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ARCHEOMETRIA L'archeometria è lo studio o misura delle cose antiche. All'interno del corso si studiano i principali tipi di metodi che permettono di analizzare i manufatti. a) metodi di diagnosi → si basano sulle immagini e non sono distruttivi, cioè non interagiscono con il manufatto e quindi non lo danneggiano • fotografia digitale (in luce radente, macrofotografia, microfotografia) PAG 10 • foto infrarosso falso colore PAG 15 • riflettografia infrarossa PAG 19 • termografia PAG 21 • fluorescenza UV (lampada di Wood) PAG 26 • radiografia x PAG 31 per il riconoscimento della forma: • fotogrammetria PAG 39 • stereovisione PAG 41 • luce strutturata PAG 42 • scanner laser PAG 44 • tomografia x PAG 47 • gammagrafia PAG 47 b) metodi di microanalisi → si basano sull'utilizzo di un microscopio • fluorescenza a raggi x PAG 83 • microscopia ottica PAG 49 • microscopia in luce polarizza PAG 51 • microscopia elettronica e SPM PAG 53 • spettroscopie UV e IR PAG 54 c) metodi di datazione → permettono di datare il manufatto/risalire alla sua origine mediante alcuni fenomeni fisici PAG 63 • archeomagnetismo PAG 65 • dendrocronologia PAG 65 • racemizzazione degli aminoacidi PAG 67 • radiocarbonio PAG 67 • idratazione delle ossidiane PAG 67 • termoluminescenza PAG 72

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LA LUCE La luce è una forma di energia che si muove nello spazio come un'onda, ovvero un'oscillazione che si propaga ad una velocità pari a 300000 km/s lungo una determinata direzione. Nel XVII secolo venne formulata da Isaac Newton la cosiddetta “teoria corpuscolare” che vede la luce in termine di fotoni, cioè costituita da particelle (corpuscoli) emesse in tutte le direzioni e aventi una loro energia. Soltanto nel Novecento è stata teorizzata quella ondulatoria. La luce trasporta energia (calore) tramite le onde, le quali si propagano da una sorgente; le loro oscillazioni sono costanti e caratterizzate da lunghezza d'onda e ampiezza.

La lunghezza d'onda e la frequenza sono inversamente proporzionali (più è piccola la lunghezza d'onda, maggiore è la frequenza e quindi l'energia).

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L'energia è inversamente proporzionale alla lunghezza d'onda, infatti E = h (costante di planck) x v (frequenza) Sapendo che h è una costante come anche c, si ricava che E dipende interamente dalla lunghezza d'onda.

- SPETTRO ELETTROMAGNETICO Lo spettro elettromagnetico indica l'insieme di tutte le possibili frequenze delle radiazioni elettromagnetiche (trasferimento di energia sotto forma di onde elettromagnetiche). In questo spettro troviamo la lunghezza d'onda in metri (si parte da 10³ che equivale a 1km, fino ad arrivare a 10ˉ¹², ovvero un miliardesimo di metro). Da una parte troviamo lunghezze d'onda più grandi, caratterizzate da tre grandi regioni: • onde radio (responsabili della trasmissione radio televisiva). • micro onde (responsabili della trasmissione telefonica o utilizzate per strumenti adatti a cuocere il cibo) • infrarosso Dall'altra troviamo lunghezze d'onda più piccole, quindi i fotoni di queste onde elettromagnetiche hanno delle energie sempre più alte. Quest'area si divide in tre regioni: • ultravioletti • raggi x 3

• raggi gamma

Tra l'infrarosso e l'ultravioletto si trova la zona visibile, cioè l'insieme delle onde luminose che percepiamo come colori; questo spettro visibile non è altro che la luce bianca (combinazione di varie lunghezze d'onda).

La luce bianca, quando attraversa un prisma, si scompone in onde elettromagnetiche che hanno colori diversi. Newton fu il primo a intuire la teoria del colore: quando la luce bianca attraversa un prisma o una goccia d'acqua come nell'arcobaleno la luce bianca si divide nei colori dello spettro visibile. Ciascun colore corrisponde ad una radiazione elettromagnetica di diversa lunghezza d'onda: ad esempio il violetto ha una lunghezza d'onda che va dai 380 a 430 nm, mentre il rosso arriva ai 750 nm.

