Физика отвечает на вопрос, почему темнеют древние росписи
 Время действует разрушительно на красный пигмент, использовавшийся для росписи помещений и создания картин. Похоже, физика готова дать рекомендации по надлежащей защите культурного наследия. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Сульфид ртути использовался в искусстве с древнейших времен. Сейчас его можно обнаружить на многих предметах культурного наследия, от фресок в Помпеях, до произведений старых мастеров времен Ренессанса и барокко, таких как Тициана и Рубенса. Однако пигмент со временем темнеет, что было известно еще во времена Древнего Рима.
Исследования, проведенные в 1980-х годах, как тогда казалось, объяснили обесцвечивание индуцированным светом преобразованием сульфида ртути из красной формы в черную. Однако более поздние исследования показали, что процесс этот намного сложнее, поскольку увиденные под микроскопом черные частицы могут быть металлической ртутью. А итоговый цвет, как кажется, должен быть сероватым, поскольку соль в окружающей среде также реагирует с пигментом, образуя белый хлорид ртути.
Несмотря на это предположение, доказать наличие металлической ртути в образцах было чрезвычайно сложно, поскольку этот металл является жидким и не может подвергаться стандартным методам анализа (сосредоточенным на кристаллической структуре твердого тела). Кроме того, последовательность реакций, приводящих к подобным преобразованиям, не была ясна до конца.
Группа ученых из Free University of Brussels (Бельгия) и Institute for the Structure of Matter (Италия) изучала этот вопрос с помощью объединения результатов рентгеновских дифракционных измерений с расчетом реакции, индуцированной светом в сульфиде ртути. Для своих экспериментов они использовали обесцвеченную краску в росписи испанского монастыря 14 века. Эксперименты показали, что пленка краски содержит не только белый хлорид ртути, но и желтоватое соединение ртути, хлора и серы, а также еще две кристаллические формы этого материала. Причем, формы проявлялись на различных глубинах в слое красителя, а сам пигмент оставался неизменным в глубине.
Ни одно из обнаруженных соединений не является ни серым, ни черным, поэтому ученые предположили, что металлическая ртуть все же может присутствовать в росписи, хотя она и остается невидимой для дифракционного исследования. Чтобы выявить возможные химические реакции, они провели расчеты на основе принципов, которые не применялись к решению этой проблемы ранее. Они посчитали энергию электронов, которая необходима для преобразования иона ртути в сульфиде в нейтральный атом металлической ртути. Требуемая энергия оказалась выше, чем энергия электронов, высвобождаемых с поверхности при помощи света. Так что прямое преобразование в данном случае оказалось невозможным.
Вместо этого исследователи предполагают существование последовательности событий. Во-первых, соли из окружающей среды обеспечивают преобразование красителя в упомянутое выше соединение ртути, серы и хлора. Затем на воздухе кристаллическая структура этого материала получает дефекты, в частности, вакансии (места, где отсутствуют атомы серы, уносимые за счет реакции с кислородом). Как показали расчеты научной группы, эти дефекты вполне способны обеспечить условия, необходимые для последовательного преобразования красителя в металлическую ртуть, которая собирается на поверхности изображения в виде мелких черных капель. Стоит отметить, что ученые обнаружили и второй вероятный путь, позволяющий производить чистый металл из хлорида ртути с помощью света.
Подробные результаты работы ученых опубликованы в журнале Physical Review Letters. В настоящее время научная группа работает над экспериментальным доказательством наличия металлической ртути.
Надо отметить, что в соответствии с новыми данными ученых, ключевым является воздействие хлорида, который является обычным компонентом грязи, особенно, на открытых археологических раскопах. Он легко накапливается на поверхности краски, особенно во влажных условиях. Таким образом, очевидные меры предосторожности – это защита картин от загрязнений и контроль влажности; также можно предложить освещение светом, длина волны которого делает невозможным указанное преобразование.
Также по теме:
- Нанотехнологии для исследования античности
- Ученые исследовали, как ртуть попадает в океанскую рыбу
- Хлор упрощает создание графенового транзистора
- Получено первое соединение, содержащее тройную связь бор-кислород
- Открытие американских геологов положило конец дебатам о кислороде, содержащемся в мантии Земли
Источники: