Materiali di interesse artistico e archeologico Materiali lapidei

Materiali di interesse artistico e archeologico • Materiali lapidei (rocce, minerali) • Materiali pittorici (pigmenti, coloranti, leganti) • Materiali ceramici (terracotta porcellana) • Materiali vetrosi (vetro, ossidiana) • Materiali metallici (metalli puri, leghe) • Materiali organici (vegetali, animali)

Definizione di materiali lapidei Materiali di origine inorganica costituiti da minerali e/o rocce l l Minerali: sostanze inorganiche aventi struttura cristallina e composizione specifica Rocce: materiali compositi aventi struttura cristallina aggregati di minerali l Monomineraliche (quarzite, marmo) l Polimineraliche (granito, arenaria)

Alcuni esempi MINERALI Quarzo (Si. O 2) Calcite (Ca. CO 3) Quarzite Marmo ROCCE

Materiali nobili e non l l Materiali nobili (ceramica, vetro, leghe) Materiali non nobili (lapidei)

Materiali lapidei: nobili o no? Materiali di origine inorganica costituiti da minerali e/o rocce Marmo Giada Turchese

Definizione corretta l Materiali trasformati meccanicamente (lapidei) argill a l Materiali trasformati chimicamente (ceramica, vetro, lega)

Utilizzo dei materiali lapidei Materiali utilizzati per scopi diversi: l ad uso edile (marmo, arenaria) l ad uso ornamentale (turchese, giada) l ad uso utensile (selce, ossidiana)

Studi di provenienza l l Materiali trasformati chimicamente (ceramica, vetro, lega): il manufatto è poco correlabile alla materia prima DIFFICILI Materiali trasformati meccanicamente (lapidei): il manufatto è correlabile alla materia prima FACILI

Principali materiali lapidei l l l l Marmo Quarzite Selce Basalto Arenaria Granito Steatite l l l l Pietre calcaree Turchese Giada Alabastro Gemme Pigmenti inorganici Ossidiana Pietra sintetica

Marmo Il marmo è senz’altro il materiale lapideo più famoso, ineguagliabile dal punto di vista estetico e storico: basti pensare all’Acropoli di Atene o al tempio Taj Mahal ad Agra, in India Esso è una roccia metamorfica composta da carbonato di calcio (calcite, fino al 99%) e carbonato di magnesio (dolomite), originata da calcare. L’aspetto è candido, con vari tipi di grana; le venature indicano le impurità della composizione mentre il colore è determinato dalla presenza dei minerali accessori. Si tratta di un materiale molto duro ma poco resistente agli agenti atmosferici, in particolare al fenomeno delle piogge acide In antichità il marmo era un materiale molto pregiato ed oggetto di intensi scambi commerciali; l’utilizzo era per lo più per la statuaria, le iscrizioni, i templi, gli archi di trionfo e le costruzioni private Esistevano (ed esistono tuttora) cave disperse per tutta l'area mediterranea, in particolare sulla penisola greca (Hymettos, Pentelikon) e le isole egee (Naxos, Paros nelle Cicladi), in Asia Minore (Proconnesos, Dokimeion, Usak), Italia (Carrara), Africa settentrionale (Tunisia) e Pirenei. I marmi di maggior pregio sono considerati essere quelli delle cave greche e di Carrara; i marmi apuani, bianchissimi, sono puri, cioè composti quasi interamente da calcite

Studi sul marmo Il marmo si presta bene agli studi di provenienza in quanto materiale lapideo; molto utilizzata è la tecnica della determinazione dei rapporti isotopici (i rapporti tra le quantità di due isotopi dello stesso elemento o di elementi diversi, es. 13 C/12 C, 18 O/16 O) in quanto questi parametri hanno valori simili all’interno di una cava ma differenti da cava e soprattutto da zona I valori dei rapporti isotopici delle principali sorgenti di marmo utilizzate nell’antichità sono noti e tabulati, quindi è possibile in molti casi risalire in questo modo alla provenienza di campioni incogniti

