MAURIZIO MARABELLI - La qualità dell`aria

LA CAPPELLA DEGLI SCROVEGNI: SINTESI DELLE RICERCHE EFFETTUATE
DAGLI ANNI ’70 SINO ALL’ULTIMO RESTAURO
( in corso di pubblicazione in Atti del Seminario Internazionale “ Diagnosi, conservazione e
restauro di dipinti murali dell’estremo oriente: quando oriente e occidente si incontrano e si
confrontano”, Ravenna , 28-29 maggio 2004 , a cura del prof. Rocco Mazzeo , Longo ed, Ravenna )
Maurizio Marabelli, Paola Santopadre, Marcella Ioele- Istituto Centrale per il Restauro, Roma
Vasco Fassina – Soprintendenza al Patrimonio Storico Artistico e Demoetnoantropologico del
Veneto
Roberto Cesareo - Università di Sassari
Alfredo Castellano, Govanni Buccolieri, Stefano Quarta – Università di Lecce
Gli studi relativi alla Cappella degli Scrovegni sono il frutto di un lungo impegno portato avanti
dal 1977 al 2002 da una equipe costituita da chimici, fisici, biologi, ingegneri, architetti e
conservatori.
Questo lavoro vuole riassumere soprattutto le ricerche chimico-fisiche svolte con quattro obiettivi
principali:
1-studio dei materiali e delle tecniche utilizzate per la realizzazione dei dipinti murali
2-studio dello stato di conservazione e delle cause di degrado
3-studio dell’ambiente
4-controllo dei metodi di pulitura della superficie pittorica.
Per meglio delineare lo sviluppo delle ricerche si seguirà un ordine cronologico.
Anni 1977- 1979
Due studiosi americani, Sayre e Majewski, avevano pubblicato nel 1963 un primo studio sullo stato
di conservazione dei dipinti, rilevando una presenza significativa di solfato di calcio sulla
superficie(1). Nel 1977, l’Istituto Centrale per il Restauro (ICR) su iniziativa del direttore Giovanni
Urbani si fece promotore di una ricerca interdisciplinare consistente in una serie di campagne di
misure chimiche, fisiche, biologiche1.
Le analisi relative al contenuto di gesso dei dipinti confermarono nel modo più ampio e sistematico
i dati dei due studiosi americani; i risultati più interessanti emersero dalle campagne di misura della
qualità dell’aria da cui si evidenziarono due dati fondamentali:
a-la Cappella era uno spazio correlato strettamente con l’ambiente esterno con un sensibile
interscambio d’aria a porta aperta
b- la solfatazione dei dipinti era dovuta agli effetti della deposizione secca del biossido di zolfo e
del particellato atmosferico, contenente insieme a gesso anche acido solforico. In figura 1 si mostra
l’andamento della concentrazione del biossido di zolfo il 21 marzo 1979, aprendo (open door,o.d.) e
chiudendo ( closed door, c.d. ) la porta di ingresso della Cappella: si può facilmente arguire che
l’apertura della porta non regolamentata determinava una immediata diffusione all’interno di
biossido di zolfo, che veniva successivamente (a partire dal momento della chiusura)
completamente assorbito dal carbonato di calcio delle pareti in circa quattro ore.
Contemporaneamente si misurò il rapporto carbonato di calcio/gesso (mediante diffrazione dei
raggi X) di campioni di intonaco dipinto prelevati a varie profondità, mettendo in evidenza una
solfatazione molto netta, relativa alla polvere depositata e al primo strato di alcune decine di micron
(v. tab. 1 ).
1
Il gruppo di lavoro fu costituito dall’ICR in collaborazione con il Laboratorio CNR di Chimica e Tecnologia dei
Radioelementi di Padova, le Università di Padova, Venezia e Roma, il Centro CNR “ Opere d’Arte “ di Roma, l’Istituto
CNR FISBAT di Bologna e il Laboratorio chimico della Soprintendenza BB.AA.SS. di Venezia.
1
Tabella 1. Rapporto in peso carbonato/solfato
di calcio in campioni di intonaco dipinto, a vari livelli
campione
Polvere depositata
carbonato/solfato
47/53
Giudizio Universale, fondo grigio
Intonaco sup.
Stesso punto, fino a 1 mm
Stesso punto, da 1 a 6 mm
Stesso punto, da 6 a 10 mm
63/37
89/11
100/0
100/0
Stessa zona,altro intonaco sup.
Come sopra, fino a 1 mm
Come sopra, da 1 a 6 mm
Come sopra, da 6 a 10 mm
78/22
94/6
100/0
100/0
Parete sinistra, fascia verde
Intonaco sup.
Stesso punto, fino a 2 mm
Stesso punto, da 2 a 6 mm
Stesso punto, da 6 a 10 mm
61/39
100/0
100/0
100/0
Nascita di Maria Vergine, fondo blu
Intonaco sup.
43/57
Parete destra, fascia verde
Intonaco fino a 2 mm
Stesso punto, da 2 a 6 mm
90/10
100/0
Controfacciata, sotto la volta
Tassello “testimone” del fondo*
Intonaco sup.
