Sapere Scienza

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Piccoli indizi per grandi scoperte

di 
Piccoli indizi per grandi scoperte Maria Cristina Caggiani

Infografica creata da Maria Cristina Caggiani, autrice del blog Archeobaleni per spiegare il funzionamento del microscopio elettronico a scansione (SEM). Il fascio di elettroni (primary electron beam) interagisce in differenti modi con il campione generando elettroni retrodiffusi (backscattered electrons), elettroni secondari (secondary electrons) e fluorescenza a raggi X (X-ray fluorescence), risposte allo stimolo che forniscono informazioni rispettivamente sul numero atomico medio del campione (più alto sarà questo valore, più sarà luminosa l’immagine), sulla morfologia e sulla composizione chimica.

 

Dopo un breve ripasso su come funziona un microscopio elettronico a scansione grazie all’infografica dell'autrice del blog “Archeobaleni”, veniamo al “dunque” ossia cosa si analizza con il SEM nell’ambito dei beni culturali.

 

Avrete capito che l’intrinseca polimatericità del patrimonio culturale richiede l’applicazione di una grande varietà di metodi analitici e che, sicuramente, una tecnica che permette di avere più di un tipo di informazione risulta vincente. Per comprendere meglio ciò che cerchiamo, basti pensare che l’uso di numerosi composti come pigmenti di un dipinto o la produzione di leghe di rame e stagno, arsenico, antimonio e piombo può cambiare a livello geografico ma anche cronologico, e può essere quindi utilizzata per dedurre l’origine geografica di un reperto o del materiale di cui è fatto. Inoltre gli scienziati affrontano anche problematiche quali il deterioramento, la conservazione e la salvaguardia del patrimonio culturale. In queste circostanze uno strumento come il SEM, in grado raggiungere ingrandimenti pari a 100.000x e di fornire una mappa degli elementi chimici costituenti un campione, è sicuramente un'arma importante nella battaglia che il conservatore ingaggia contro il Tempo.

 

Un esempio di studio riguardante la caratterizzazione e la comprensione delle fasi di produzione di un materiale è quello che è stato effettuato sulle malte aeree - ossia adoperate per costruzioni su terraferma in quanto indurisce solo in presenza di aria - degli edifici storici situati nell’aerea delle Madonie, in Sicilia settentrionale.

 

malta macr micro petralia sottana

 

Fonte: G. Montana, A.M. Polito, L. Randazzo, Studio etnoarcheometrico di malte aeree a legante gessoso nell’area delle Madonie (Sicilia settentrionale), VI Congresso Nazionale di Archeometria “Scienza e Beni Culturali” - Pavia, 15-18 febbraio 2010. Località di prelievo(A), macrofotografia(B) e immagine al microscopio elettronico a scansione(D) del campione di malta di Petralia Sottana, area delle Madonie, Sicilia settentrionale. Si tratta di una malta di allettamento, avente cioè il compito di legare assieme conci di pietra o mattoni in laterizio, in edifici urbani e rurali. L’ingrandimento al microscopio elettronico rivela macropori da impronta – quei tunnel visibili tra i cristalli - probabilmente dovuti a tracce di fibre naturali addizionate all’impasto gessoso.

 


La ricerca documentaria ed etnografica ha permesso di ricostruire il processo di estrazione, preparazione ed impiego del gesso nel territorio in questione. Lo studio analitico dei campioni di malta, prelevati dalle costruzioni di alcuni dei più importanti comuni siciliani, ha permesso di conoscere le antiche “ricette” utilizzate localmente, determinando la composizione e la provenienza della materia prima. I dati ottenuti possono essere utilizzati per pianificare correttamente eventuali interventi di restauro (integrazione o sostituzione).

 


Senz’altro affascinante lo studio dello stato di conservazione dei celeberrimi Manoscritti del Mar Morto, rotoli di pergamena datati dal III secolo a.C al I secolo d.C., di contenuto prevalentemente biblico e apocrifo. Ritrovati nel 1956 vicino alle rovine dell'antico insediamento di Khirbet Qumran, sulla riva nord-occidentale del Mar Morto, poi recuperati dai ricercatori nel 1967, sono stati analizzati con differenti tecniche tra cui proprio il SEM e la spettroscopia Raman.

 

temple scroll SEM

 

Fonte: I. Rabin, R. Schütz, E. Kindzorra, U. Schade, O. Hahn, G. Weindberg, P. Lasch, Analysis of an antique alum tawed parchment, Multidisciplinary Conservation: a Holistic View for Historic Interiors, Joint Interim-Meeting of five ICOM-CC Working Groups, Roma 2010. A sinistra un frammento dei Manoscritti del Mar Morto (immagine di Google Art project); a destra un’immagine al microscopio elettronico a scansione grazie al quale è possibile visualizzare delle fibre (a), la vera e propria superficie della pergamena (b) e dei cristalli di glauberite (Na2Ca(SO4)2), un minerale la cui presenza è probabilmente dovuta a un passato trattamento di restauro. Questi cristalli sono stati ritrovati in entrambi i lati della pergamena e sulla carta giapponese usata come supporto dei frammenti.

 


È possibile anche controllare l’effetto che una pulitura operata mediante laser ha su un supporto organico, quindi molto delicato. In questo caso parliamo del confronto tra campioni contemporanei di pergamena, ricavata da pelli di capre e vitello, e di reperti più antichi forniti dalla Biblioteca Apostolica Vaticana.

 

laser parchment

 

Fonte: W. Kautek, S. Pentzien, A. Conradi, D. Leichtfried, L. Puchinger, Diagnostics of parchment laser cleaning in the near-ultraviolet and near-infrared wavelength range: a systematic scanning electron microscopy study, Journal of Cultural Heritage, 4 (2003). La colonna di sinistra mostra gli effetti del trattamento con il laser su una pergamena antica conservata nella Biblioteca Apostolica Vaticana, a destra quelli su di una pergamena contemporanea. Dall’alto verso il basso le immagini cambiano a seconda delle caratteristiche del fascio laser utilizzato (la quantità di energia del fascio per cm2 è crescente). La pulitura non dovrebbe provocare l’ablazione (rimozione) della superficie e neanche mutarne la morfologia.

 


Sono tantissimi i piccoli “indizi” che possono sorprenderci davanti al microscopio elettronico a scansione e che, a volte, costituiscono il primo passo verso grandi scoperte!

 

 

 

 

 

 

 

Alessia Colaianni

Giornalista pubblicista, si è laureata in Scienza e Tecnologia per la Diagnostica e Conservazione dei Beni Culturali e ha un dottorato in Geomorfologia e Dinamica Ambientale. Divulga in tutte le forme possibili e, quando può, insegna.

copertina   luglio-agosto 2019

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