DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-69490-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39164325
تاريخ النشر: 2024-08-20
المؤلف: Mohamed Abdelbar وآخرون
الموضوع الرئيسي: تحليل مواد التراث الثقافي
نظرة عامة
تشير نتائج البحث إلى أن مكونات التربة تلعب دورًا حاسمًا في عمليات التآكل التي تؤثر على التماثيل البرونزية المدفونة. تسهل عوامل رئيسية مثل محتوى الرطوبة ومستويات الحموضة تشكيل منتجات التآكل، بينما تزيد تركيزات الكلوريد العالية من معدلات التآكل. بالمقابل، يمكن أن يمنع ارتفاع محتوى المادة العضوية التآكل عن طريق تقييد انتشار الأكسجين إلى سطح المعدن. يبرز الدراسة الفعالية المتغيرة لعلاجات الحفظ، وخاصة الطلاءات القائمة على الشمع أو الزيت، التي تكون أقل فعالية في التربة الغنية بالكلوريد. توضح تحليلات حيود الأشعة السينية (XRD) وقياسات الحموضة الظروف المعدنية والكيميائية للتربة، والتي تعتبر ضرورية لتكييف استراتيجيات الحفظ.
تؤكد الخاتمة على حتمية التآكل في المعادن المعرضة للعناصر البيئية، وخاصة بالنسبة للقطع الأثرية البرونزية المحتوية على الرصاص المدفونة في بيئات التربة التآكلية. يتم مناقشة تقنيات الحفظ المختلفة، بما في ذلك التنظيف الميكانيكي والكيميائي، بالإضافة إلى الطلاءات الواقية، مع اختيار الطريقة بناءً على حالة القطعة الأثرية والاستخدام المقصود. تحدد الدراسة البنزوتريازول كأكثر العلاجات فعالية للقطع الأثرية البرونزية، مكملةً بالبلاستيك لحمايتها. بالإضافة إلى ذلك، يبرز وجود منتجات التآكل مثل البرونشانت والأنترليت، المرتبطة بالنشاط الميكروبي في التربة، العوامل البيئية التي تؤثر على التآكل. تدعو الأبحاث إلى استراتيجيات حفظ مستهدفة تعتمد على تحليل التربة وتبرز الحاجة إلى مزيد من الدراسات لتعزيز فهم تكوين الباتينا وطرق الحفظ للقطع الأثرية البرونزية.
طرق
يركز البحث على مجموعة من القطع الأثرية القديمة الموجودة في مخزن المتحف في كوم أشييم، الفيوم، مصر، تحديدًا خمسة تماثيل برونزية للإله أوزوريس، وريشة من تاج آتيف البرونزي، وقرص شمسي من تمثال الإلهة حتحور. تم اكتشاف هذه القطع الأثرية، التي تعود إلى الفترة المتأخرة (664-332 قبل الميلاد)، في حالة متدهورة أثناء إنشاء خطوط المياه في إهناسيا في عام 1956. تتراوح أطوال التماثيل من 6.75 إلى 8.9 سم، وتصور أوزوريس في وضعية وقوف، مما يبرز دوره كشخصية مركزية في الأساطير المصرية القديمة. تهدف الدراسة إلى تحليل البنية المجهرية، وتركيب السبيكة، وعمليات التدهور لهذه العينات البرونزية للحصول على رؤى حول حرفتها وأهميتها التاريخية.
تشمل التحليلات فحوصات مفصلة لكل من الجانبين الأمامي والخلفي للتماثيل، والتي تكشف عن عناصر أيقونية ورمزية مهمة مرتبطة بأوزوريس. تبرز الجوانب الأمامية سمات أوزوريس، مثل لحية الفرعون وتاج آتيف، التي تشير إلى سلطته الإلهية ودوره كقاضي للأموات. توفر الجوانب الخلفية سياقًا إضافيًا، قد تكشف عن نقوش أو عناصر رمزية تعزز السرد المحيط بالإله. ترمز الريشة من تاج آتيف، المزينة بقرون الحمل وقرص الشمس، إلى الحقيقة والعدالة والنظام الكوني، مما يعزز ارتباط أوزوريس بالخصوبة والحياة الآخرة. بشكل عام، تقدم دراسة هذه القطع الأثرية رؤى قيمة حول المعتقدات الدينية المصرية القديمة، والأيقونية، والحرفية المعقدة التي تعكس الاحترام لأوزوريس في الثقافة القديمة.