Stesso punto, fino a 2 mm
Stesso punto, da 2 a 6 mm
Stesso punto, da 6 a 10 mm
87/13
100/0
100/0
100/0
* tassello lasciato da L.Tintori nel restauro eseguito negli anni’60
Venne anche eseguita una campagna microclimatica a cura del Laboratorio CNR di Chimica e
Tecnologia dei Radioelementi di Padova, da cui risultò che l’apertura della porta determinava
scambi evidenti di masse d’aria tra interno ed esterno con conseguenti dannosi gradienti
termoigrometrici all’interno della Cappella (2).
Anni 1988-1996, 2000
A partire dal 1988 si ritenne necessario eseguire una seconda fase di studio con lo scopo principale
di meglio comprendere le cause determinanti gli estesi sbiancamenti localizzati soprattutto sulle
pareti di controfacciata e dell’arcone, nonché i fenomeni ancor più diffusi di sollevamento e
polverizzazione della pellicola pittorica.
2
In questa fase fu utilizzata la cromatografia ionica per l’analisi dei sali solubili e il microscopio
elettronico a scansione con microanalisi a raggi X in dispersione di energia (SEM-EDS) per
l’analisi elementale degli intonaci con particolare riferimento alla distribuzione dello zolfo.
In fig.2 si mostrano i risultati relativi a cloruri, nitrati e solfati misurati negli estratti acquosi della
polpa di cellulosa degli impacchi utilizzati per l’estrazione dei sali solubili, da cui si evince una
presenza significativa dello ione nitrato, non rilevato nella prima fase di studio.
In fig. 3 si mostra una mappa a raggi X relativa alla distribuzione dello zolfo e del calcio in un
campione di intonaco prelevato in controfacciata: la mappa evidenzia un assorbimento pronunciato
del biossido di zolfo fino a circa 50 micron. In base a queste analisi, la solfatazione risultò
compresa, mediamente, tra 10 e 60 micron ( raggiungendo talvolta anche i 100 micron) a partire
dalla superficie esterna (3).
In sintesi le cause determinanti sbiancamenti-ingiallimenti e danni meccanici alla superficie
pittorica sono riassunte in tabella 2.
Tabella 2
Possibili cause del fenomeno di
sbiancamento- ingiallimento delle superfici
.
1-solfatazione del carbonato di calcio
2-cristallizzazione di sali solubili
3-microfratturazione e/o polverizzazione della pellicola pittorica
4-microfratturazione di un protettivo/fissativo della pellicola pittorica
5-alterazione cromatica e opacizzazione del protettivo/fissativo superficiale
6-ricristallizzazione del carbonato di calcio in superficie
7-formazione di una patina di ossalati
8-formazioni da attacco microbiologico.
In particolare, nel caso della Cappella, le cause determinanti lo sbiancamento (parete di
controfacciata) erano quelle indicate in tabella da 1 a 5 e 7. In fig. 4 si documenta il danno causato
dalla cristallizzazione di gesso al di sotto della pellicola pittorica.
Dopo questi rilevamenti, si eseguirono tra il ’95 e il ‘96 campagne di misure relative alla qualità
dell’aria analogamente a quanto già fatto negli anni ‘77-‘79. Si evidenziò che i livelli di
polverosità interna raggiungevano valori più elevati d’estate e di giorno (fino a 200-280 µg/m3 ).
La quantità massima di biossido di zolfo era scesa a 50 µg/m3 da oltre 100 µg/m3, mentre il
biossido di azoto presentava in inverno picchi intorno a 55 µg/m3. Il biossido di azoto era
sicuramente legato all’inquinamento esterno da traffico veicolare diesel, con valori medio-alti delle
medie semiorarie e picchi compresi tra 30 e 50 µg/m3 ( v. fig. 5 ).
Da questi risultati si poteva dedurre che i problemi legati all’inquinamento rimanevano attuali in
quanto a fronte di una forte diminuzione del biossido di zolfo, il biossido di azoto era presente in
quantità significative.
A completamento delle indagini sugli inquinanti atmosferici e sul microclima sono state condotte
misure di scambi d’aria interno/esterno, condotte con il metodo dell’esafluoruro di zolfo.2 Queste
ultime avvalorarono le conclusioni tratte dalle campagne condotte negli anni ‘77-79 , segnalando un
massimo di 9 scambi d’aria giornalieri (in estate e con presenza di visitatori , v. tab. 3 ).
Dall’insieme delle esperienze emerse così la necessità di chiudere l’ingresso della controfacciata, di
riaprire l’antica porta di comunicazione con il palazzo Scrovegni , realizzando nel contempo un
ambiente antistante (Corpo Tecnologico Attrezzato) per il contingentamento dei visitatori e per una
migliore protezione della Cappella dai gradienti termoigrometrici e dagli inquinanti dell’esterno.
2
Misure eseguite a cura di A. Ventura (soc. IMIT-Novara).
