ultima oră

Vezi programul Simpozionului International Arheomet 2008

Raport faza I

Măsurători micro-PIXE pentru Tezaurul de la Pietroasa

Prezenta etapă a avut drept prim scop efectuarea unui studiu al unor obiecte de aur din patrimoniul cultural românesc - şi anume Tezaurul de la Pietroasa (Pietroasele, jud. Buzău) - prin metoda PIXE (Particle Induced X-ray Emission) cu microprobe (microfascicul) - pe scurt, micro-PIXE, în vederea determinării compoziţiei elementale şi a prezenţei - posibile - a incluziunilor metalice, cu scopul de a stabili provenienţa metalului folosit la realizarea acestor obiecte de o deosebită valoare istorică şi artistică. Este de menţionat aici că originea materialelor din care au fost făcute obiectele metalice din patrimoniul cultural este o problemă de o importanţă deosebită pentru istorici şi arheologi. Studiul compoziţiei elementelor-urmă din obiectele arheologice metalice poate da indicii importante privind provenienţa metalelor folosite la realizarea obiectelor şi poate releva informaţii preţioase privind procesul de fabricare şi/sau schimburile comerciale din epoca respectivă. Piesele realizate din metale nobile joacă un rol deosebit în arheometrie, nu numai datorită valorii intrinseci a obiectelor, ci şi datorită faptului că acestea sunt deosebit de stabile la coroziune. Din acest motiv, aceste obiecte sunt bine păstrate indiferent de vechimea lor, şi pot fi uşor analizate folosind tehnici nucleare şi atomice nedistructive de suprafaţă, cum ar fi: PIXE (Particle-Induced X-ray Emission), PIGE (Proton Induced Gamma-ray Emission), CPAA (Charged Particle Activation Analysis), NRA (Nuclear Reaction Analysis) şi/sau XRF (X-Ray Fluorescence).

Micro-PIXE este o variantă a metodei PIXE, ce foloseşte fasicule limitate spaţial, cu dimensiuni ale spotului de ordinul micrometrilor, prezentând avantajul de a furniza simultan detalii privin distribuţia superficială - la scară micrometrică - a elementelor conţinute în probă; tehnica permite scanarea unei suprafeţe limitate din probă (arii de ordinul sutelor de microni, sau chiar milimetri pătraţi). În urma experimentelor se obţin rezultate relevante privind compoziţia probei analizate şi omogeneitatea acesteia, respectiv dacă în probă sunt sau nu prezente incluziuni (zone micrometrice cu compoziţie elementală diferită de a restului probei). Rezultatele experimentelor cu microprobe sunt prezentate în general ca seturi de hărţi elementale, obţinându-se câte o hartă (imagine în plan a suprafeţei scanate) pentru fiecare element metalic de interes. Un alt mod de achiziţie este cel a spectrului într-un anumit punct (pixel), a cărui dimensiune (de ordinul micrometrilor sau a zecilor de micrometri) poate fi stabilită de către experimentator.

În cadrul lucrărilor excutate în această etapă de către cercetătorii de la IFIN-HH, metoda micro-PIXE a fost folosită pentru studierea distribuţiei elementelor-urmă din probe de aur de interes arheologic, în vederea investigării provenienţei acestora. În particular, analiza obiectelor de aur din tezaurul de la Pietroasa a avut drept scop determinarea posibilelor incluziuni metalice de elemente platinice (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt) şi elemente cu punct de topire ridicat (Ta, Nb), aceste elemente fiind esenţiale în stabilirea provenienţei metalului folosit la realizarea obiectelor.

De asemenea, în cadrul etapei au fost analizate şi probe de aur geologic de provenienţă cunoscută (în particular din zona Munţilor Apuseni) în vederea stabilirii unei posibile conexiuni a compoziţiei acestora cu cea a probelor arheologice, dar şi în vederea unei caracterizări cât mai detaliate (elemente minore şi urme) a surselor de aur din Munţii Apuseni.

Obiectele studiate au fost fragmente de obiecte provenind din Tezaurul de la Pietroasa ("Cloşca cu Puii de Aur"); aceste fragmente, de dimensiuni de ordinul milimetrilor pătraţi - au fost prelevate în timpul unor restaurări anterioare. Tot în cadrul prezentei etape au fost analizate şi câteva probe de aur nativ provenind din Munţii Apuseni (regiunea Brad-Roşia Montană) .

Măsuratorile executate în cadrul acestei etape s-au desfăşurat la acceleratorul AN 2000 al Laboratori Nazionali din Legnaro (LNL), Italia. Experimente de la LNL au beneficiat de suportul financiar al Programului Cadru VI al Uniunii Europene - actiunea Transnational Access to Research Infrastructure (TARI).