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N.B: rosso → lunghezza d'onda più lunga; viola → lunghezza d'onda più corta - SORGENTI Il processo della percezione del colore è complicato, perchè dipende dalla sorgente che illumina l'oggetto (può essere il sole, una lampada ad incandescenza, lampada a LED, una candela), da come quest'ultimo reagisce all'illuminazione e da come noi spettatori lo osserviamo. Quindi i tre elementi sui quali bisogna basarsi sono sorgente, materiale e osservatore. Ciascuna sorgente ha uno spettro di luce differente. Ad esempio osserviamo le rappresentazioni grafiche di alcuni spettri, riguardanti quattro sorgenti diverse: lampada a neon, sole durante il giorno, sole al tramonto e lampada ad incandescenza. In questi diagrammi l'intensità della luce è in funzione della lunghezza d'onda. Emerge che la lampada ad incandescenza emette più luce sul giallo-rosso, mentre il tubo a neon è più equilibrato (stessa quantità di blu e stessa quantità di rosso). La luce ovviamente è sempre bianca, ma a seconda della sorgente la percepiamo come luce più calda o più fredda (quando ha una maggiore componente viola). [vedi slide 15, lezione 1 per immagini]

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- RADIAZIONE DA CORPO NERO Immaginiamo di avere una stufa accesa che emana energia (calore) e luce. Questo oggetto, ad una certa temperatura, riversa nell'ambiente circostante delle radiazioni elettromagnetiche che l'uomo è in grado di percepire soltanto se si trovano nella zona visibile. Quindi lo “spettro di corpo nero” non è altro che lo spettro di un oggetto che ad una certa temperatura irradia tutta la quantità di energia assorbita. Lo spettro (intensità della radiazione emessa ad ogni lunghezza d'onda) di un corpo nero è caratteristico e dipende unicamente dalla sua temperatura. La maggior parte delle volte, però, la radiazione che viene emessa è situata nella zona non visibile (ad esempio la radiazione infrarossa). Nell'ambito dei beni culturali questa “legge del corpo nero” viene usata alla rovescia, cioè vengono utilizzati particolari strumenti che permettono di rivelare anche la radiazione non visibile e da questa si risale alla temperatura dell'oggetto. Ad esempio se si studia un affresco con alcuni distacchi, è possibile notare come la temperatura di quest'ultimi sia diversa dalla temperatura di quella parte dell'affresco che è attaccato alla parete, per una questione di conducibilità di calore. Quindi con un metodo di questo tipo sarò in grado di localizzare il distacco presente in una determinata opera d'arte. - IL MECCANISMO DELLA VISIONE L'oggetto viene proiettato sul fondo dell'occhio tramite la retina, una superficie dove sono disposte una serie di fotorecettori chiamati “coni” (responsabili della visione diurna e a colori) e “bastoncelli”, i quali agiscono principalmente in visione notturna. I coni sono di tre tipi: uno è sensibile al blu, uno al verde e l'ultimo al rosso. Ciascun colore è la somma di questi tre colori; a seconda dell'intensità di questi tre colori ottengo tutta la gamma dei colori visibili. Ogni volta che arriva un segnale luminoso vengono emesse delle sostanze chimiche, le quali generano un potenziale d'azione nella membrana postsinaptica che trasmette un segnale di tensione al cervello, il quale deve poi elaborare l'informazione. Questo passaggio avviene tramite le fibre ottiche.

