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用以揭露壁画艺术秘密的科学

       意大利国立研究所文化遗产保护研究中心的保护与修复材料研究机构是一个拥有四十多人的材料研究部门,该部门在米兰和罗马都有分支机构,也与比萨大学开展合作。其日常的主要工作是用传统的方法分析与文化保护相关的材料,并不断研发新的方法。同时也融入一些新的科学研究方向,如城市研究,把跨学科研究融入到材料学之中。

      我们的研究中心对于检测分析主要运用两种方法:现场检测与实验室检测。现场检测是指测试工作在何处开展就在哪里做材料的检测。检测过程使用与此相关的一系列可移动设备,分析材料表面的构成,也可以用传感器来了解艺术品所处的大环境。

      例如,对于佛罗伦萨的挪威拉教堂,我们要做的是避免它在半封闭的环境中出现冷凝现象,为此采用了许多现场工具设备。教堂里出现了湿壁画与基底层脱离的现象,尤其是教堂修道院的壁画更是如此。我们对湿度进行测试,使用的方法包括红外线热度频谱分析,在房间里多地布设检测点以了解水份渗透的情况与湿度是否具有一致性。便携的设备非常小巧,通过这些便携设备,在房间的不同地方布点分析环境温度和湿度,也可在不同的高度,对湿壁画的表面温度进行分析。

      SUSI用于诊断壁画次表层表面湿度含量以及石膏层、泥沙层、石层的盐含量。经过检测,正是因为这些物质彼此之间的相互作用造成了湿壁画脱离的冷凝现象。

      在现场检测分析的同时,需要获得不同样本到实验室里进行进一步分析,即实验室分析检测,实验室检测运用的主要有傅里叶的红外分析仪、频谱测试仪、X射线。这些方法通常会被结合起来使用,以了解有机材料中的组份,例如色层分析、质谱分析的方法经常被结合在一起使用:在使用热解气相色谱的方法了解这些材料与自然环境相作用过程中所产生痕迹的同时,使用GCMS气相色谱和质谱结合分析的方法进一步定义所用的一系列的复合材料材料,比如石蜡黏合剂的使用或植物、动物的树脂以及蛋白质、糖类物质的使用。数据的获得为我们后续修复湿壁画、解决脱离的问题提供了前期基础。获得这些数据只是修复工作的前提,修复这些湿壁画必须使用新的材料,要对这些新材料的黏着性进行预判,预估这些新材料与环境作用之后产生的结果以进行可预见性的监测,根据所获得的数据和方案提出可行的保护方法。

      例如与庞贝古城同样著名的另外一座意大利古城赫克莱尼姆由于火山爆发的火山灰和粉尘的覆盖,对壁画造成了损害。火山灰被清除以后,壁画与基础层相剥离。我们采用侵入式和非侵入式的分析方法获得壁画材料信息,包括X射线衍射法、离子气层分析法、傅里叶的频谱法等,发现壁画颜色是非常典型的罗马壁画风格,包括埃及蓝、黄色、赤色、赭石、赤铁矿、朱砂等颜色。我们使用非侵入的方法和剖横切层的方法观察湿壁画的创作技法,发现该壁画同时运用了湿壁画和灰泥壁画的制作技法。我们对蛋白质的类脂物质进行了剥离分析,发现壁画使用用蛋清作为有机的黏合剂,再次验证了灰泥壁画的制作技巧。

      在壁画绿色颜料层面上已经出现了风化和晶化的情况。该壁画创作于公元60年,由于石膏微孔结构,造成了真菌孢子和放射类菌的出现。由于地下水位不断上升,浸泡到岩石,出现硫酸盐与火山灰、火山泥相互作用,造成了壁画的进一步劣化,硫酸钙的发现向我们揭示出了壁画表面风化的成因。我们期望可以通过干预的方法,进一步保护壁画中的微环境。同时,也更好的控制环境中的水含量以及湿度的含量,期望能够使这种风化和晶化的过程放缓。

