9) mukaan, joiden paksuus oli 0,20 m ja joissa oli esineiden ja löytöjen spatiaalinen instrumentaalinen järjestys .

Tutkittavan alueen itäisen seinämän läpi kulkeva merkittävin löytöpaikka (kaivauksen 1, ruutulinja 10-15-20-25) oli rakennelma 4, jonka pinta-ala oli 6,4 neliömetriä (kuvio 2). Se oli vanhan venäläisen kirkon lehterien lounaisosa, joka rakennettiin kronologisesti myöhemmin kuin itse kirkko ja joka ajoittui XIII vuosisadalle jKr. Gallerioiden perusta, joka oli raivattu 6,4 m2 :n alueelta ja joka koostui pitkänomaisista lohkareista, joiden reunat oli tasoitettu ja joiden pituussuuntainen koko oli 11-23 cm, leikattiin maahan kerroksen 6 tasolta (- 108-117 cm nimellisestä nollapisteestä) 0,5 m:n syvyydelle kerroksia 7-8 vastaaviin tasoihin.

Kaivauksen 1 kerroksista 6-8 löytyi suuri määrä tämän kirkon järjestelyyn ja koristeluun liittyviä esineitä: seinämaalauksen fragmentteja, ikkunalasia, osa savikeramiikan äänikaiuttimesta (seinien muuraukseen rakennettu savipurkki, joka oli käännetty rakennuksen sisäosaan. Äänikaiuttimia käytettiin vähentämään rakennusten seinien kuormitusta ja parantamaan tilojen akustisia ominaisuuksia), ikkunoiden lyijykehysten yksityiskohtia ja lasitettujen laattojen fragmentteja. Vuonna 2013 arkkitehtonisten arkeologien työn valmistumisen jälkeen ” CAB ” -tutkimusryhmä suoritti kirkon löydettyjen jäännösten konservoinnin, jonka aikana vanhan venäläisen temppelin muurauksen ja rakenteiden hiili- ja puunäytteet valittiin radiohiili AMC-datointia varten. Kirkon rakenteista kerättiin puuta myös dendrologista analyysia varten. Tutkimukseen valitut hiilipalat olivat osa temppelin muurauslaastia, jota varten ne oli erityisesti valmistettu. Tutkimusta varten otettujen temppelin puulautojen katkelmat olivat pahasti hiiltyneitä, mikä viittaa temppelissä syttyneeseen tulipaloon, joka tuhosi sen puurakenteet.

Kaivauksen 1 aikana löydettyjen lasimaalausten, lyijyklipsujen, lasitettujen laattojen osien (kuva 3), temppelistä peräisin olevan tammilaudan (kuva 4) ja seinämaalausten katkelmien (kuva 5) avulla voidaan saada osittainen kuva kirkon alkuperäisestä asettelusta. Kirkon sisällä olevat puurakenteet oli dendrologisen analyysin tulosten mukaan tehty tammesta, lattiat ja ehkä myös seinäelementit oli koristeltu keltaruskeilla ja tummanpunaisilla lasitetuilla laatoilla, ikkunoiden rakentamisessa käytettiin pieniä, noin 10 cm:n pituisia lyijyleikkeisiin kiinnitettyjä lasinpaloja, ja seinämaalausten päävärisävyt olivat tummansininen ja vihreä.

Näytetutkimusmenetelmät

Seinämaalauksen fragmentit tutkittiin käyttäen radiohiili AMC-datointia, XRD:tä, SEM/EDS:ää. Myös optista mikroskooppia käytettiin seinämaalausnäytteiden visuaaliseen havainnointiin. Useita seinämaalausnäytteitä käytettiin radiohiili-AMS-datointiin. Meillä oli mahdollisuus tutkia vielä 12 seinämaalauksen fragmenttia (kuva 6), joiden keskikoko oli noin 5 cm2 ja paksuus 1,8-2,3 cm ja jotka edustavat koristeellisten sommitelmien ja aikoinaan kuvattujen hahmojen vaatteiden jäänteitä, joita ei ole rekonstruoitu seinämaalausten taustalta.

Radiohiili-AMS-datointi

Seinämaalausfragmenttien radiohiiliaikojen määrittämiseksi tehtiin radiohiili-AMS-datointi neljälle näytteelle seinämaalauksen fragmenteista Georgian yliopistossa (USA) sijaitsevassa Sovellettujen isotooppitutkimusten keskuksessa (Center for Applied Isotope Studies (CAIS)). Kerätyistä seinämaalauksen fragmenteista otetut karbonaatti- ja hiilinäytteet analysoitiin AMS-tekniikalla vakiintuneen menetelmän mukaisesti, jota tavallisesti käytetään kuvataide-esineisiin. Näytteet käsiteltiin 5-prosenttisella HCl:llä 80 °C:ssa 1 tunnin ajan, minkä jälkeen ne pestiin deionisoidulla vedellä lasikuitusuodattimen läpi ja huuhdeltiin laimennetulla NaOH:lla mahdollisen humushappokontaminaation poistamiseksi. Tämän jälkeen näytteet käsiteltiin uudelleen laimennetulla HCl:llä, pestiin deionisoidulla vedellä ja kuivattiin 60 °C:ssa. AMS-analyysiä varten puhdistetut näytteet poltettiin 900 °C:ssa evakuoiduissa, suljetuissa ampulleissa CuO:n läsnä ollessa. Syntynyt hiilidioksidi puhdistettiin kryogeenisesti muista reaktiotuotteista ja muunnettiin katalyyttisesti grafiitiksi Vogel et al. (1984) -menetelmällä. Grafiitin 14C/13C-suhteet mitattiin CAIS 0,5 MeV kiihdytinmassaspektrometrillä. Näytteiden suhdelukuja verrattiin oksaalihappo I -standardista (NBS SRM 4990) mitattuun suhdelukuun.

Tämän jälkeen seinämaalausten fragmenttien radiohiili AMC-datoitustuloksia verrattiin temppelin arkkitehtonisten jäännösten hiiltä sisältävistä elementeistä otettujen näytteiden – kalkkilaastimuurauksen ja palaneiden tammilaudoitusten hiiltä sisältävistä elementeistä otetuista näytteistä vastaavanlaisella metodologian menetelmällä tehtyjen radiohiilidatoitustulosten kanssa.

X-RAY-diffraktometria

Kirkon seinämaalausten rappauspohjan koostumuksen ja rakenteen sekä kirkon seinämaalausten luomisessa käytettyjen sinisen, vihreän ja ruskean värin pigmenttien määrittämiseksi analysoitiin näytteet n:o 1-12 (kuva 6). Tutkimukset tehtiin ARL X’TRA -röntgendiffraktometrillä, jossa käytettiin Cu Kα -säteilyä (kuparianodi) ja 35 kV:n kiihdytysjännitettä; sädevirta oli 40 mA; kulma-alue oli 3-80°; 0,02°:n kulma-askeleella. Kunkin näytteen paino oli 10 mg. Yhdisteet tunnistettiin ICDD:n (International Center for Diffraction Data) PDF-2 -tietokannan avulla. Näytettä nro 1 tutkittaessa diffraktogrammi otettiin seinämaalauksen alkuperäisestä palasesta, jonka pinnalla oleva mustekerros oli ehjä. Seinämaalauksen fragmenttien pinnoilta (näytteet nro 1-12) otettiin mekaanisesti näyte maalikerroksesta, joka kattoi osittain seinämaalauksen rappauspohjan tasoitekerroksen, joka sisälsi kaoliniittia. Näin saatu näyte murskattiin jauheeksi, jonka hiukkaskoko oli enintään 20 mikronia. Seuraava 2 × 2 mm:n kokoinen näyte rappauspohjasta otettiin näiden seinämaalauksen fragmenttien sisäosista (näyte nro 1), jotka eivät olleet olleet alttiina ilmalle: tätä tarkoitusta varten seinämaalauksen näyte puhdistettiin mekaanisesti pinnan epäpuhtauksista ja pölystä.

Pyyhkäisyelektronimikroskooppi

Näytteen nro 1 rappauspohjan alkuaineanalyysiä ja näytteiden nro 1, 3-12 (kuva 6) maalisekoituksen koostumuksen laadullista vertailua varten nämä näytteet analysoitiin FEI:n (Hollanti) valmistamalla Quanta 3D 200i pyyhkäisyelektroni-ionimikroskoopilla. Tutkimus suoritettiin matalassa tyhjiössä vesihöyryssä, jotta vältettäisiin ongelmat, jotka liittyvät johtamattomien näytteiden sähköiseen latautumiseen, käyttäen vertailunäytteitä Pukhovin ja Kurbatovin ehdottaman algoritmin mukaisesti. SEM/EDS-analyysiä tehtäessä alkuainekoostumuksen kvantitatiivinen laskenta voidaan suorittaa oikein seuraavin edellytyksin: näytteellä on homogeeninen alkuainekoostumus elektronisen luotaimen skannausalueella; näytteen pinnalla ei ole käytetystä kiihdytysjännitteestä riippuen yli 30-300 nm:n suuruisia karheuksia, eli näytteen pinnan on oltava kiillotettu, kun analyysi tehdään riittävän suurella pinta-alalla.

Näytteestä n:o 1 tehdyn kipsisivelypohjarakenteen kvantitatiivinen analyysi tehtiin seitsemällä tutkimuskohteella (kuvio 10a). Näytteen valmistelu alkuaineanalyysiä varten koostui näytteen nro 1 sahaamisesta timanttipyörällä, kunnes siitä muodostui tasainen leikkaus. Näytteitä ei valmisteltu erityisesti näytteiden nro 1, 3-12 pinnalla olevien pigmenttien kemiallisen koostumuksen määrittämiseksi. Tutkituissa seinämaalauksen näytteissä olevien värikerrosten hienovaraisuuden ja haurauden vuoksi niitä ei voitu kiillottaa näytteitä valmisteltaessa. Tämän vuoksi SEM/EDS-analyysi pidettiin maalikerroksen luonnollisella epätasaisella pinnalla, mikä esti meitä saamasta tietoja seinämaalauksen fragmenttien tutkittujen maalikerrosten alkuainekoostumuksen asianmukaista kvantitatiivista laskentaa varten.

Optinen mikroskooppi

Seinämaalauksen näytteet n:o 1, 7-9 (kuva. 6) tutkittiin stereomikroskoopilla LEICA MZ 125 (Saksa) yksinkertaisessa heijastuneessa ja läpäisevässä polarisoidussa valossa 40-kertaisella suurennoksella ja kuvattiin eri kulmista optisella mikroskoopilla KEYENCE VH-Z100UR (Microscope Multi Scan; Japani). Näytteen nro 1 3D-suurennos on esitetty kuvan akseleilla. Myös seinämaalauksen fragmenttien rappauspohjan rakennetta tutkittiin, samoin kuin pigmenttejä.