Quarzite Si tratta di una roccia composta principalmente da quarzo (Si. O 2) e derivante per metamorfismo dall’arenaria. Di aspetto biancastro e per lo più opaca (a differenza del quarzo), essa è molto dura e molto resistente agli agenti atmosferici, e per questo usata come materiale per costruzioni o monumenti. Un esempio noto di monumento in quarzite è costituito dai Colossi di Memnone, due statue megalitiche fatte costruire durante la XVIII Dinastia dal faraone Amenhotep III nei pressi di Luxor, sulla riva sinistra del Nilo. I due famosi colossi sono le due statue che fiancheggiavano l'ingresso del tempio funerario del faraone, oggi quasi completamente scomparso. Rappresentano entrambi il re seduto, con ai lati, di proporzioni ben più piccole, due donne: la madre Mutemuia e la "grande sposa" Teie. I colossi hanno resistito all’usura del tempo e dell’uomo per secoli, grazie alle caratteristiche della quarzite. Memnone è un personaggio omerico; figlio di Titone ed Aurora, re etiope, accorse in aiuto di Troia e morì sotto le sue mura per mano di Achille, divenendo immortale per intercessione della madre presso Zeus. Una delle due statue fu rovinata dal terremoto del 27 a. C. ; per un gioco di dilatazioni causate dai primi raggi del sole, tale statua da allora, all'alba, emetteva da una frattura un dolce suono: nell'immaginazione dei visitatori di età classica Memnone, raffigurato nella statua spezzata dal terremoto, salutava la madre Aurora con quel suono “come di corde di cetra che si spezzassero”. La cosa è stata spiegata con la presenza, nella quarzite, di cristalli che si assestavano in modi differenti in seguito alla differenza di temperatura tra la notte ed il giorno. Un restauro mal fatto sotto Settimio Severo pose fine allo strano fenomeno.

Colossi di Memnone Cave di Gebel el Ahmar Due blocchi alti 20 metri e dal peso di 700 tonnellate Colossi Sulla base del contenuto di metalli (studio degli anni ’ 70), la quarzite proviene dalle cave di Gebel el Ahmar, 600 Km a nord controcorrente

Selce La selce è una roccia quarzifera nera-marrone associata a formazioni calcaree, composta prevalentemente da quarzo ma anche da fasi amorfe come l’opale e da microfossili. La sua origine è dovuta probabilmente alla sostituzione di minerali carbonatici con minerali silicei, più stabili Gli oggetti in selce sono caratterizzati dalla frattura concoide La selce è considerata il materiale più utilizzato nella manifattura di utensili durante l’età della Pietra o il Paleolitico; con essa si forgiavano utensili di vario impiego, dalle stoviglie alle armi Essendo poche le sorgenti di selce ma elevato il suo uso in età archeologica, lo studio della sua composizione può dare informazioni sulle rotte commerciali nella preistoria

Basalto, Arenaria e Granito Tra i materiali lapidei, basalto, arenaria e granito sono considerati l'estremo opposto rispetto al marmo o ad altri materiali utilizzati a scopo decorativo. Si tratta, infatti, di materiali impiegati in grandi unità strutturali a scopo unicamente edilizio, ad esempio nei circoli di pietre di numerosi siti archeologici nell'Europa Occidentale (Callanish, Stonehenge, Carnac), oppure per edifici civili in età più recente Questi materiali sono rocce silicee, cioè costituite prevalentemente da biossido di silicio. Il basalto è una roccia ignea effusiva di origine vulcanica, composta per lo più da silicati, di aspetto grigio-nero, estremamente dura e resistente. L'arenaria è una roccia sedimentaria formata da sabbia quarzifera, che può diventare per metamorfismo quarzite; essa è relativamente tenera e porosa. Il granito, infine, è una roccia ignea a grana grossa, piuttosto eterogenea e composta dai minerali quarzo, mica e ortoclasio, molto dura e resistente I più famosi manufatti di questo tipo sono senz’altro il circolo di pietre di Stonehenge, nella Salisbury Plain (Inghilterra SW) e la Stele di Rosetta

