Cercetarea chimico-tehnologică și datarea cu radiocarbon AMS a fragmentelor de pictură murală din ruinele bisericii din secolele XII-XIII d.Hr. provenite din săpăturile arheologice din orașul Smolensk, Rusia

Rămășițele templelor, construite în perioada de dinaintea invaziei mongole în ținuturile Rus’ în 1237 d.Hr. și 1240 d.Hr., sunt considerate descoperiri arheologice rare. Cu toate acestea, niciunul dintre complexele arheologice cunoscute anterior asociate templelor antice rusești nu a fost examinat folosind un complex de metode de cercetare științifică naturală, inclusiv implementarea în paralel a analizei chimice și tehnologice a mostrelor de picturi murale (studiul bazei de tencuială; determinarea pigmenților utilizați în picturi) și datarea cu radiocarbon a fragmentelor murale cu conținut de carbon și a elementelor de zidărie ale templului prin spectrometrie atomică de masă.

În 2012 d.Hr., la 61 de ani de la ultima descoperire similară, rămășițele unei vechi biserici rusești necunoscute până atunci au fost descoperite în mod neașteptat în timpul săpăturilor arheologice din orașul Smolensk, pe strada Krasnoflotskaya 1-3. Suprafața reconstruită a acestui templu cu o singură cupolă cu patru coloane și galerii este de aproximativ 250-300 m2. În contextul topografiei istorice, a fost amplasat pe locul teritoriului medieval numit ” Pyatnitsky End ” , pe malul drept al pârâului Pyatnitsky, care curgea pe fundul unei râpe cu o adâncime de 7-10 m. Teritoriul pe care a fost găsită biserica se învecinează cu partea exterioară a liniei de trasare a secțiunii distruse a zidului de fortificație al Kremlinului din Smolensk, construit în perioada 1595 d.Hr. – 1602 d.Hr., nu departe de locul în care se afla anterior turnul Pyatnitskaya, acum dispărut (Fig. 1), și este situat pe malul stâng al râului Nipru, la o distanță de aproximativ 150 m de malul râului.

În 2012, specialiștii echipei de cercetare a Biroului Arheologic al Capitalei (” CAB „) au efectuat o curățare preliminară a fragmentelor templului găsit, după care aceste fragmente au fost studiate de o echipă de arheologi arhitecți ai Institutului de Arheologie al Academiei de Științe a Rusiei. În acest moment, grupul de cercetare ” CAB ” a efectuat săpături arheologice pe teritoriul adiacent templului. Zona de studiu din apropierea templului (săpătura 1) a constat din secțiunile „Introducere” și „Rezultate și discuții” cu suprafața totală de 205 m2, măsurând 10 × 10 și 10 × 10,5 m (Fig. 2), împărțite în pătrate de 2 × 2 m. Depozitele litologice din săpătură, cu o capacitate de până la 3,2 m, erau compuse din argilă nisipoasă de nuanțe de culoare maro și gri. Stratul cultural conservat conținea artefacte și obiecte îngropate din secolele X-XVI d.Hr.: resturi de clădiri ale unui spațiu comercial din secolele XI-XIII d.Hr. sub forma a 95 de găuri de stâlpi și o necropolă din secolele XIII-XVI d.Hr. care cuprindea 91 de înmormântări (Fig. 2). Stratul cultural a fost dezasamblat pe straturi nominale (2-9) cu grosimea de 0,20 m fiecare, cu organizarea instrumentală spațială a obiectelor și descoperirilor .

Cel mai semnificativ sit care trece prin peretele estic al zonei cercetate (săpătura 1, linia pătratelor 10-15-20-25) a fost structura 4, cu o suprafață de 6,4 m2 (Fig. 2). Era partea de sud-vest a galeriilor vechii biserici rusești, construită cronologic mai târziu decât biserica propriu-zisă și datată în secolul al XIII-lea d.Hr. Fundația galeriilor, degajată pe o suprafață de 6,4 m2 și formată din bolovani alungite cu marginile netezite, cu dimensiunea longitudinală de 11-23 cm, a fost tăiată în pământ de la nivelul stratului 6 (- 108 până la – 117 cm de la zero nominal) până la adâncimea de 0,5 m până la nivelurile, corespunzătoare straturilor 7-8.