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Sia nei bastoncelli sia nei coni il segmento esterno è costituito da una membrana che si ripiega su se stessa numerose volte. [Le vescicole contengono il mediatore chimico acetilcolina, il cui rilascio causa l'insorgere del potenziale d'azione della membrana postsinaptica (cellule bipolari), che si propaga, tramite i neuroni retinici, fino alle fibre del nervo ottico.] In altre parole, il colore nasce dalla luce. La luce che colpisce un oggetto viene parzialmente assorbita a seconda del colore. La parte non assorbita viene riflessa e trasmessa ai recettori cromatici all'interno dell'occhio umano. Questi ultimi trasformano la luce assorbita in impulsi che percorrono le vie nervose fino a raggiungere il cervello, dove vengono interpretati: nasce così un'impressione cromatica. Dal punto di vista prettamente biologico il colore si genera pertanto nell'occhio dell'osservatore e costituisce un'impressione sensoriale. Immaginiamo di osservare un oggetto, ad esempio una foglia. La illumino con una sorgente (lampada o sole) che ha un certo spettro, caratterizzato da diversi componenti. La luce va a finire sulla foglia, la quale taglia tutte le componenti che sono nel blu e nel rosso, lasciando spuntare soltanto la parte verde. Questo è dovuto al fatto che il materiale della foglia assorbe tutto quello che è sopra e sotto il verde. La radiazione va a finire nei fotopigmenti e lo spettatore ha la sensazione che la foglia sia verde. Il processo della visione di un oggetto dipende da come è fatta la sorgente, dalla proprietà del materiale e dall'occhio umano, il quale presenta un meccanismo di visione particolare. Negli animali la percezione visiva è completamente diversa: ad esempio gli uccelli hanno una retina nella quale i due fotorecettori risultano più vicini; in questo modo i rapaci possono vedere un oggetto da lontano e aumentano così la loro sensibilità alla 7

visione. Molti animali, in particolare gli insetti, hanno un numero di fotorecettori diversi: anziché avere il solito RGB, hanno molto spesso la componente dell'ultravioletto. Ad esempio l'ape ha tre fotorecettori come l'uomo, però non ha il rosso, quindi la sua visione è fatta di una componente verde, blu e ultravioletta (quest'ultima gli permette di osservare nel dettaglio le parti del fiore dove andrà ad atterrare). La farfalla, invece, ha quattro fotorecettori (RGB come l'uomo e ultravioletto).

- MATERIALI Il dipinto è qualcosa costruito dall'uomo, quindi i colori sono inventati. In generale c'è una regola molto semplice: tutti i metalli riflettono la luce, mentre gli isolanti sono trasparenti. - I cristalli di quarzo sono trasparenti, ma dentro si possono notare dei difetti che generano la colorazione (es. ametista: cristallo con impurezze di ferro che diventa violetto; topazio: a seconda del tipo di impurezze che ha al suo interno cambia colore, quindi può essere marrone o azzurro). - Stessa cosa vale per i vetri: sono materiali trasparenti, ma a seconda delle impurezze presenti al loro interno cambiano colore. Si tratta di una proprietà che è stata sfruttata in campo artistico per la realizzazione delle vetrate. Nel caso dei vetri e di tutti quei materiali che possono essere osservati in trasparenza, il loro colore è detto di volume ed è fissato dalle particolari componenti luminose che riescono ad attraversarlo senza essere assorbite. Es. se il vetro è verde, vuol dire che la luce bianca lo attraversa e tutte le componenti che non sono verdi vengono assorbite dalle impurezze presenti al suo interno. Il vetro è trasparente nel momento in cui non assorbe nessuna delle componenti nella zona visibile. Moltissimi oggetti, pur non assorbendo la luce alla maniera dei metalli, non appaiono trasparenti: ad esempio se polverizziamo un vetro, i granelli che si generano sono bianchi, perché nel momento in cui si polverizza un materiale, la sua superficie aumenta e il volume diminuisce, quindi la maggior parte della radiazione viene riflessa da questi grani. In ambito artistico, per creare i colori basta prendere un medium trasparente (es. olio, bianco d'uovo) e al suo interno metto delle polveri di una certa composizione chimica 8

che non assorbono la luce ma la riflettono (faccio in modo che questi grani abbiano la funzione di assorbire certi tipi di radiazione e riflettere solo quelli che voglio io). La radiazione che esce fuori è il colore di questo oggetto. - TEORIA DEI COLORI La luce bianca si può scomporre in tre colori fondamentali: rosso, verde, blu (Red Green Blue). La somma di questi tre colori dà vita alla sintesi additiva: mescolando questi tre colori fondamentali, posso generare altri colori (rosso+verde → giallo; rosso+blu → magenta; blu+verde → ciano).