Steatite o Pietra saponaria: si tratta di una roccia metamorfica costituita prevalentemente da talco (Mg 3(Si 4 O 10)(OH)2). Solitamente si presenta bianca, verde o grigia e saponosa al tatto, tanto che in inglese si chiama soapstone. Data la sua composizione, è molto tenera e facile da lavorare (scala di Mohs: 1) Nel Nord America le tribù indiane usavano la steatite per confezionare i calumet della pace La steatite era molto utilizzata dagli Egizi per la manifattura di perle, vasi e altri piccoli oggetti come gli scarabei. Pare che avesse effetti benefici sullla salute

Pietre calcaree Il calcare e le pietre calcaree sono tra le più comuni rocce presenti sulla terra, al pari delle rocce silicee. Esse sono rocce sedimentarie costituite prevalentemente da carbonato di calcio, formatesi per l’accumulo di materiale anche biologico (gusci di conchiglie, diatomee). Il calcare si presenta come un materiale molto duro ma, per la sua natura chimica, attaccabile dagli agenti atmosferici Si tratta di materiali molto utilizzati già antichità per la costruzione di edifici. Nell’antica Grecia il calcare ha preceduto il marmo nella scultura. Nel medioevo fu usato estesamente nella costruzione degli edifici religiosi, in particolare per le cattedrali (Notre Dame a Parigi, cattedrale di Siviglia)

Turchese Tra i materiali lapidei utilizzati a scopo ornamentale vi è il turchese. Chimicamente esso è un minerale a base di fosfato avente formula Cu. Al 6·[(OH)2[PO 4]4· 4 H 2 O , dal colore inconfondibile e dalla consistenza dura. Veniva utilizzato nell’antichità per produrre gioielli come perle, anelli e pendant, oppure tessere di mosaico con cui comporre maschere o altri manufatti Il turchese era molto utilizzato sul continente americano, dove era fatto oggetto di intensi scambi commerciali; le miniere si trovavano soprattutto nel sud-ovest degli attuali USA, ma l’area di maggior produzione di manufatti era il Centroamerica All’arrivo di Hernan Cortes in Messico nel 1519, egli fu accolto dagli indigeni con una maschera costituita da un mosaico in turchese, per celebrare la sua divinità

Giada Si tratta di una pietra ornamentale di colore verde e buona compattezza, utilizzata per la manifattura di oggetti d’arte quali statuette, perle, ecc. Esistono due qualità di Giada, chimicamente costituite da due minerali diversi: la giadeite (solfato di sodio e alluminio) e la nefrite (silicato di calcio, magnesio e ferro) Entrambi i tipi sono caratterizzati da un elevato grado di durezza, sebbene la giadeite sia più dura della nefrite Risulta particolarmente difficile distinguere i due tipi di Giada. Va precisato che con il termine "Giada" si intende comunemente la giadeite La giada era molto utilizzata (ed è tuttora) soprattutto in Oriente ed è considerata avere, al pari di altre pietre ornamentali, capacità taumaturgiche

Alabastro L'alabastro è una roccia sedimentaria derivante dal gesso (solfato di calcio biidrato, Ca. SO 4· 2 H 2 O, la cui colorazione varia a seconda della presenza di alcuni tipi di minerali contenuti nella roccia. Si tratta di un materiale molto duro, molto pregiato e utilizzato perciò per lo più a scopo ornamentale L’alabastro più famoso è quello gessoso di Volterra che viene estratto in diverse colorazioni, dal bruno al marrone, dal nero al grigio, al giallo Esiste una varietà, detta orientale, che si differenzia chimicamente parlando, per essere costituito da carbonato di calcio poliforme e che si presenta sotto forma di calcite e talvolta di aragonite Nella figura è riportata una statuetta acefala, in finissimo alabastro, raffigurante la dea Iside. Essa proviene dalla villa romana di S. Vincenzino a Cecina (Livorno)

Le gemme Al pari delle pietre ornamentali o pietre dure descritte in precedenza (giada, turchese, ecc. ), possono essere considerate materiali lapidei anche le gemme. Esse sono infatti dei minerali, aventi struttura cristallina e composizione specifica. La definizione di gemme è legata in particolare alla bellezza, alla durevolezza e alla rarità di questi materiali Le gemme di maggior valore o pietre preziose sono essenzialmente quattro: il diamante, il rubino, lo zaffiro e lo smeraldo Di valore inferiore sono le pietre semipreziose, tra le quali il topazio, l'acquamarina e l'opale

