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

A Rus’ földjeire a mongol inváziót megelőző időszakban, Kr.u. 1237-1240 között épült templomok maradványai ritka régészeti leleteknek számítanak. Az ókori orosz templomokhoz kapcsolódó, korábban ismert régészeti komplexumok közül azonban egyiket sem vizsgálták komplex természettudományos kutatási módszerekkel, beleértve a falfestmények mintáinak kémiai és technológiai elemzésének párhuzamos végrehajtását (a vakolat alapanyagának vizsgálata; a festményeken használt pigmentek meghatározása) és a templom szén tartalmú falfestménytöredékeinek és falazóelemeinek radiokarbonos kormeghatározását atomtömegspektrometriával.

Kr. u. 2012-ben, 61 évvel az utolsó hasonló lelet után váratlanul egy eddig ismeretlen régi orosz templom maradványait tárták fel régészeti ásatások során Szmolenszk városában, a Krasznoflotszkaja utca 1-3. szám alatt. A négyoszlopos, egykupolás, galériás templom rekonstruált alapterülete mintegy 250-300 m2. A történelmi topográfia összefüggésében a ” Pjatnyickij End ” nevű középkori terület helyén állt, a Pjatnyickij-patak jobb partján, amely egy 7-10 m mély szakadék alján futott. A terület, amelyen a templomot találták, a szmolenszki Kreml 1595-1602 között épült erődítési falának elpusztult szakasza nyomvonalának külső oldalával határos, nem messze attól a helytől, ahol korábban a ma már nem létező Pjatnyickaja torony állt (ábra). 1), és a Dnyeper bal partján, a folyóparttól mintegy 150 m távolságra található.

2012-ben a Fővárosi Régészeti Hivatal (” CAB “) kutatócsoportjának szakemberei elvégezték a talált templom töredékeinek előzetes tisztítását, majd ezeket a töredékeket az Orosz Tudományos Akadémia Régészeti Intézetének építészeti régészekből álló csoportja tanulmányozta. Ebben az időben a ” CAB ” kutatócsoport régészeti ásatásokat végzett a templom melletti területen. A templom melletti vizsgálati terület (1. ásatás) a “Bevezetés” és az “Eredmények és megbeszélések” szelvényekből állt, amelyek teljes területe 205 m2 volt, mérete 10 × 10 és 10 × 10,5 m (2. ábra), 2 × 2 m-es négyzetekre osztva. A 3,2 m-ig terjedő feltárás litológiai lerakódásai barna és szürke színárnyalatú homokos vályogból álltak. A fennmaradt kulturális réteg, amely a Kr. u. X-XVI. századból származó leleteket és eltemetett tárgyakat tartalmazott: egy Kr. u. XI-XIII. századi kereskedelmi tér épületmaradványai 95 oszloplyuk formájában és egy Kr. u. XIII-XVI. századi nekropolisz, amely 91 temetkezést tartalmazott (2. ábra). A kultúrréteget névleges, egyenként 0,20 m vastagságú rétegek (2-9) szerint bontottuk fel, a tárgyak és leletek térbeli műszeres rendezésével .

A vizsgált terület keleti falán (1. ásatás, 10-15-20-25 négyzetek vonala) áthaladó legjelentősebb lelőhely a 4. számú szerkezet volt, melynek területe 6,4 m2 (2. ábra). Ez a régi orosz templom galériáinak délnyugati része volt, kronológiailag később épült, mint maga a templom, és a Kr. u. XIII. századra datálható. A galériák 6,4 m2 -es területen letisztított, 11-23 cm hosszúkás, simított szélű, hosszúkás sziklákból álló alapját a 6. réteg szintjétől (a névleges nullától – 108-117 cm) 0,5 m mélységig a 7-8. rétegnek megfelelő szintekig vágták a talajba.

Az 1. ásatás 6-8. rétegében nagyszámú, a templom berendezésével és díszítésével kapcsolatos tárgyat találtak: falfestménytöredékeket, ablaküvegeket, egy agyagkerámia hangszóró egy részét (a falak falazatába épített, az épület belső részébe fordított agyagedényt. A hangszórókat az épületek falainak terhelésének csökkentésére és a helyiségek akusztikai tulajdonságainak javítására használták), ablakok ólomkereteinek részletei és mázas csempék töredékei. 2013-ban az építészeti régészek munkájának befejezése után a ” CAB ” kutatócsoportja elvégezte a templom feltárt maradványainak konzerválását, amelynek során a régi orosz templom falazatából és szerkezeteiből származó szén- és famintákat választották ki a radiokarbon AMC-keltezéshez. A templom szerkezeteiből származó faanyagot is begyűjtötték dendrológiai elemzés céljából. A kutatásra kiválasztott széndarabok a templom falazóhabarcsának részét képezték, amelyhez speciálisan előkészítették őket. A kutatáshoz vett, a templomból származó fatáblák töredékei erősen elszenesedtek, ami arra utal, hogy a templomban tűz ütött ki, amely elpusztította a faszerkezeteket.

Az 1. ásatás során talált ólomkapcsok, ólomcsipkék, mázas csempék (3. ábra), a templomból származó tölgyfa deszka (4. ábra) és a falfestmények töredékei (5. ábra) segítségével részleges képet kaphatunk a templom eredeti elrendezéséről. A templom belsejében lévő faszerkezetek a dendrológiai elemzés eredményei szerint tölgyfából készültek, a padlót és talán a falak elemeit sárgásbarna és sötétvörös színű mázas csempékkel díszítették, az ablakok kialakításánál kb. 10 cm hosszú ólomcsipeszekben lévő kis üvegdarabokat használtak, a falfestmények fő színtónusai pedig sötétkék és zöld színűek voltak.

Mintakutatás módszertana

A falfestménytöredékeket radiokarbon AMC kormeghatározással, XRD, SEM/EDS segítségével vizsgáltuk. A falfestményminták vizuális megfigyelésére optikai mikroszkópiát is alkalmaztak. Több falfestménymintát használtak fel radiokarbonos AMS datálásra. A falfestmények további 12 darab, átlagosan kb. 5 cm2 nagyságú és 1,8-2,3 cm vastagságú töredékét (6. ábra) volt lehetőségünk megvizsgálni, amelyek a díszítő kompozíciók hátteréből származó, nem rekonstruált falfestmények maradványait és az egykor ábrázolt szereplők ruházatának maradványait képviselik.

Rádiókarbon AMS kormeghatározás

A falfestménytöredékek radiokarbon korának meghatározásához a falfestménytöredékek 4 mintájának radiokarbon AMC kormeghatározását végezték el a Center for Applied Isotope Studies (CAIS) központban, a Georgia Egyetemen (USA). A falfestmény összegyűjtött töredékeiből származó karbonát- és szénmintákat az AMS technikával elemezték a bevált, általában képzőművészeti tárgyak esetében alkalmazott módszer szerint . A mintákat 80 °C-on 1 órán keresztül 5%-os sósavval kezelték, majd üvegszálas szűrőn keresztül ionmentesített vízzel mosták, és hígított NaOH-val öblítették, hogy eltávolítsák az esetleges huminsav-szennyeződést. A mintákat ezután ismét hígított HCl-lel kezeltük, majd ionmentesített vízzel mostuk, és 60 °C-on szárítottuk. Az AMS-elemzéshez a megtisztított mintákat 900 °C-on égettük el evakuált, lezárt ampullákban CuO jelenlétében. A keletkező szén-dioxidot kriogén úton tisztítottuk meg a többi reakcióterméktől, és a Vogel et al. (1984) módszerével katalitikusan grafittá alakítottuk. A grafit 14C/13C arányát a CAIS 0,5 MeV-os gyorsító tömegspektrométerrel mértük. A minták arányait összehasonlítottuk az oxálsav I. standardból (NBS SRM 4990) mért arányokkal.

Ezt követően a falfestmények töredékeinek AMC radiokarbonos kormeghatározásának eredményeit összehasonlítottuk a templom építészeti maradványaiból – mészhabarcs falazatából és égetett tölgyfa deszkákból – vett szén tartalmú elemekből vett minták hasonló módszerrel végzett radiokarbonos kormeghatározásának eredményeivel.

X-RAY diffraktometria

A falfestmények vakolatalapjának és a templom falfestményeinek készítéséhez használt kék, zöld, barna színű pigmentek összetételének és szerkezetének meghatározására az 1-12. számú mintákat (6. ábra) elemezték. A vizsgálatokat egy ARL X’TRA röntgendiffraktométeren végeztük Cu Kα sugárzással (réz anód) és 35 kV-os gyorsítófeszültséggel; a sugáráram 40 mA volt; a szögtartomány 3-80° volt; 0,02°-os szöglépésben. Az egyes minták tömege 10 mg volt. A vegyületek azonosítása az International Center for Diffraction Data (ICDD) PDF-2 adatbázisának segítségével történt. Az 1. számú minta vizsgálatakor a falfestmény eredeti töredékének diffraktogramját vettük fel, a felületen lévő festékréteg sértetlen volt. A falfestménytöredékek (1-12. sz. minták) felületéről mechanikusan mintát vettünk a festékrétegből, amely részben megörökítette a falfestmény vakolatalapjának vakolatrétegét, amely kaolinitot tartalmazott. Az így kapott mintát porrá zúzták, amelynek szemcsemérete nem haladta meg a 20 mikront. A következő, 2 × 2 mm méretű vakolatalap mintát a falfestmény e töredékének (1. számú minta) belső, a levegőnek nem kitett részeiből vettük: ehhez a falfestménymintát mechanikusan megtisztítottuk a felületi szennyeződésektől és portól.

Pásztázó elektronmikroszkópia

Az 1. számú minta vakolatalapjának elemanalízise és az 1., 3-12. számú minták festékkeveréke összetételének minőségi összehasonlítása céljából (6. ábra) ezeket a mintákat a FEI (Hollandia) által gyártott Quanta 3D 200i pásztázó elektron-ion mikroszkópon vizsgáltuk. A vizsgálatot alacsony vákuum üzemmódban, vízgőzben végeztük, hogy elkerüljük a nem vezető minták elektromos feltöltődésével kapcsolatos problémákat, referencia minták felhasználásával, a Pukhov és Kurbatov által javasolt algoritmusnak megfelelően. A SEM/EDS analízis elvégzésekor az elemösszetétel kvantitatív számítása a következő feltételek mellett végezhető el helyesen: a minta homogén elemösszetételű az elektronikus szonda pásztázási területén belül; a minta felületén az alkalmazott gyorsítófeszültségtől függően nincs 30-300 nm-t meghaladó méretű érdesség, azaz a minta felületét kellően nagy területen történő elemzéskor polírozni kell.

A gipszalapanyag kvantitatív elemzését az 1. számú minta esetében hét kutatási területen végeztük el (10a. ábra). A minta előkészítése az elemanalízishez abból állt, hogy az 1. számú mintát gyémántkerékkel addig fűrészelték, amíg egyenletes vágás nem keletkezett. Az 1., 3-12. számú minták felületén található pigmentek kémiai összetételének meghatározásához nem végeztünk külön előkészítést a mintákon. A falfestmény vizsgált mintáin található színes rétegek finomsága és törékenysége miatt a mintaelőkészítés során nem lehetett azokat csiszolni. Ezért a SEM/EDS vizsgálatot a festékréteg természetes, egyenetlen felületén tartottuk, ami megakadályozta, hogy a falfestmény töredékein lévő vizsgált festékrétegek elemi összetételének megfelelő mennyiségi számításához szükséges adatokat kapjunk.

Optikai mikroszkópia

A falfestmény 1., 7-9. számú mintái (ábra. 6) sztereomikroszkóp LEICA MZ 125 (Németország) sztereomikroszkóp alatt vizsgáltuk egyszerű visszavert és áteresztett polarizált fényben 40-szeres nagyítással, és különböző szögekből lefényképeztük KEYENCE VH-Z100UR (Microscope Multi Scan; Japán) optikai mikroszkóppal. Az 1. számú minta 3D-s nagyítása a kép tengelyeinél látható. A falfestménytöredékek gipszalapjának szerkezetét is megvizsgáltuk, valamint a pigmenteket is.