În straturile 6-8 ale săpăturii 1 a fost descoperit un număr mare de obiecte legate de amenajarea și decorarea acestei biserici: fragmente de pictură murală, geamuri de fereastră, o parte a unui difuzor de voce din ceramică de lut (un vas de lut încorporat în zidăria pereților, inversat în partea interioară a clădirii. Difuzoarele vocale erau folosite pentru a reduce sarcina pe pereții clădirilor și pentru a îmbunătăți proprietățile acustice ale spațiilor), detalii de rame de plumb de la ferestre și fragmente de țiglă smălțuită. În 2013, după finalizarea lucrărilor arheologilor arhitecți, echipa de cercetare de la ” CAB ” a efectuat conservarea vestigiilor descoperite ale bisericii, în timpul căreia au fost selectate mostre de cărbune și lemn din zidăria și structurile vechiului templu rusesc pentru datarea cu radiocarbon AMC. De asemenea, lemnul din structurile bisericii a fost colectat pentru analize dendrologice. Bucățile de cărbune selectate pentru cercetare făceau parte din mortarul de zidărie al templului, pentru care au fost special pregătite. Fragmente din scândurile de lemn din templu prelevate pentru cercetare erau puternic carbonizate, ceea ce indică un incendiu în templu, care a distrus structurile de lemn ale acestuia.

Părți de vitralii, agrafe de plumb, țigle smălțuite (Fig. 3), tabla de stejar din templu (Fig. 4) și fragmente de picturi murale (Fig. 5) descoperite în timpul săpăturii 1, ne permit să ne facem o imagine parțială a amenajării originale a acestuia. Structurile de lemn din interiorul bisericii, conform rezultatelor analizei dendrologice, erau realizate din lemn de stejar, podelele și, probabil, elementele pereților erau decorate cu plăci de faianță smălțuită de culori galben-brun și roșu închis, la construcția ferestrelor se foloseau bucăți mici de sticlă în clipsuri de plumb de aproximativ 10 cm lungime, iar tonurile principale de culoare ale picturilor murale erau albastru închis și verde.

Metodologia cercetării eșantioanelor

Fragmentele de pictură murală au fost examinate cu ajutorul datării cu radiocarbon AMC, XRD, SEM/EDS. Microscopia optică a fost, de asemenea, utilizată pentru observații vizuale ale mostrelor de pictură murală. Mai multe mostre de pictură murală au fost utilizate pentru datarea AMS cu radiocarbon. Am avut posibilitatea de a studia alte 12 fragmente de picturi murale (Fig. 6) cu o dimensiune medie de aproximativ 5 cm2 și o grosime de 1,8-2,3 cm, reprezentând resturi de picturi murale nereconstruite de pe fundalul compozițiilor decorative și resturi de haine ale personajelor reprezentate cândva.

Datare cu radiocarbon AMS

Pentru determinarea vârstei radiocarbonice a fragmentelor de pictură murală, datarea cu radiocarbon AMC a 4 probe de fragmente de pictură murală, a fost efectuată în cadrul Centrului pentru Studii Izotopice Aplicate (CAIS) de la Universitatea din Georgia, SUA. Eșantioanele de carbonați și cărbune din fragmentele de pictură murală colectate au fost analizate prin tehnica AMS conform metodei consacrate, utilizată în mod normal pentru obiectele de artă plastică . Probele au fost tratate cu HCl 5% la 80 °C timp de 1 h, apoi au fost spălate cu apă deionizată prin filtrul din fibră de sticlă și clătite cu NaOH diluat pentru a elimina posibila contaminare cu acizi humici. Probele au fost apoi tratate din nou cu HCl diluat, spălate cu apă deionizată și uscate la 60 °C. Pentru analiza AMS, probele curățate au fost arse la 900 °C în fiole vidate și închise ermetic în prezența CuO. Dioxidul de carbon rezultat a fost purificat criogenic de ceilalți produși de reacție și transformat catalitic în grafit folosind metoda lui Vogel et al. (1984) . Rapoartele 14C/13C ale grafitului au fost măsurate cu ajutorul spectrometrului de masă cu accelerator CAIS 0,5 MeV. Rapoartele probelor au fost comparate cu raportul măsurat din etalonul de acid oxalic I (NBS SRM 4990).