Este de menţionat aici că preocupările privind aceste studii de provenienţă a aurului din care au fost manufacturate piesele din Tezaurul de la Pietroasa (figura 1) au existat încă înainte de demararea acestui proiect. Astfel, în luna iunie a anului 2005 au fost realizate măsurări micro-PIXE la acceleratorul AGLAE al Muzeului Louvre, Paris, cu suportul financiar al programului European Eu-ARTECH. Pentru experimentul de la AGLAE s-a folosit un fascicol de 3.2 MeV protoni extraşi în atmosfera de heliu, curenţi de fascicol de ordinul nA şi zecilor de nA şi dimensiuni ale spotului de 30, respectiv 100 de microni. Sistemul de achiziţie a fost unul multiparametric, având la baza doi detectori de Si(Li). Datele experimentale au necesitat rularea codului de calcul GUPIX, special dezvoltat pentru analiza spectrelor PIXE. În cursul acestui experiment preliminar s-au stabilit condiţiile de lucru optime pentru detectarea diferitelor elemente platinice - folosirea de filtre absorbante din diverse materiale (Cu, Al) în vederea măririi limitelor de detecţie pentru elemente-urmă de interes. Parte din aceste rezultate cantitative sunt prezentate în tabelul cu concentraţii din aceast raport de etapă.

În experimentul din noiembrie 2005 realizat la Laboratori Nazionali di Legnaro (LNL), s-a folosit un fascicol de protoni de 2 MeV generat de acceleratorul Van de GraaffAN AN-2000. Fascicolul a fost focalizat la dimensiuni de ordinul a 3 ´ 3 m m 2. Curentul maxim al fascicolului a fost în jurul a 1 nA. Pentru a reduce intensitatea picurilor în regiunea spectrală de energii joase (sub 4 keV ), s-a folosit un funny filter din aluminiu de 100 de microni grosime (orificiu de 0.4 %). Hărţile au fost scanate pe arii de 255 ´ 255 pixeli. Detectorul folosit a fost de germaniu hiperpur (HPGe) şi a avut o rezoluţie FWHM de 150 eV la 5.9 keV. Timpii de achiziţie au variat de la un spectru la altul, fiind în general de ordinul a câtorva ore, acest lucru datorându-se cerinţelor de a obţine o statistică satisfăcătoare pentru fiecare zonă sau punct analizate.

În toate cazurile, probele de aur - arheologice şi mineralogice - au fost aşezate pe bandă adezivă. Au fost luate precauţii pentru a nu se analiza zonele fisurate din probe sau a ariilor afectate de manipularile anterioare. Preliminar experimentului micro-PIXE a fost efectuată o examinare optică a probelor cu un microscop.

Pentru toate probele analizate s-au obţinut seturi de hărţi elementale pentru fiecare arie scanată; de asemenea, au fost achiziţionate şi spectre într-un anumit punct (pixel), cu dimensiuni de ordinul zecilor sau sutelor de microni, a cărui localizare a fost aleasa de către echipa de experimentatori, în funcţie de zonele de interes prezente în fiecare probă (i.e. puncte în care era prezent un anumit element-urmă în concentraţii mai mari decât în zonele înconjurătoare).

Aşa cum a fost precizat mai sus, în urma experimentelor au fost obţinute seturi de hărţi elementale pentru fiecare probă. Interpretarea rezultatelor de microprobe este departe de a fi o operaţiune banală. Ceea ce se urmareşte este găsirea de corelaţii între elemente, adică prezenţa unui element (sau a mai multora) şi absenţa altora în anumite zone, din superpoziţia acestora găsindu-se ca rezultat prezenţa incluziunilor. Spectrele achiziţionate în punct (pe o arie de dimensiuni mici, de dimensiuni de ordinul micronilor) au permis clarificarea ipotezei incluziunilor.

Pentru analiza spectrelor de raze X obţinute la LNL a fost folosit programul GUPIX, cod de calcul special dezvoltat pentru fitarea spectrelor de raze X, din rularea acestuia rezultând atât rezultate calitative (ce elemente se găsesc în probă), cât şi rezultate cantitative (concentraţii).

În ceea ce priveşte probele provenind din Tezaurul de la Pietroasa, rezultatele (compoziţiile elementale mediate, hărţi) obţinute pentru fiecare obiect au fost complet diferite, confirmând că sursele de aur şi atelierele de prelucrare au fost distincte pentru fiecare piesă - vezi tabelul 1, care detaliază concentraţiile în punct/puncte pentru fiecare din probele analizate. Faptul ca rezultatele indică reţete (compoziţii elementale) complet diferite pentru piesele analizate este în conformitate cu clasificarea obiectelor realizata anterior dupa criterii stilistice. Astfel, patera şi cupa oenohoe sunt în stil greco-roman, coşul dodecagonal combină caracteristici ale stilului sassanid (persan) şi influente ale artei stepelor, în timp ce fibulele apartin traditiei stepelor (motivul păsării de pradă). Din analizele efectuate rezultăa că acest tezaur este heteroclit, fiind compus din piese produse în locuri şi în perioade diferite. Evident, numai o analiză extensivă a tuturor pieselor din acest tezaur poate conduce la rezultate concluzive şi aplicabile întregului set de obiecte.

