Ανάπτυξη και εφαρμογή μεθόδων αναλυτικής φασματοσκοπίας στην αρχαιομετρική μελέτη μετάλλινων τεχνουργημάτων της Αρχαίας Μακεδονίας

Abstract

The present study focuses at the archaeometrical study of metal atefacts through the implementation of contemporary physico-chemical spectroscopy analytical methods. In particular, it is dealing with the determination of the chemical composition of one hundred and fity-nine (159) metal artefacts [eleven (11) gold and one hundred and forty-eight (148) bronzes] from different archaeological sites, of ancient Macedonia (Derveni, Sindos, Olynthos, Sedes, Stavroupoli, Avdira, Aineia, Toroni etc.). They are dated from the Archaic (6th cent. BCE) to the early Hellenistic era (early 3rd cent. BCE) and they were unearthed from well dated contexts, during controlled excavations of the Greek Archaeological Service.The aims of the present study are: a) to study the methodology of the implementation of modern analytical techniques on ancient metal artefacts, b) the comparison between invasive and non invasive techniques, at the application in archaeometrical metallurgical studies, c) to investigate the manufacturing technology of metal artefacts, d) to determine the chemical composition of the alloy used for their construction, as well as the differentiation according to each part of the vessel, e) the distinction between the detected chemical elements in those which are the product of intentional addition and in those whose presence is due to impurities of raw materials and f) to ascertain the access of the ancient Macedonian technicians to raw materials. Energy Dispersive micro-X-Ray Fluorescence (micro-EDXRF) spectroscopy is an excellent analytical technique for the determination of major and secondary metal elements. Its main advantages are the non-invasive implementation and the possibility to take an unlimited number of measurements from all distinct parts of the vessels. On the other hand, Inductively Coupled Plasma – Atomic Emission Spectroscopy (ICP-AES) works complementary for the improvement of the trace elements determination and the chemical analysis of the total mass of the sample.According to the analytical results, gold jewels were divided in two groups depending on the implementation of refining or not. High purity copper used for the construction of bronze vessels since slight amount of impurities was detected (Fe, Ni, As, Co, Sb, Ag, Ti). Elements used for alloying purposes, except Sn, is Pb (cast artefacts) and, in some cases, Zn. A well-controlled production system was implemented, for the construction of the banquet vessels of the 4th cent. BCE. On the other hand, for the construction of the domestic use vessels, recycling procedures must have been applied. Furthermore, it was found, differentiation of the chemical composition of the different parts of each vessel, according to their functionality. Ancient metalsmiths were taking into account, criteria such as desired appearance, cost of metals, future use and physical properties (like resistance to corrosion). It’s the first time, is being presented a compositional study of a great number of metal artefacts, from ancient Macedonian sites, which aims at contributing to a better understanding of the ancient Macedonian metallurgy.

