Zastosowanie technik nieniszczących w badaniach konserwatorskich malowideł ściennych

Pierwsze prace konserwatorskie przy malowidłach ściennych polegały głównie na likwidacji widocznych objawów zniszczeń. Prace te najczęściej wykonywano bez głębokiej analizy czynników destrukcyjnych oraz bez pełnej znajomości techniki wykonania obiektów. Z biegiem czasu konserwacja zabytków i dzieł sztuki stała się dziedziną porównywaną do medycyny, gdzie rozpoznanie kondycji obiektu jest działaniem kluczowym dla zapewnienia dalszej jego egzystencji. Obecnie dąży się do uzyskania jak najszerszej wiedzy na temat budowy obiektów, ich stanu zachowania i przyczyn destrukcji. Zastosowanie jedynie wizualnej oceny obiektów sprawiało, że przez wiele lat konserwatorzy mieli trudności z precyzyjnym określeniem zakresów ingerencji konserwatorsko-restauratorskich przed podjęciem nowych prac. Problemem był również wybór miejsc, z których należało pobierać próbki do badań fizykochemicznych. Niejednokrotnie pobierano próbki z partii odpowiadających ingerencjom restauratorskim, co dawało błędny obraz technologii i stanu zachowania obiektu.

W ostatnich latach obserwuje się dynamiczny rozwój rozwiązań konstrukcyjnych urządzeń przeznaczonych do rejestracji obrazów w różnych pasmach promieniowania elektromagnetycznego. Zakres ich zastosowań systematycznie poszerza się wraz ze wzrostem mocy obliczeniowej komputerów, która pozwala na wykorzystywanie zaawansowanych technik cyfrowego przetwarzania obrazów. Otwiera to nowe perspektywy w dziedzinie badań i diagnostyki stanu zachowania obiektów zabytkowych, w tym polichromii ściennych, poszerzając asortyment metod badawczych o techniki nieinwazyjne.

Zaletą technik nieniszczących jest możliwość uzyskiwania informacji o technice wykonania malowideł, zastosowanych materiałach, lokalizacji warstw wtórnych i anomalii strukturalnych bez ingerowania w ich materię. W razie konieczności wykonania dodatkowych niszczących badań fizykochemicznych, informacje dostarczone za pomocą technik nieniszczących ułatwiają trafny wybór miejsc, z których należy pobrać próbki. Ograniczenie się do partii najbardziej reprezentatywnych znacznie ogranicza liczbę pobranych próbek.

Techniki nieniszczące wykorzystywane do diagnostyki malowideł ściennych dotychczas stosowano wybiórczo. Literatura przedmiotu zawiera przykłady analiz wykonanych za pomocą pojedynczych metod, w których akcentuje się wybrane, najbardziej spektakularne rezultaty. Brakuje natomiast opracowań prezentujących w szerokim zakresie interpretację efektów optycznych, które pojawiają się na obrazach polichromii ściennych rejestrowanych w wąskich zakresach promieniowania elektromagnetycznego.

Do rozwiązywania problemów związanych z lokalizacją i obrazowaniem anomalii obecnych w wewnętrznych strukturach badanych obiektów coraz powszechniej wykorzystywane są techniki termowizyjne i radarowe. Również w tym przypadku stosuje się je niezależnie od siebie. Literatura przedmiotu nie zawiera pozycji, w których ujmowano by całościowo złożone zagadnienia uzyskiwania obrazów w różnych pasmach promieniowania.

Celem pracy jest określenie aktualnych możliwości zastosowania nieniszczących technik badawczych do diagnozowania budowy, stanu zachowania oraz lokalizacji ingerencji konserwatorskich w malowidłach ściennych.

Autor rozprawy zajmuje się problematyką związaną z rejestracją obrazów oraz interpretacją wyników badań nieniszczących od 1995 roku. W tym okresie przebadał kilkanaście malowideł ściennych pod kątem uzyskania informacji przydatnych w praktycznym rozwiązywaniu problemów badawczo-konserwatorskich. Podstawowym kryterium wyboru malowideł ściennych do badań na potrzeby tej pracy była ich reprezentatywność dla problematyki konserwatorskiej. Są to obiekty, które poddawane były ingerencjom konserwatorskim i restauratorskim w różnym stopniu i czasie.

Badaniom poddano polichromie ścienne występujące w kościele NMP w Malborku, we wnętrzu drewnianego kościoła p.w. św. Filipa i Jakuba w Skomlinie, w skarbcu konkatedry w Kamieniu Pomorskim oraz malowidło Sąd Ostateczny i Ukrzyżowanie z katedry p.w. św. Jana Chrzciciela i św. Jana Ewangelisty w Toruniu. Malowidła w Malborku byty w przeszłości szeroko przebadane pod kątem ustalenia chronologii. Badaniom nieniszczącym poddano partie malowideł konserwowane i restaurowane oraz zrekonstruowane w IV ćw. XIX wieku przez Conrada Steinbrechta. Malowidła w Skomlinie były poddane konserwacji w 1937 roku. Rok później odkryto malowidła w skarbcu konkatedry w Kamieniu Pomorskim. Malowidło w Katedrze w Toruniu zostało poddane pracom konserwatorsko-restauratorskim w 1998 roku.