Caratteristiche delle gemme Lista delle più importanti pietre preziose Nome Colore Minerale Diamante incolore Carbonio nativo Rubino rosso Corindone (a-Al 2 O 3) con impurezze di Cr 2 O 3 Zaffiro azzurro, rosso, giallo, violetto Corindone (a-Al 2 O 3) con impurezze di Fe 2 O 3 e Ti. O 2 Smeraldo verde Berillo (Al 2[Be 3 Si 6 O 18]) con impurezze di Cr 2 O 3 e V 2 O 5 Acquamarina azzurro chiaro Berillo (Al 2[Be 3 Si 6 O 18]) Topazio giallo, blu, rosa Al 2(OH, F)2 Si. O 4 Opale vario Silice (Si. O 2) amorfa Dati l'enorme valore delle gemme, sono stati recentemente sviluppati alcuni metodi analitici per verificarne la provenienza. Essi si basano sul contenuto delle impurezze metalliche o sui rapporti isotopici

Pigmenti inorganici Anche i pigmenti inorganici, per quanto possa sembrare strano, sono da considerare materiali lapidei. Essi sono infatti ottenuti prevalentemente da rocce o minerali puri che vengono frantumati e utilizzati poi, chimicamente inalterati, nelle varie tecniche pittoriche Alcuni esempi sono il lapislazzuli o lazurite, la malachite, il cinabro Viceversa, i pigmenti organici, le lacche, i coloranti, gli inchiostri e i pigmenti vetrosi non sono ovviamente materiali lapidei I pigmenti inorganici saranno comunque descritti nel capitolo dei materiali coloranti

Ossidiana L’ossidiana, dal punto di vista strutturale non si può considerare un materiale lapideo bensì vetroso: si tratta infatti di un vetro di origine vulcanica, composto quindi in prevalenza da Si. O 2 amorfa (attenzione: non da quarzo). Tuttavia, le sue caratteristiche dal punto di vista tecnologico la fanno rientrare in questa categoria L’ossidiana fu molto utilizzata nel periodo Neolitico come materiale per la manifattura di utensili da taglio e, in seguito, per oggetti ornamentali quali vasi e statue: la statua di Zeus a Olimpia, scolpita da Fidia, fu da lui decorata con ossidiana; nelle culture precolombiane veniva usata per statue, maschere, specchi e coltelli. Si tratta quindi di un materiale diffuso in tutto il mondo e certamente trasportato su rotte commerciali di ampia portata Per di più, è stabile alterazioni chimiche (tranne la superficie che tende ad idratarsi). Quindi, analizzando la distribuzione elementare di campioni incogniti, è possibile risalire con buona probabilità alla sorgente da cui i campioni sono stati prelevati.

Studi sull’ossidiana Dal punto di vista archeometrico, l’ossidiana è un materiale quasi ideale per gli studi di provenienza in quanto prodotto solo dall’azione dei vulcani; le sorgenti sono limitate e omogenee al loro interno, per cui la distribuzione degli elementi può essere estremamente caratteristica da sorgente

Pietre sintetiche Tra i materiali lapidei si è soliti includere anche gli stucchi e le malte, che in realtà non rispondono correttamente alla definizione data in precedenza in quanto sono di origine sintetica e vengono globalmente definiti pietre sintetiche. Sono infatti materiali pietrosi creati dall'uomo a partire da materie prime naturali, principalmente calcare e gesso, che raggiungono le proprietà richieste attraverso reazioni chimiche Lo stucco è impiegato per decorare o proteggere una superficie, mentre la malta si utilizza per unire due superfici. Sono distinguibili grossolanamente due categorie di pietra sintetica, a seconda che la materia prima sia calcare (carbonato di calcio, Ca. CO 3) o gesso (solfato di calcio biidrato, Ca. SO 4· 2 H 2 O)