Nella sintesi sottrattiva, invece, si mescolano i pigmenti dei colori primari (magenta, ciano, giallo). Ciascun tipo di pigmento assorbe, cioè non fa passare, un certo tipo di luce. Questa sintesi avviene quando mescoliamo fisicamente dei colori, come le tempere e le vernici e i colori nelle stampanti. La loro somma genera il nero.

Il pittore lavora in sintesi sottrattiva (CMYK → Cyan, Magenta, Yellow, blacK) perché vede solo la componente che non viene assorbita. Nelle arti grafiche la sintesi del colore è prevalentemente sottrattiva. 9

Il puntinismo è quel movimento pittorico dell'Ottocento che utilizza la sintesi sottrattiva ma in maniera originale, cioè non mescola le tinte, ma affianca piccole macchie di diverso colore in modo che se il quadro è visto da una certa distanza la sintesi avviene dentro l'occhio e quindi in modo additivo. Ogni pigmento ha il suo nome tradizionale, formula bruta e nome IUPAC. Poiché ogni pittore o epoca hanno pigmenti differenti, analizzando questi sappiamo l'autore e l'epoca dell'opera.

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FOTOGRAFIA DIGITALE Per fotografia si intende la produzione di immagini sfruttando le radiazioni luminose. I diversi metodi fotografici si differenziano in generale per ingrandimento e collocazione della fonte luminosa o perchè isolano con opportuni filtri solo porzioni determinate dello spettro elettromagnetico. L'immagine digitale è una griglia di punti equidistanti detti pixel. Essi rappresentano la dimensione dell'immagine stessa che è espressa indicando separatamente il numero di pixel orizzontali e il numero di pixel verticali (es. 810x1020 pixel). La risoluzione dipende dalle dimensioni dell'immagine e del supporto; si misura in punti/cm o, più comunemente, punti/pollice (dpi). La miglior fotografia a colori tradizionale non giunge che a un ΔEab=10. È importante notare che una certa risoluzione può non essere sufficiente se l'immagine deve essere riprodotta in grandi dimensioni. Nel caso di immagini in bianco e nero la scala dei toni è costituita dai livelli di grigio che la compongono, mentre nelle immagini a colori la scala dei toni è data dalle varie sfumature di colore. Per poter elaborare e gestire un'immagine digitale è necessario che l'informazione in essa contenuta sia espressa in bit. A seconda della complessità della scala di toni scelta, un byte (8 bit) potrà contenere informazioni relative a uno o più pixel o a parte di un pixel. Comunemente si riserva un byte ad un pixel, nel caso di immagini a livelli di grigio. In questo caso si possono rappresentare fino ad arrivare a 256 livelli di grigio. Un'immagine RGB utilizza byte per ogni pixel. Il sistema fotografico digitale funziona come l'occhio umano, il quale si basa su tre fotorecettori (rosso, verde e blu); dietro l'obiettivo della macchina fotografica è posto un sensore, inteso come matrice di pixel, nei quali sono presenti i tre colori fondamentali (RGB). La macchina prende l'immagine e la coglie come la somma di una parte rossa, una parte verde e una parte blu. Tipologie nell'ambito dei beni culturali 1) Fotografia tradizionale 2) Macrofotografia 3) Microfotografia 4) Foto in luce radente 5) Transluminescenza 2) Macrofotografia: consiste nel ritrarre piccoli soggetti con forte ingrandimento. Si parla di macrofotografia partendo dalla scala 1:1, mentre per le riprese in scala inferiore si parla di ripresa ravvicinata o close-up. Al fine di correggere il fuoco e di poter riprodurre nitidamente gli oggetti si 11

