Μηχανισμοί διάβρωσης γυαλιού και τρόποι αποκατάστασής τους

Abstract

The aim of current PhD research is to investigate non-destructively glass corrosion and specifically metal-leaf glass tesserae from the wall mosaics of the Byzantine Monastery of Daphni (11th century). Metal-leaf (gold/ silver) glass tesserae were used in abundance for the byzantine wall mosaics, particularly when gold was established for the background. Metal-leaf is a unique type of glass tessera due to its sophisticated manufacture technique - a metal leaf is enclosed between two layers of normally transparent glass, the support glass and a second thin layer the top glass.The research comprise of a systematic macroscopic and microscopic examination of tesserae (detached and in situ) followed by analysis of selected tesserae-samples, as received, using scanning electron microscopy energy dispersive x-ray spectroscopy (SEM/EDX) and supplementary ion beam analyses, proton induced X-ray and γ-ray emission micro-spectrometry ( through the European programme CHARISMA Fixlab). After the completion of non-destructive evaluation, analysis of represented samples in cross-section was carried out, via SEM/EDX analysis.The study of the mosaics of Daphni Monastery revealed the use of metal-leaf tesserae of different glass colour (yellowish, aqua and roughly purple). The basic composition of the tesserae is a soda-lime-silicate glass of mixed type, a mixture of natron and plant ash glass. A low percentage of manganese and iron in the glass give the colour variations. Moreover, the discovery of a large number of gold tesserae deriving from the border of the glass slab, referred to as edges, facilitated the investigation of manufacturing technique.The condition of the metal-leaf glass tesserae is the combined effect of the alteration of the glass at the external surface and at the interface due to the presence of the metal leaf. Furthermore, non-destructive investigation facilitated the surface study of the altered glass areas, demonstrating that the altered glass exhibits a similar morphology independently the location: the external surface or the interface with the metal leaf (botryoidal and inverted botryoidal texture of the layers). Advanced corrosion on all the tesserae areas and particularly at the interface with the metal leaf, is associated with the creation of manganese-rich areas. Manganese rich areas were classified based on their morphology in spots, laminas and layers. The gold/silver tesserae constitute a category of artifacts with distinctive manufacture technique and characteristic way of alteration, mainly attributed to internal factors; appear to be less durable compare to the other types of glass tesserae. The decay of the examined tesserae is attributed to the combined effect of glass deterioration and corrosion of water, through the mortar.

Το αντικείμενο της Διδακτορικής Διατριβής είναι η μελέτη της διάβρωσης του γυαλιού με μη καταστρεπτική μεθοδολογία και συγκεκριμένα οι ψηφίδες με μεταλλικό φύλλο (χρυσές/αργυρές) από τα ψηφιδωτά της Μονής Δαφνίου (11ος αιώνας). Οι γυάλινες ψηφίδες με μεταλλικό φύλλο χρησιμοποιήθηκαν εκτενώς στα εντοίχια βυζαντινά ψηφιδωτά και αποτελούν ιδιαίτερη κατηγορία των γυάλινων ψηφίδων, λόγω της τεχνικής κατασκευής τους. Ένα λεπτό μεταλλικό φύλλο εγκλωβίζεται ανάμεσα σε δύο στρώματα γυαλιού, το γυαλί υποστρώματος και ένα λεπτό δεύτερο στρώμα, το γυαλί επικάλυψης. Η διερεύνηση περιελάμβανε συστηματική οπτική εξέταση (μακροσκοπική- μικροσκοπική) ψηφίδων αποσπασμένων και κατά χώρα στο μνημείο και ανάλυση επιλεγμένων δειγμάτων – ψηφίδων χωρίς προετοιμασία δείγματος. Η ανάλυση έγινε με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης σε συνδυασμό με φασματοσκοπία ακτίνων Χ ενεργειακής διασποράς (SEM/EDX) και επικουρικά με μικρο-φασματοσκοπία ακτίνων Χ και γ επαγόμενων από πρωτόνια (μ-PIXE/PIGE), μέσω του Ευρωπαϊκού προγράμματος CHARISMA (Fixlab). Μετά την ολοκλήρωση της διερεύνησης των ακέραιων ψηφίδων, πραγματοποιήθηκε ανάλυση αντιπροσωπευτικών ψηφίδων σε τομή με SEM/EDX.Η μελέτη υποδεικνύει τη χρήση ψηφίδων από γυαλί διαφορετικής απόχρωσης (υποκίτρινο, κυανό και υποπόρφυρο). Οι ψηφίδες είναι κατασκευασμένες από πυριτικό γυαλί νατρίου με παρουσία καλίου- μαγνησίου που εκτιμάται ως μικτής σύστασης (mixed natron– plant ash glass type). Μικρές διαφοροποιήσεις στα ποσοστά του μαγγανίου και του σιδήρου αποδίδουν την απόχρωση. Εντοπίστηκαν χρυσές ψηφίδες αποκομμένες από τις παρυφές του υαλόδισκου κατασκευής, οι οποίες ονομάστηκαν ψηφίδες παρυφής. Οι ψηφίδες παρυφής προσέφεραν πληροφορίες για την τεχνική κατασκευής. Η κατάσταση των αλλοιωμένων ψηφίδων εκτιμάται ότι είναι το αποτέλεσμα της αλλοίωσης των γυάλινων στρωμάτων εξωτερικά και εσωτερικά λόγω της παρουσίας του μεταλλικού φύλλου. Παράλληλα η μη καταστρεπτική διερεύνηση, υποδεικνύει ότι το αλλοιωμένο γυαλί παρουσιάζει στρώματα με παρόμοια μορφολογία, είτε αυτό βρίσκεται στην εξωτερική επιφάνεια των ψηφίδων ή σε επαφή με το μεταλλικό φύλλο (βοτρυοειδής και κατοπτρική βοτρυοειδής μορφή). Η έντονη αλλοίωση σε όλες της περιοχές της ψηφίδας και ειδικά στη διεπιφάνεια, συνδυάζεται με την παρουσία θέσεων πλούσιων σε μαγγάνιο, οι οποίες ταξινομήθηκαν σε κηλίδες, στοιβάδες ή στρώσεις.Οι χρυσές και αργυρές ψηφίδες αποτελούν μια κατηγορία γυάλινων αντικείμενων της πολιτιστικής κληρονομιάς με ενδιαφέρουσα τεχνολογία κατασκευής και ιδιαίτερο τρόπο φθοράς, που σε μεγάλο βαθμό είναι αποτέλεσμα ενδογενών παραγόντων, που τις καθιστούν πιο επιρρεπείς στην φθορά από τις υπόλοιπες γυάλινες ψηφίδες. Η φθορά των εμφανώς αλλοιωμένων ψηφίδων που εξετάστηκαν, εκτιμάται ως ο συνδυασμός της αλλοίωσης του γυαλιού στην ατμόσφαιρα και της διάβρωσης διαμέσου του υποστρώματος.