Il processo di sintesi In entrambi i casi per ottenere il materiale è necessario riscaldare la materia prima: nel caso del calcare si ha la formazione di calce viva Ca. CO 3 Ca. O + CO 2 mentre nel caso del gesso si ha la perdita parziale di acqua con formazione del cosiddetto gesso di Parigi (solfato di calcio emiidrato, Ca. SO 4·½H 2 O) Ca. SO 4· 2 H 2 O Ca. SO 4·½H 2 O + 3/2 H 2 O La decomposizione del calcare avviene a 800 -900°C, quella del gesso a 150 -200°C. A seguito dell'addizione di acqua si crea un miscuglio pastoso dalle proprietà plastiche che, dopo evaporazione dell'acqua stessa, riacquista le proprietà meccaniche del materiale di partenza; nel caso della calce l'addizione di acqua crea prima di tutto la calce spenta, Ca(OH)2, che poi assorbendo anidride carbonica forma nuovamente carbonato di calcio: Ca. O + H 2 O Ca(OH)2 + CO 2 Ca. CO 3 + H 2 O

Le pietre sintetiche in antichità L'uso della pietra sintetica risale almeno a 14. 000 anni fa nell'area del Mediterraneo Orientale. Popoli di culture antecedenti l'uso della ceramica avevano scoperto come convertire la pietra in un materiale più lavorabile che spontaneamente tornava a pietra in condizioni controllate, utilizzando le risorse disponibili: è interessante notare come sia possibile distinguere, in Asia Sudoccidentale, l'impiego di stucchi calcarei o gessosi in aree geografiche rispettivamente più umide (costa mediterranea) o più desertiche (area mesopotamica), in conseguenza probabilmente del fatto che il gesso è più solubile in acqua e quindi meno stabile in un clima umido; il calcare, d'altra parte, richiede un trattamento termico più spinto, difficile da ottenere in zone con scarsa disponibilità di legname da bruciare come quelle desertiche

Il cemento romano Nel corso dei secoli l'uso delle pietre sintetiche è stato perfezionato, includendo nella preparazione additivi come la cenere vulcanica, composti basici, composti a base di silicati (sabbia) o alluminosilicati (argilla, caolino) fino ad ottenere un materiale dalle proprietà simili al moderno cemento La cupola del Pantheon, a Roma, è composta da cemento romano (una miscela di calce e cenere vulcanica) e sta ancora in piedi dopo duemila anni

Interesse allo studio dei materiali lapidei I materiali lapidei sono molto studiati in archeometria nell'ambito degli studi di provenienza, per i quali sono particolarmente idonei essendo gli artefatti chimicamente simili alle materie prime; inoltre sono materiali di amplissima diffusione e utilizzo e si rinvengono in qualunque scavo archeologico. Per questi motivi, gli studi archeometrici sui materiali lapidei forniscono molte informazioni sulle rotte commerciali dell'antichità e quindi sui rapporti tra le civiltà. Per la loro natura di materiali trasformati fisicamente e non chimicamente, essi non risultano di interesse, invece, per quanto riguarda gli studi tecnologici L'interesse allo studio dei materiali lapidei è legato ai seguenti motivi: • Caratterizzazione elementare • per effettuare studi di provenienza e avere informazioni sulle rotte commerciali • Conservazione e restauro • studio degli effetti degli agenti atmosferici sulla superficie (piogge acide, interazione col terreno) • ripristino di aree danneggiate

Tecniche per lo studio dei materiali lapidei I materiali lapidei, tranne l'ossidiana, sono composti prevalentemente da minerali o miscele di minerali. Per la loro caratterizzazione sono quindi utilizzabili le tecniche di spettroscopia molecolare (Raman e Infrarossa) e la spettroscopia XRD. Queste tecniche possono inoltre dare informazioni utili nella caratterizzazione di prodotti di degradazione superficiali. Per quanto riguarda gli studi di provenienza, le tecniche più idonee sono quelle volte alla determinazione degli elementi, sia a livello di componenti maggiori e minori sia a livello di tracce e ultratracce; le tecniche principali sono quelle di spettroscopia atomica, spettroscopia XRF e spettroscopia INAA. Altrettanto importanti sono le tecniche di analisi isotopica, particolarmente efficaci negli studi di provenienza del marmo • Caratterizzazione tecniche di spettroscopia molecolare • Raman, IR, XRD • Studi di provenienza tecniche di spettroscopia elementare • Spettroscopia atomica, XRF, INAA