نتائج
تسلط نتائج الدراسة الضوء على المعلمات الحرجة التي تؤثر على تآكل التماثيل البرونزية المدفونة، كما هو ملخص في الجدول 2. تشمل العوامل الرئيسية محتوى الرطوبة، ودرجة الحموضة، وتركيز الكلوريد، والمادة العضوية، والتآكل الناتج عن الميكروبات (MIC). تم تحديد مستويات الرطوبة العالية كعامل محفز كبير للتآكل بسبب تسهيلها للتفاعلات الكهروكيميائية، مما يبرز الحاجة إلى قياسات دقيقة للرطوبة في الأبحاث المستقبلية. تلعب درجة حموضة التربة أيضًا دورًا محوريًا؛ يمكن أن تسرع الحموضة أو القلوية المتغيرة من التآكل أو تمنعه، مما يتطلب تنفيذ علاجات مستقرة للحموضة. تم تأكيد أن تركيزات الكلوريد المرتفعة تزيد من التآكل، مما يشير إلى أن تطبيق الطلاءات المقاومة للكلوريد أمر ضروري لحماية التماثيل.
تقدم المادة العضوية تأثيرًا مزدوجًا على التآكل؛ بينما يمكن أن تمنع المستويات العالية التآكل عن طريق تقييد انتشار الأكسجين، قد يؤدي التحلل إلى إطلاق مركبات الكبريت التي تساهم في التآكل. يشير وجود معادن مثل البرونشانت والأنترليت إلى ارتباطها بملوثات الكبريت الناتجة عن النشاط الميكروبي، مما يبرز التأثير البيئي للميكروبات على عمليات التآكل. تدعو الدراسة إلى علاجات مضادة للميكروبات لإدارة MIC وحماية القطع الأثرية. علاوة على ذلك، تختلف فعالية علاجات الحفظ، وخاصة الطلاءات القائمة على الشمع أو الزيت، وفقًا لظروف التربة، وخاصة في البيئات الغنية بالكلوريد. تعتبر استراتيجيات الحفظ المخصصة التي تأخذ في الاعتبار هذه التحديات الخاصة بالتربة ضرورية لتعزيز طول عمر وسلامة التماثيل البرونزية المدفونة.
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على منتجات التآكل الموجودة على التماثيل البرونزية، كاشفة عن ظروف دفنها الطويلة وتفاعلاتها مع مكونات التربة. تشير الباتينا الخضراء والزرقاء، المكونة أساسًا من كربونات النحاس (مالاخيت وأزوريت) وكلوريد النحاس، إلى تفاعلات مع ثاني أكسيد الكربون وأيونات الكلوريد. يشير وجود البقع الداكنة إلى تكوين كبريتيد وأكسيد تحت ظروف منخفضة الأكسجين، بينما تشير البقع البنية الحمراء إلى تلوث الحديد الذي يؤدي إلى الصدأ. لا تغير هذه المنتجات التآكلية فقط مظهر التماثيل، بل توفر أيضًا رؤى حول تعرضها البيئي، وهو أمر حاسم لتطوير استراتيجيات حفظ فعالة.
بالإضافة إلى ذلك، يتناول القسم المنهجيات المستخدمة لتحليل التماثيل، بما في ذلك تقنيات أخذ العينات، والتحليل المجهرية، ومراقبة التآكل من خلال القياسات الكهروكيميائية. يسمح استخدام تقنيات تحليلية متنوعة، مثل مطيافية رامان الدقيقة وميكروسكوب الإلكترون الماسح (SEM)، بفهم شامل لتركيب سبيكة التماثيل وعمليات تدهورها. تؤكد النتائج على أهمية البحث الأثري المستمر وجهود الحفظ في موقع إهناسيا، مما يبرز أهميته التاريخية والحاجة إلى الحفاظ على هذه القطع الأثرية للأجيال القادمة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-69490-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39164325
Publication Date: 2024-08-20
Author(s): Mohamed Abdelbar et al.
Primary Topic: Cultural Heritage Materials Analysis
Overview
The research findings indicate that soil constituents play a crucial role in the corrosion processes affecting buried bronze statuettes. Key factors such as moisture content and pH levels facilitate the formation of corrosion products, while high chloride concentrations exacerbate corrosion rates. In contrast, elevated organic matter content can inhibit corrosion by restricting oxygen diffusion to the metal surface. The study highlights the variable effectiveness of conservation treatments, particularly wax or oil-based coatings, which are less effective in chloride-rich soils. X-ray diffraction (XRD) analysis and pH measurements further elucidate the mineralogical and chemical conditions of the soil, which are essential for tailoring preservation strategies.
The conclusion emphasizes the inevitability of corrosion in metals exposed to environmental elements, particularly for leaded bronze artifacts buried in corrosive soil environments. Various conservation techniques, including mechanical and chemical cleaning, as well as protective coatings, are discussed, with the choice of method depending on the artifact’s condition and intended use. The study identifies benzotriazole as the most effective treatment for bronze artifacts, complemented by paraloid for protection. Additionally, the presence of corrosion products such as brochantite and antlerite, linked to microbial activity in the soil, underscores the environmental factors influencing corrosion. The research advocates for targeted preservation strategies based on soil analysis and highlights the need for further studies to enhance understanding of patina formation and conservation methods for bronze artifacts.
Methods
The research focuses on a collection of ancient artifacts housed in the museum store at Kom Oshiem, El-Fayoum, Egypt, specifically five bronze statuettes of the god Osiris, a feather from a bronze Atef Crown, and a solar disc from a statue of the goddess Hathor. These artifacts, dating from the Late Period (664-332 BC), were discovered in a deteriorated state during the construction of water lines in Ehnasya in 1956. The statuettes, varying in length from 6.75 to 8.9 cm, depict Osiris in a standing position, emphasizing his role as a central figure in ancient Egyptian mythology. The study aims to analyze the microstructure, alloy composition, and deterioration processes of these bronze samples to gain insights into their craftsmanship and historical significance.
The analysis includes detailed examinations of both the front and back views of the statuettes, which reveal important iconographic and symbolic elements associated with Osiris. The front views highlight Osiris’ attributes, such as the pharaoh’s beard and the Atef Crown, which signify his divine authority and role as the judge of the dead. The back views provide additional context, potentially revealing inscriptions or symbolic elements that enhance the narrative surrounding the deity. The feather from the Atef Crown, adorned with ram’s horns and a sun disk, symbolizes truth, justice, and cosmic order, reinforcing Osiris’ association with fertility and the afterlife. Overall, the study of these artifacts offers valuable insights into ancient Egyptian religious beliefs, iconography, and the intricate craftsmanship that reflects the reverence for Osiris in ancient culture.
Results
The results of the study highlight critical parameters influencing the corrosion of buried bronze statuettes, as summarized in Table 2. Key factors include moisture content, pH, chloride concentration, organic matter, and microbial-induced corrosion (MIC). High moisture levels are identified as a significant catalyst for corrosion due to their facilitation of electrochemical reactions, emphasizing the need for precise moisture measurements in future research. The pH of the soil also plays a pivotal role; varying acidity or alkalinity can either accelerate or inhibit corrosion, necessitating the implementation of pH-stabilizing treatments. Elevated chloride concentrations were confirmed to exacerbate corrosion, suggesting that the application of chloride-resistant coatings is essential for protecting the statuettes.
Organic matter presents a dual effect on corrosion; while high levels can inhibit corrosion by restricting oxygen diffusion, decomposition may release sulfur compounds that contribute to corrosion. The presence of minerals such as brochantite and antlerite indicates a link to sulfur pollutants from microbial activity, underscoring the environmental impact of microorganisms on corrosion processes. The study advocates for biocidal treatments to manage MIC and protect the artifacts. Furthermore, the effectiveness of conservation treatments, particularly wax or oil-based coatings, varies with soil conditions, particularly in high chloride environments. Tailored conservation strategies that consider these soil-specific challenges are crucial for enhancing the longevity and integrity of buried bronze statuettes.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the corrosion products found on bronze statuettes, revealing their prolonged burial conditions and interactions with soil constituents. The green and blue patina, primarily composed of copper carbonate (malachite and azurite) and copper chloride, indicates reactions with carbon dioxide and chloride ions. The presence of dark patches suggests sulfide and oxide formation under low-oxygen conditions, while reddish-brown spots indicate iron contamination leading to rust. These corrosion products not only alter the statuettes’ appearance but also provide insights into their environmental exposure, which is crucial for developing effective conservation strategies.
Additionally, the section details the methodologies employed for analyzing the statuettes, including sampling techniques, microstructural analysis, and corrosion monitoring through electrochemical measurements. The use of various analytical techniques, such as Micro-Raman spectroscopy and scanning electron microscopy (SEM), allows for a comprehensive understanding of the statuettes’ alloy composition and deterioration processes. The findings underscore the importance of ongoing archaeological research and conservation efforts at the site of Ehnasya, emphasizing its historical significance and the need to preserve these artifacts for future generations.