În câteva probe - precum cea luată din patera tezaurului de la Pietroasa - s-a pus în evidenţă iridiul, element caracteristic aurului est-mediteranean, cel mai probabil provenit din Anatolia, din regiunea auriferă a râului Pactolus, azi secătuită de astfel de zăcăminte aurifere.

Cât priveste coşul dodecagonal, cel mai important rezultat al acestor experimente este prezenţa urmelor de paladiu (Pd). Singurele surse accesibile de aur cu Pd în acea perioadă erau cele din Nubia (Sudan) şi Anatolia (Turcia), folosite frecvent în atelierele din Egipt (Alexandria) şi Syria (Antiochia); paladiul a fost relevat ca element-urmă în monedele emise de Alexandru cel Mare după cucerirea Imperiului Persan. Conţinutul înalt de aur al acestei probe sugerează de asemenea prezenţa procedurii de retopire, folosind probabil monezi imperiale romane bătute în provinciile Orientale.

Din analiza hărţilor elementale, într-una din probe, parte a fibulei-agrafe sub forma de pasăre, au fost găsite incluziuni de Ta-Nb (tantal şi niobiu, vezi figura 2, prezentând un spectru PIXE în punct cu concentraţie de Ta ridicată, în care este vizibilă şi prezenţa Nb; figura 3 reprezinta o hartă cu distribuţia Ta pe un fragment din fibula mică). Acestea sunt metale greu fuzibile, şi au rezistat procesului de topire. Aceste elemente sunt specifice zăcămintelor aurifere provenind din munţii Urali - minereuri de tip samarskite/columbite. Concluzia este aceea ca aurul din care a fost realizată această piesă are ca origine minereuri din zona Uralilor.

În cazul probelor de aur nativ românesc s-a studiat în special prezenţa elementelor-urmă specifice precum staniul, stibiul, telurul, mercurul, plumbul. În aurul transilvan telurul şi stibiul au fost găsite ca elemente-urmă practic în toate probele; plumbul şi mercurul au aparut ca elemente-urmă în probele din zona Brad (pe lânga telur şi stibiu) - în cantităţi foarte mici. De remarcat că nu a fost detectată în nici o probă prezenţa staniului, element-urmă specific aurului mediteranean, care se regăseşte şi în câteva piese din tezaurul de la Pietroasa, lucrate in stil greco-roman sau greco-oriental. Aurul natural transilvan conţine în argint de la 5% la 25%, mult prin comparatie cu piesele arheologice de aur analizate, care au un conţinut scăzut de argint. Având în vedere aceste rezultate, reiese foarte limpede ca aurul transilvan nu coincide în compoziţie cu cel al pieselor din Tezaurul de la Pietroasa.

Sintetizând rezultatele obţinute în prezenta etapa, concludem că pentru obiectele analizate, aparţinând tezaurului de la Pietroasa, există patru posibile surse de aur: regiunea sudică a Munţilor Ural, depozitele din Nubia (Sudan), sursa micro-asiatica (cel mai probabil râul Pactolus din Anatolia centrala) şi/sau variate emisii monetare imperiale romane.

Ar mai fi de remarcat ca masuratorile efectuate pâna la acest moment nu au afectat piesele considerate "germanice", precum talerul mare si colanele simple.

Experimentele realizate în cadrul acestei etape se pot constitui într-un exemplu de studiere detaliată a prezenţei elementelor-urmă şi a micro-incluziunilor în obiecte din aur de patrimoniu, prin folosirea tehnicii micro-PIXE, în vederea obţinerii de concluzii istorice legate de originea obiectelor studiate. Compoziţiile elementale şi hărţile obţinute au permis extragerea mai multor concluzii de ordin istoric, câteva ipoteze putând fi avansate în ceea ce priveşte provenienţa şi modul de prelucrare a metalului folosit. S-a incercat de asemenea şi o caracterizare a aurului nativ transilvan, ajungindu-se la concluzia că obiectele de aur din tezaurul de la Pietroasa, analizate până acum, nu au fost fabricate cu aur din această zonă geografică. Experimentele efectuate constituie numai o prima etapă a acestui proiect extensiv de studiu al obiectelor confecţionate din metale pretioase din moştenirea culturală românească.

Rezultatele descrise mai sus au fost in obţinute de fizicienii de la IFIN-HH, iar interpretarea istorică a acestora s-a făcut în colaborare cu istoricii şi specialiştii de la Muzeul Naţional de Istorie a Romania (MNIR) şi Facultatea de Istorie a Universităţii din Bucureşti (FI-UB).

sus