După aceea, rezultatele datării cu radiocarbon AMC a fragmentelor de picturi murale au fost comparate cu rezultatele datării cu radiocarbon printr-o metodă similară a probelor prelevate din elemente care conțin carbon din vestigiile arhitecturale ale templului – zidărie din mortar de var și plăci de stejar arse.

Difractometrie cu raze X

În vederea determinării compoziției și structurii suportului de tencuială al picturilor murale și a pigmenților de culoare albastră, verde, maro care au fost folosiți la realizarea picturilor murale ale bisericii, au fost analizate probele nr. 1-12 (Fig. 6). Studiile au fost efectuate pe un difractometru cu raze X ARL X’TRA cu radiație Cu Kα (anod de cupru) și o tensiune de accelerare de 35 kV; curentul fasciculului a fost de 40 mA; gama de unghiuri a fost de 3-80°; la un pas de unghi de 0,02°. Greutatea fiecăreia dintre probe a fost de 10 mg. Compușii au fost identificați cu ajutorul bazei de date PDF-2 a Centrului internațional pentru date de difracție (ICDD). La studierea probei nr. 1 a fost luată difractograma fragmentului original al picturii murale, stratul de cerneală de pe suprafață era intact. De pe suprafețele fragmentelor de pictură murală (probele nr. 1-12) a fost prelevată mecanic o mostră din stratul de vopsea, care a captat parțial stratul de mistrie de la baza tencuielii murale, care includea caolinit. Proba rezultată a fost mărunțită până la obținerea unei pulberi cu o dimensiune a particulelor de cel mult 20 de microni. Următoarea probă de bază de tencuială cu dimensiunea de 2 × 2 mm a fost prelevată din părțile interne ale acestui fragment de pictură murală (proba nr. 1), care nu a fost expus la aer: în acest scop, proba de pictură murală a fost curățată mecanic de contaminanții de suprafață și de praf.

Microscopie electronică de scanare

În scopul analizei elementare a bazei de tencuială a probei nr. 1 și al comparării calitative a compoziției amestecului de vopsea din probele nr. 1, 3-12 (Fig. 6), aceste probe au fost analizate pe un microscop electronic-ionic de scanare Quanta 3D 200i fabricat de FEI (Olanda). Studiul a fost efectuat în regim de vid redus în vapori de apă pentru a evita problemele legate de încărcarea electrică a probelor neconductoare, folosind probe de referință în conformitate cu algoritmul propus de Pukhov și Kurbatov . Atunci când se efectuează analiza SEM/EDS, calculul cantitativ al compoziției elementelor poate fi efectuat corect în următoarele condiții: proba are o compoziție omogenă a elementelor în zona de scanare a sondei electronice; suprafața probei nu prezintă rugozități care să depășească 30-300 nm, în funcție de tensiunea de accelerare utilizată, adică suprafața probei trebuie să fie lustruită atunci când se analizează la o suprafață suficient de mare.

Analiza calitativă a bazei de ipsos pentru proba nr. 1 a fost efectuată în șapte domenii de cercetare (Fig. 10a). Pregătirea probei pentru analiza elementală a constat în tăierea probei nr. 1 cu un disc diamantat până la formarea unei tăieturi uniforme. Nu s-a efectuat nicio pregătire specială a probelor pentru determinarea compoziției chimice a pigmenților localizați pe suprafața probelor nr. 1, 3-12. Din cauza subtilității și fragilității straturilor colorate de pe eșantioanele studiate ale picturii murale, a fost imposibilă lustruirea acestora în procesul de pregătire a eșantioanelor. Prin urmare, analiza SEM/EDS s-a desfășurat pe suprafața naturală neuniformă a stratului de vopsea, ceea ce ne-a împiedicat să obținem date pentru calculul cantitativ adecvat al compoziției elementare a straturilor de vopsea studiate pe fragmentele de pictură murală.

Microscopie optică

Eșantioanele de pictură murală nr. 1, 7-9 (Fig. 6) au fost examinate la un stereomicroscop LEICA MZ 125 (Germania) în lumină polarizată simplă reflectată și transmisă, la o mărire de 40 de ori și au fost fotografiate din diferite unghiuri cu ajutorul unui microscop optic KEYENCE VH-Z100UR (Microscope Multi Scan; Japonia). Mărirea 3D a eșantionului nr. 1 este demonstrată la axele imaginii. De asemenea, a fost studiată structura bazei de tencuială a fragmentelor de pictură murală, precum și pigmenții.

.