W pierwszych rozdziałach przedstawiono zagadnienia będące tłem dla poruszanej problematyki badawczej. Obejmują one chronologiczny rozwój technik nieniszczących, zagadnienia z fizyki falowej i optyki, omówiono techniki nieniszczące stosowane w badaniach malowideł ściennych. Problematyka ta została uporządkowana pod kątem wykorzystania poszczególnych pasm promieniowania elektromagnetycznego do uzyskania informacji o badanych obiektach. Przedstawiono sposoby rejestracji obrazów oraz krótkie charakterystyki poszczególnych technik z uwzględnieniem ich zastosowania w badaniach konserwatorskich. Omówiono również metodę ultradźwiękową. Zdecydowano się na jej przedstawienie, ponieważ jest ona techniką alternatywną do badań radarowych. Autor pracy ma nadzieję, że zwrócenie uwagi na jej możliwości przyczyni się do podjęcia systematycznych badań nad wykorzystaniem ultradźwięków do wizualizacji wewnętrznych struktur obiektów zabytkowych.

W dalszej części zaprezentowano badania niszczące stosowane do badania próbek pobranych z malowideł ściennych. Przedstawiono mikroskopię optyczną, badania mikrochemiczne i reakcje charakterystyczne, techniki wykonywania przekrojów poprzecznych i szlifów cienkich, wybarwianie próbek, techniki chromatograficzne, termiczną analizę różnicową, fluorescencję rentgenowską XRF, dyfrakcję rentgenowską XRD, mikroskopię elektronową, spektroskopię w podczerwieni oraz spektroskopię ramanowską. Zwrócono uwagę na aspekty, które mają wpływ na uzyskiwane rezultaty, tj. wielkości próbek oraz ich preparatykę. Scharakteryzowano podstawowe metody badawcze, wykorzystywane w selekcji materiału do szczegółowych badań instrumentalnych. Zwrócono uwagę na szereg zależności mających wpływ na jakość interpretacji badań nieinwazyjnych.

W kolejnych rozdziałach przedstawiono metodykę badań nieniszczących przyjętą do analiz malowideł ściennych, charakterystykę poszczególnych obiektów oraz zaprezentowano wyniki badań obrazów malowideł ściennych zarejestrowanych za pomocą: reflektografii w ultrafiolecie, fluorescencji w UV, kolorowej podczerwieni, bliskiej podczerwieni, termowizji oraz techniki radarowej. Zamysłem autora pracy było zaprezentowanie uzyskanych doświadczeń w stosowaniu technik nieniszczących w odniesieniu do wybranych dzieł sztuki.

Wstęp / 7

1. Historia rozwoju badań konserwatorskich za pomocą technik nieniszczących / 11

2. Właściwości promieniowania elektromagnetycznego wykorzystywane w badaniach
konserwatorskich / 21

3. Techniki nieniszczące w diagnostyce malowideł ściennych / 27
3.1. Reflektografia w ultrafiolecie / 28
3.2. Fluorescencja w ultrafiolecie / 31
3.3. Światło widzialne / 35
3.4. Kolorowa podczerwień / 37
3.5. Reflektografia w podczerwieni / 41
3.6. Termowizja / 44
3.7. Radar / 50
3.8. Ultradźwięki / 57

4. Badania niszczące w diagnostyce malowideł ściennych / 64
4.1. Mikroskopia optyczna / 66
4.1.1. Oświetlenie i kondensory / 68
4.1.2. Zdolność rozdzielcza mikroskopu / 69
4.1.3. Obszary powiększeń, stosowane w badaniach próbek pobranych z obiektów zabytkowych / 70
4.1.4. Mikroskopy laboratoryjno-badawcze, stereoskopowe, fluorescencyjne, polaryzacyjne i konfokalne / 71
4.2. Badania petrograficzne / 78
4.3. Analizy mikrochemiczne i reakcje charakterystyczne / 81
4.4. Przekroje poprzeczne i szlify cienkie / 83
4.5. Wybarwianie próbek / 88
4.6. Techniki chromatograficzne / 90
4.6.1. Chromatografia cienkowarstwowa (TLC) / 91
4.6.2. Chromatografia gazowa (GC) / 92
4.6.3. Wysokosprawna chromatografia cieczowa kolumnowa (HPLC) / 95
4.7. Badania termograwimetryczne (TGA) oraz termiczna analiza różnicowa (DTA) / 96
4.8. Fluorescencja rentgenowska (XRF) / 99
4.9. Dyfrakcja rentgenowska (XRD) / 102
4.10. Mikroskopia elektronowa / 104
4.11. Spektroskopia w podczerwieni / 108
4.12. Spektroskopia ramanowska / 111

5. Założenia przyjętej metodyki badań / 115
6. Charakterystyka badanych obiektów / 118
6.1. Polichromie w kościele NMP w Malborku / 118 
6.2. Polichromie ścienne w kościele pod wezwaniem św. Filipa i św. Jakuba w Skomlinie / 134
6.3. Malowidła w skarbcu konkatedry w Kamieniu Pomorskim / 148
6.4. Malowidło Ukrzyżowanie i Sąd Ostateczny w katedrze św. Jana Chrzciciela i św. Jana Ewangelisty 
w Toruniu / 162

7. Wyniki badań nieniszczących przeprowadzonych na wybranych obiektach / 169
7.1. Reflektografia w ultrafiolecie / 169
7.1.1. Podsumowanie wynikow badań / 177
7.2. Fluorescencja w UV / 179
7.2.1. Podsumowanie wyników badań / 188
7.3. Kolorowa podczerwień / 190
7.3.1. Podsumowanie wyników badań / 201
7.4. Bliska podczerwień / 203
7.4.1. Podsumowanie wyników badań / 211
7.5. Badania termograficzne / 214
7.5.1. Podsumowanie wyników badań / 226
7.6. Badania radarowe / 227
7.6.1. Podsumowanie wyników badań / 246

Wnioski końcowe / 247
Spis ilustracji / 251
Bibliografia / 261
The application of non-destructive techniques in conservation research of murals. Abstract / 288

Jarosław Rogóż