Drewniane konstrukcje portowe starożytnego Rzymu zbadane za pomocą technologii MRI

W niedawnym badaniu rzadkie konstrukcje drewniane z Cesarstwa Rzymskiego badano na wiele różnych sposobów, stosując metody NMR. Metody te, powszechnie znane ze stosowania w szpitalnych skanach MRI w celu uzyskania szczegółowych obrazów ludzkiego ciała, okazały się równie przydatne w odkrywaniu tajemnic europejskich skarbów archeologicznych. Obiecujące zastosowania szybko rozwijają się w wielu dziedzinach.

Próbki pochodzą z drewnianych słupów molo starożytnego rzymskiego portu, odkrytych podczas wykopalisk pod nową linię metra w Neapolu we Włoszech, które rozpoczęły się w 2004 roku. Odkrycia zmieniły także trasę linii metra, która obecnie biegnie pod stanowiskiem archeologicznym skarby. Rozwój odkrytego portu opowiada ciekawą historię Cesarstwa Rzymskiego.

„Rzadko zdarza się, że w ogóle można znaleźć starożytne organiczne konstrukcje drewniane, ponieważ zwykle ulegają one degradacji z biegiem czasu, chyba że znajdują się w wilgotnym środowisku. Wyjątkowe odkrycie było możliwe dzięki warstwie wodonośnej, która przez wieki zachowała konstrukcje mola” – mówi Otto Mankinen , badacz na Uniwersytecie w Oulu.

Spektroskopia NMR, czyli spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego, opiera się na promieniowaniu o częstotliwości radiowej, dzięki czemu w ogóle nie uszkadza celu. Medyczne MRI w szpitalach jest jednym z dobrze znanych zastosowań spektroskopii NMR. Technika ta wykorzystuje właściwości magnetyczne jąder atomowych w celu uzyskania bardzo precyzyjnych informacji o strukturze i właściwościach materii.

Nieinwazyjny charakter pomiarów NMR jest szczególnie istotny także przy badaniu próbek cennych archeologicznie czy np. obrazów przeznaczonych do renowacji. Wiele innych metod może uszkodzić próbkę, np. mikroskopia rentgenowska lub świetlna, które często wymagają również pocięcia próbki, co jest destrukcyjnym i trudnym procesem w przypadku delikatnych i gąbczastych pozostałości podwodnego drewna. Jeśli zostaną uniesione w powietrze, aktywowane substancje rozkładające mogą zniszczyć próbki lub mogą one ulec rozkładowi.

Teraz w nowym badaniu opublikowany W Chemia fizyczna Fizyka chemicznapróbki drewna zakonserwowano w podobnych warunkach, w jakich spędziły stulecia.

Celem zespołu było poznanie, jak drewno zachowuje się i przeżywa w wodzie, zrekonstruowanie zmian spowodowanych rozkładem oraz dokonanie kompleksowej analizy struktury i zmian archeologicznych pozostałości drewna. Badanie jest jednym z pierwszych, w którym połączono cztery różne techniki NMR: relaksometrię, mikroobrazowanie, dyfuzometrię i krioporometrię. Archeologiczne próbki świerku, kasztanowca i klonu porównano ze świeżym materiałem drzewnym tego samego gatunku.

„Wiedza na temat konserwacji obiektów budowlanych jest niezbędna i ważna. Pomaga znaleźć nowe sposoby zapewnienia zachowania cennego archeologicznie dziedzictwa dla przyszłych pokoleń” – mówi Mankinen. „W przyszłości trzeba opracować metodę na większej liczbie próbek drzew iglastych i liściastych. Mogą one być bardzo różne w zależności od wieku drzewa, okazu i umiejscowienia próbki w pniu. Różnice pomiędzy obecnymi i starymi próbkami drewna wymagają dokładnej interpretacji.”

„Cenne próbki poddano analizie na Uniwersytecie w Oulu, ponieważ jednym z naszych długotrwałych tematów badawczych była analiza materiałów drewnianych. Najlepszym rozwiązaniem byłoby przeniesienie sprzętu NMR na miejsce do znalezisk historycznych, które często są zbyt kruche w ruchu” – mówi Mankinen. Nowe odkrycia przyczynią się również do rozwoju mobilnych instrumentów NMR.

Przyrządy NMR są coraz mniejsze i tańsze – mają zastosowanie w wielu dziedzinach

Kiedy Mankinen przyszedł na studia, był zaskoczony różnorodnością badań fizyki i NMR. „Metody te służą do naprawdę interesujących badań, a ja wcześniej nie wiedziałam, że będę zajmować się badaniami archeologicznymi”. Trwają już kolejne badania, teraz na jeszcze starszych drewnianych artefaktach pochodzących z neolitycznych mieszkańców jeziora Bracciano we Włoszech, mających do 7500 lat.

W ostatnich latach techniki NMR stały się szybsze i bardziej czułe, a trend zmierza również w kierunku coraz mniejszych instrumentów. Mobilne instrumenty NMR są również tańsze.

Istnieją duże oczekiwania i obiecujące wyniki w zakresie praktycznych zastosowań spektroskopii NMR w kilku dziedzinach, takich jak monitorowanie środowiska i atmosfery, materiały do ​​akumulatorów, ekobeton, woda kopalniana i katalizatory oraz biochemia, jak pokazano w rozprawę doktorską na Uniwersytecie w Oulu w grudniu 2024 r.