      我们运用现场检测和实验室分析的方法来界定有机、无机的化合物,对湿度进行频谱分析、布点分析,同时使用SUSI探针对盐含量进行分析;可溶的盐之所以形成,依然是由于冷凝现象;通过使用SUSI探针了解清洗是否可以达到预估的效果;通过清洗控制冷凝,防止后续硝酸钠和镁盐的出现以控制环境。

      另外一个例子是对由乔托绘制的佛罗伦萨Peruzzi教堂壁画的修复,目的是通过综合分析方法了解乔托的绘画技法,进而识别出原始材料、附加材料以及后期修复可以运用的材料等。

      我们采用GCMS检测方法,发现材料中使用了镀金层,黏合剂使用的是蛋清和亚麻油,通过这些材料技法识别出当时使用的有机材料和黏合剂使用的材料,了解画家对此类有机材料的配比:蛋清和蓖麻油的使用配合了阿拉伯胶、聚酯树胶、纤维素等材料。

      作品的每一个层次都值得通过这些方法进行深入的研究,可以说研究是无穷尽的。比如,我们通过红外频谱的方法进行成像,对于不同的画层进行取样,进行一轮又一轮的分析就可以更加清晰地重建当时的情景。画家一共画了几层,铺垫了几层,在哪一层上使用了这些有机材料进行黏合、着色、润色。我们通过各层次的分析检测不仅可以了解到颜料的使用情况,也可以分析出颜料的成分。

      另外一个修复案例是中世纪绘画大师Buffalmacco在比萨公墓绘制的壁画《普世判断》,其创作年代是1300年—1500年期间,二战期间的一场大火使整个壁画遭受了非常严重的损失,二千多平方米的壁画发生了严重脱离。在第一次修复过程中,使用了酪蛋白和氢氧化钙的混合物质,把脱落的部分和支撑部分的石棉进行了连接。20世纪60年代的中期和20世纪末,我们又进行了两轮重新修复。然而,壁画衰退情况并没有很大改善。我们又于1990年开始了新一轮的修复过程。此次修复工作还在进行中,希望通过这一轮的修复,壁画衰减问题可以得到很好的解决。

      经过检测了解到,壁画后方使用的基底层的渗透率非常低,导致冷凝现象的出现,透气率低的基底层因处在半封闭的环境中,无法自由地吸收水分,因而在画面上形成典型的铜绿氧化层和其他酶的氧化层。铜绿氧化层是由微藻造成的,由此进一步出现了生物降解。我们对油画的基底层进行了改造,附加一种自动报警激活的发热材料,通过这种材料可以防止冷凝,进而防止后续再发生微藻形成的铜绿氧化层。

      这件壁画作品存在众多需要解决的问题,比如结构问题、聚水性的问题、风化和晶化问题、氧化层和脱离等等。针对以上问题,我们进行了大规模的检测工作,发现了硫酸层、碳酸层、酪蛋白层、干的蓖麻油层、硝化纤维素的存在。硫酸层、碳酸层主要是因为酪蛋白的使用所致,也就是动物胶和烘干后的蓖麻油的使用造成了硝化纤维素的形成以及丙烯酸树脂的形成,这些都是我们不希望出现在画面上的物质。

      要从根源上解决问题,就需要把这些物质安全地去除。我们选择了不同的材料,进行了权衡利弊的探讨,最后得出以毒攻毒的方法,例如我们采用假单胞菌除掉动物源黏合剂物质。我们对去除的效果通过检测热解气相色谱法进行了分析,对于波段的长度、脉冲的宽度进行判断,通过观测颗粒直径大小以及脉冲频率的范围对它的放射波段长度分析是否去除完成,假单胞菌的应用被证明可以安全有效地除掉动物黏合剂和周围环境物质反应所形成的有害物质。

      希望通过以上几个实例的分享,能够对大家今后的修复工作有所启发。

  (周晓路根据研讨会速记稿整理,未经作者本人审阅)