adoperano alcuni sistemi (poiché le macchina fotografiche oltre una certa distanza riproducono immagini sfuocate), tra i quali i più usati sono: lenti addizionali, tubi di prolunga, soffietti (sistema migliore) e l'obiettivo macro. L'unione di un obiettivo progettato per riprese macro e tubi di prolunga costituisce il mezzo più professionale. 3) Microfotografia: consiste nel registrare fotograficamente le varie fasi dell'esame. Il campo del microscopio rivela piccole porzioni fino ai dettagli della materia, tra i quali le sue caratteristiche e le sue alterazioni. Questa tecnica necessita dell'impiego di una sorgente di luce artificiale. 4) Luce radente: si intende una tecnica in cui si adopera un fascio luminoso parallelo alla superficie dell'opera da studiare, così da ottenere un'immagine del quadro totale da metterne in evidenza tutte le asperità. Nella prassi si adopera una lampada alogena per uso fotografico, curando di mantenere un'opportuna distanza per evitare un eccessivo riscaldamento. In questo modo viene evidenziato l’aspetto tridimensionale dell’andamento superficiale dell’oggetto, a causa delle zone d’ombra che vengono a crearsi, permettendo di ottenere in molti casi importanti informazioni. Nella ripresa in luce radente la sorgente di luce deve sempre essere posta a sinistra o in alto dell’area inquadrata, al fine di ottenere un’immagine in cui la percezione del rilievo o della morfologia superficiale corrisponde a quella reale. 5) Transilluminazione: consiste in una fotografia scattata in trasparenza, collocando apparecchio fotografico e sorgente dalla parte opposta rispetto al dipinto che viene quindi illuminato dal retro. Si possono studiare dipinti su tela privi di preparazione o con preparazione sottile e dipinti su carta o pergamena. Importante è evitare i surriscaldamenti utilizzando lampade prive di componente infrarossa.

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• Esempi - Polittico di san Colombano; per lo studio delle craquelure (deformazioni della pellicola pittorica) è stata utilizzata una macrofotografia, cioè prendo la zona del dipinto che mi interessa e la analizzo nel dettaglio.

- Polittico di san Colombano (mezzo millimetro x mezzo millimetro); microfotografia tramite l'utilizzo del microscopio, quindi si ottiene un'immagine ancora più dettagliata; esempio di craquelure di clivage (gli strati sottostanti sono molto plastici o non sono stati rispettati i tempi di asciugatura degli strati inferiori).

- APPLICAZIONI DELLA FOTOGRAFIA NEL CAMPO DEI BENI CULTURALI 1. Documentazione archeologica/museale 2. Documentazione e archiviazione dei dati relativi all'intervento di restauro dell'opera d'arte 3. Conoscenza dell'opera dal punto di vista visivo 13

TECNICHE DI INDAGINE FOTOGRAFICA CON RADIAZIONE IR, UV e X La radiazione oltre i 700 nm si chiama infrarossa, mentre quella sotto i 400 nm ultravioletta. Entrambe sono presenti nella radiazione emessa dal sole, ma sono invisibili all'occhio umano.

• Radiazione IR Quando si parla di radiazione infrarossa (IR) si prendono in considerazione lunghezze d'onda più grandi del rosso che il nostro occhio umano non è in grado di percepire, perchè è sensibile solamente alla parte rossa del visibile (quindi non va oltre). Esistono delle macchine fotografiche che hanno la capacità di vedere anche nella regione infrarossa, pertanto è possibile fare delle fotografie infrarosse. Questa metodologia viene applicata per lo studio di un dipinto, il quale è composto da più parti: – supporto (tavola, tela, cartone) – preparazione (ha il compito di rendere liscia la superficie del supporto) – imprimitura (strato di gesso sul quale il pittore fa un primo disegno in carboncino o punta secca) – strato pittorico (composto da una parte fluida, l'olio, mescolato con i grani di un pigmento) – vernice (sostanza trasparente che permette di proteggere lo strato pittorico)

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È possibile analizzare la struttura di un dipinto tramite l'utilizzo di diverse lunghezze d'onda. Se scatto una semplice fotografia a colori, vedrò soltanto lo strato pittorico del dipinto, quindi la parte più esterna. Infatti, nel momento in cui arriva la radiazione luminosa, una parte viene assorbita, mentre la restante viene riflessa ed è proprio quella che l'uomo percepisce come il colore del dipinto. La radiazione visibile attraversa il primo strato (la vernice è trasparente quindi lascia passare la luce) e si ferma sullo strato pittorico. Se si utilizza come strumento una sorgente di luce infrarossa, sarà possibile addentrarsi maggiormente nel dipinto: la radiazione IR, infatti, passa più facilmente, attraversa lo strato pittorico e viene riflessa sia dallo strato pittorico sia da quello che sta sotto, ovvero dallo strato dell'imprimitura (in questo modo è poss...