Assessing the decay agents of wall paintings in Al Qurna and Wadi el Natrun regions - Egypt

Abstract

The Sketis, now known as Wadi El Natrun is a sandy depression located in the western part of the Nile delta, latitude 30° 17' and 30° 38' N, longitude 30° 02' and 30° 30' E. It is directed NW-SE, about 22 m under sea level. Al Qurna is located at the Nile's west bank of Thebes about 25.67° N and 32.70° E and its height is about 88 m above sea level. Wadi al-Natrun is one of the oldest centers of monastic settlements in Egypt. Al Qurna for Copts has been of the same importance as they inhabited the ancient Egyptian tombs and temples during the ages of Roman Persecution, destroying some scenes that were considered as a symbol of atheism, imitating and covering some others with new religion ones in the phenomenon that termed as “over painting”. Wall paintings in both areas are affected by two different climatic conditions -Mediterranean and desert. Temperature and relative humidity showed a great variation in climatic conditions at the two areas between day and night, summer and winter. Many failures of wall paintings in both of Al Qurna and Wadi El Natrun-Egypt are caused by the defects in the geological structure and the arid surrounding climatic conditions in addition to the effect of soluble salts in the deterioration cycle, those factors were studied. Biodeterioration and clay mineralogy were also studied. Building materials in the two areas were studied using non-destructive methods which proved that: the blue pigment in Al Qurna is Egyptian blue “cuprorivaite”, red pigment is hematite, yellow in the tomb of Kha’ Em Het is a mix of goethite-orpiment and in the tomb of Amen Em Hab is Jarosite, brown pigment is a mix of hematite and calcium iron sulfate hydroxide hydrate, green pigment in the church of the Virgin-Wadi El Natrun is a mix of malachitehydrocerussite, black is graphite, while green pigment in al Qurna is parawollastonite and black is organic carbon. Lack of sufficient protection against biodeterioration and man made deterioration, aside from the atmospheric pollution; are of the reasons for wall paintings prematurely demonstrating failures. Today, integrated protection of the wall painting poses not only cultural, but also scientific challenges.

Η παρούσα διατριβή εξετάζει τη φθορά των τοιχογραφιών από δύο περιοχές της Αιγύπτου με αρχαιολογικό ενδιαφέρον: περιοχή Wadi El-Natrun και Al Qurna, σε συνδυασμό με την αναγνώριση των χρησιμοποιούμενων υλικών δόμησης και χρωστικών ουσιών. Η διατριβή αποτελείται από πέντε κεφάλαια: το πρώτο κεφάλαιο αποτελεί η αναδρομή της χριστιανικής ιστορίας στην Αίγυπτο, ενώ στο δεύτερο εξετάζονται συγκριτικά οι τεχνικές και τα υλικά των ευρωπαϊκών και αιγυπτιακών τοιχογραφιών. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται αναλυτικά τα γεωλογικά, τοπογραφικά και κλιματολογικά δεδομένα των δύο περιοχών μελέτης. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφονται οι τοιχογραφίες των δύο περιοχών, τα χαρακτηριστικά τους και οι ποιο επιβαρυντικοί παράγοντες που οδηγούν στην επιδείνωσή τους. Στο πέμπτο κεφάλαιο περιγράφονται τα υλικά και οι μέθοδοι έρευνας που χρησιμοποιήθηκαν. Συγκεκριμένα, εφαρμόστηκαν οι ακόλουθες μέθοδοι και τεχνικές: περιθλασιμετρία ακτίνων-Χ (XRD) για τον προσδιορισμό της ορυκτολογικής σύστασης των εξεταζόμενων δειγμάτων, μ-XRF για τη χημική ανάλυση των δειγμάτων, σαρωτικό ηλεκτρονικό μικροσκόπιο (SEM) με σύστημα μικροανάλυσης (EDS) για την αξιολόγηση της μορφολογίας των δειγμάτων και τον υπολογισμό της χημικής σύστασης των περιεχόμενων ορυκτολογικών φάσεων, φασματοσκοπία υπερύθρου (FTIR), φασματόμετρο ατομικής εκπομπής (ICP–AES), καθώς και άλλες χημικές και βιοχημικές μέθοδοι. Βρέθηκε ότι η μπλε χρωστική στις τοιχογραφίες της περιοχής Al Qurna είναι «Μπλε της Αιγύπτου» δηλαδή κουπροριβαΐτης, η κόκκινη χρωστική είναι αιματίτης, η κίτρινη χρωστική στον τάφο του Kha’ Em Het (Χα Εμ Χετ) είναι ένα μίγμα γκαιτίτη-σανδαράχης, ενώ στον τάφο του Amen Em Hab (Αμεν Εμ Χαμπ) η κίτρινη χρωστική είναι γιαροσίτης, η καφέ χρωστική είναι μίγμα αιματίτη και ένυδρων θειικών υδροξυ-αλάτων ασβεστίου σιδήρου, η πράσινη χρωστική από την εκκλησία της Παναγίας στην περιοχή Wadi El Natrun είναι ένα μίγμα μαλαχίτη- υδροκερουσσίτη, η μαύρη χρωστική είναι γραφίτης, ενώ η πράσινη χρωστική στην περιοχή Αl Qurna είναι Cu-Βολλαστονίτης και η μαύρη είναι άνθρακας οργανικής προέλευσης. Βάση των αποτελεσμάτων της μελέτης των διαλυτών αλάτων προκύπτει ότι το NaCl είναι το πιο συνηθισμένο άλας που περιέχεται στο μητρικό πέτρωμα (σχιστόλιθος γνωστός ως Esna shale), στα υπόγεια και επιφανειακά νερά της περιοχής Al Qurna. Επίσης, βρέθηκε ότι τα υλικά δόμησης (λίθοι, κονιάματα και σοβάδες) και στις δύο περιοχές έχουν επηρεαστεί από τα υπόγεια νερά εφόσον περιέχουν τα ίδια με αυτά διαλυτά άλατα σε διαφορετικές συγκεντρώσεις. Οι λίμνες της περιοχής Wadi El Natrun υπήρξαν φυσική πηγή νίτρου (NaCO3.10H2O), το οποίο χρησιμοποιούνταν κατά την αρχαιότητα στη μουμιοποίηση. Οι λίμνες με υψηλή περιεκτικότητα νατρίου αποτελούν τον κύριο τύπο λιμνών που συναντώνται σε πολύ αλκαλικά περιβάλλοντα. Οι παράγοντες που οδηγούν στο σχηματισμό αλκαλικών αλμυρών αποθέσεων είναι κλιματικοί, γεωλογικοί και τοπογραφικοί. Η επίδραση των κλιματικών και τοπογραφικών παραγόντων συνδέεται άμεσα με την ποσότητα του νερού που εισέρχεται σε μία υδρολογική λεκάνη με τη μορφή βροχόπτωσης ή επιφανειακών απορροών και με αυτό που απομένει μετά από εξάτμιση. Γεωχημικοί παράγοντες προσδιορίζουν ποια ιόντα θα περιέχονται σε νερά. Νερά με υψηλό περιεχόμενο διοξειδίου του άνθρακα οδηγούν στο σχηματισμό ασθενών όξινων ανθρακικών αλάτων τα οποία αλληλοεπιδρούν με τα περιβάλλοντα πετρώματα και τα αρχαία κτίρια και τελικό αποτέλεσμα τη διαλυτοποίηση των ορυκτών (χημική αποσάθρωση).