Η παρούσα διατριβή ασχολείται με την αρχαιομετρική μελέτη μετάλλινων τεχνουργημάτων, μέσω της εφαρμογής σύγχρονων φασματοσκοπικών αναλυτικών τεχνικών. Συγκεκριμένα, προσδιορίζεται η χημική σύσταση εκατό πενήντα εννέα (159) μετάλλινων τεχνουργημάτων [έντεκα (11) χρυσών κοσμημάτων και εκατόν σαράντα οκτώ (148) χάλκινων αντικειμένων] που προέρχονται από διαφορετικές ανασκαφικές θέσεις της αρχαίας Μακεδονίας (Δερβένι, Όλυνθος, Σίνδος, Σέδες, Σταυρούπολη, Άβδηρα, Αίνεια, Τορώνη κ.α.). Χρονολογούνται από την Αρχαϊκή (6ος αι. π.Χ.) έως την πρώιμη Ελληνιστική εποχή (αρχές 3ου αι. π.Χ.) και αποτελούν προϊόντα συστηματικών ανασκαφών της Αρχαιολογικής Υπηρεσίας.Οι σκοποί της συγκεκριμένης διατριβής είναι: α) η μελέτη της μεθοδολογίας εφαρμογής σύγχρονων αναλυτικών τεχνικών σε μετάλλινα τεχνουργήματα, β) η σύγκριση μεταξύ επεμβατικών και καταστρεπτικών τεχνικών, στη μελέτη αρχαίας μεταλλουργίας, γ) η διερεύνηση της εφαρμοζόμενης τεχνολογίας κατασκευής στα μετάλλινα τεχνουργήματα της αρχαίας Μακεδονίας, δ) ο προσδιορισμός της χημικής σύστασης των, υπό μελέτη, αντικειμένων και ο εντοπισμός πιθανών διαφοροποιήσεων στα διακριτά τους τμήματα, ε) η διάκριση των ανιχνευόμενων χημικών στοιχείων σε εκείνα που αποτελούν προϊόν ηθελημένης προσθήκης και σε εκείνα που η παρουσία τους οφείλεται σε προσμίξεις των πρώτων υλών και στ) η διερεύνηση της πρόσβασης των αρχαίων Μακεδόνων σε πρώτες ύλες.Η φασματοσκοπία μικροφθορισμού ακτίνων Χ (micro-EDXRF) είναι μια εξαιρετική αναλυτική τεχνική για τον προσδιορισμό των κύριων και δευτερευόντων χημικών μεταλλικών στοιχείων με κύρια πλεονεκτήματα την μη επεμβατικότητα και τη δυνατότητα λήψης, θεωρητικά, απεριόριστου αριθμού μετρήσεων από όλα τα διακριτά τμήματα των αγγείων. Από την άλλη, η φασματοσκοπία ατομικής εκπομπής επαγωγικά συζευγμένου πλάσματος (ICP-AES) λειτουργεί άριστα ως μια συμπληρωματική αναλυτική τεχνική για τη βελτίωση του προσδιορισμού ιχνοστοιχείων και τη λήψη αναλυτικής πληροφορίας από το σύνολο της μάζας του δείγματος.Σύμφωνα με τα αναλυτικά αποτελέσματα, τα χρυσά τεχνουργήματα διακρίθηκαν σε δύο ομάδες, αναλόγως εάν έχουν υποστεί τη διαδικασία του εξευγενισμού. Ο χαλκός που χρησιμοποιήθηκε, στην κατασκευή των μπρούτζινων αγγείων, ήταν υψηλής καθαρότητας καθώς ανιχνεύθηκαν μικροποσότητες ακαθαρσιών των πρώτων υλών (Fe, Ni, As, Co, Sb, Ag, Ti). Εκτός από τον Sn, για κραμάτωση, χρησιμοποιήθηκε ο Pb (χυτά τμήματα) και σε ορισμένες περιπτώσεις ο Zn. Στα συμποσιακά αγγεία του 4ου αι. π.Χ. εφαρμόστηκε ένα ελεγχόμενο σύστημα παραγωγής σε αντίθεση με τα αγγεία οικιακής χρήσης όπου διαπιστώθηκε η χρήση ανακυκλώσιμων υλικών. Επίσης διαπιστώθηκε η διαφοροποίηση της χημικής σύστασης των επιμέρους τμημάτων του κάθε αγγείου, ανάλογα με τη λειτουργικότητά του. Οι αρχαίοι τεχνίτες, θα πρέπει να λάμβαναν υπόψη, παράγοντες όπως: η τελική εμφάνιση του αντικειμένου, το κόστος, η μελλοντική χρήση και η ανθεκτικότητα στη διάβρωση.Στην παρούσα μελέτη παρουσιάζεται, για πρώτη φορά, η μελέτη της χημικής σύστασης ενός μεγάλου αριθμού μετάλλινων τεχνουργημάτων από την αρχαία Μακεδονία, με στόχο τη συμβολή στην καλύτερη κατανόηση της μεταλλογνωσίας των αρχαίων Μακεδόνων.