3
Tabella 3. Scambi d’aria interno-esterno determinati
con il metodo dell’esafluoruro di zolfo
condizioni d’esercizio
assenza di visitatori
( porta chiusa )
25-28.07.95
16-19.01.96
tempo di ricambio complessivo aria
33-34 h
31-32 h
numero di ricambi /ora
0.224
0.203
numero di ricambi /giorno
5.4
4.9
presenza di visitatori
( porta aperta )
25-28.07.95
16-19.01.96
13-14 h
23-24 h
0.378
0.310
9.1
7.4
Dopo la realizzazione di questa struttura (1998-1999) fu eseguita nel 2000 una ulteriore campagna
di controllo degli inquinanti. In particolare, confrontando i valori di distribuzione di frequenza
relativa delle concentrazioni diurne del particellato sospeso all’interno della Cappella in estate con
quelli degli anni precedenti si nota una netta diminuzione di tale inquinante (fig.6) (4).
Anni 2001-2002
Aspetti conservativi
Il restauro dei dipinti murali, eseguito con il coordinamento dell’I.C.R., dal giugno 2001 fino al
marzo 2002, ha costituito l’occasione per eseguire una serie di misure e controlli prevalentemente
non distruttivi sul ciclo pittorico.
Per quanto riguarda l’aspetto conservativo sono state utilizzate due apparecchiature di fluorescenza
a raggi X dispersiva in energia (XRF) tarate per la misura di zolfo e cloro sui dipinti murali: questa
tecnica ha permesso di mappare la distribuzione di questi due inquinanti sui diversi riquadri, prima
e dopo l’intervento di pulitura.
È stato così possibile determinare in modo non distruttivo la quantità di zolfo superficiale
rispettivamente dopo applicazioni ad impacco di soluzione satura di carbonato d’ammonio e di
resina anionica forte (Akeogel-Syremont) con diversi tempi di applicazione. Dagli spettri riportati
nella figura 7 si evidenzia la capacità estrattiva dei due trattamenti (5).
La contemporanea estrazione con solventi organici e la successiva analisi mediante
spettrofotometria infrarossa con trasformata di Fourier ( FTIR) e pirolisi gas-massa di zone trattate
in precedenti restauri hanno messo in evidenza la presenza di resine acriliche, polistirene e
polivilacetato quali fissativi, la cui microfratturazione ha comportato lo sviluppo di parte degli
sbiancamenti superficiali.
Contemporaneamente è stato messo in evidenza gesso, mediante diffrazione di raggi X , utilizzato
come consolidante in precedenti restauri (6).
Aspetti connotativi
Per quanto riguarda la caratterizzazione dei materiali costitutivi e delle tecniche di esecuzione è
stata eseguita una serie di misure spettrocolorimetriche delle campiture di colore nonchè l’analisi
dei pigmenti e delle finiture metalliche mediante XRF e altre procedure microdistruttive.
4
Scopo delle misure spettrocolorimetriche era quello di caratterizzare l’applicazione di tre tecniche
descritte da Cennino Cennini nel Libro dell’arte: in particolare ci si riferisce all’uso dei cangianti,
dello sfumato e del risparmio. Come esempio in fig.8 è riportato il cangiante di un manto con le
due tonalità di base di rosa e di azzurro: nella tabella 4 sono riportate le corrispondenti coordinate
tricromatiche ottenute in diversi punti, che documentano il graduale passaggio dalla prima alla
seconda tonalità di colore.
Tabella 4. Flagellazione, coordinate cromatiche del
manto cangiante rosa-viola
Colore
L
a
b
rosa chiaro
72.32 10.94 12.79
rosa deciso
67.44 11.74 13.53
rosa violetto
61.46
5.34
7.04
viola ombra
46.87
4.34
2.76
La stessa tecnica spettrocolorimetrica è stata utilizzata per caratterizzare le superfici prima e dopo
il restauro:nella figura 9 è mostrato un particolare del cielo prima e dopo la pulitura e nella tabella 5
sono riportate le coordinate tricromatiche misurate su diversi punti di azzurro. Dal confronto si può
concludere come l’azzurro abbia guadagnato in saturazione dalla pulitura, per eliminazione di uno
strato bruno soprammesso con aumento della componente blu della luce riflessa (diminuzione di b)
(7).
Tabella 5. Coordinate di colore nel sistema di misura CIELab: Luminanza (L), componenti rosso-verde (a) e
giallo-blu (b), dell’azzurro del cielo prima e dopo il restauro
Zona di misura
colore
prima del restauro
L
Matrimonio di Maria e Giuseppe, azzurrite del cielo
a
b
dopo il restauro
L
a
b
azzurro scuro
30.61 0.55 -23.40
32.07 2.22 -29.89
Resurrezione di Lazzaro, azzurrite del cielo
azzurro scuro
33.83 -2.01 -17.92
35.82 -1.43 -25.66
Entrata in Gerusalemme, azzurrite del cielo
azzurro
40.73 -3.13 -16.92
38.63 -2.71 -22.15
Giudizio Universale, 1° registro, lato sinistro,
azzurro sbiadito
42.52
41.67 -4.05 -14.79
tendente al violaceo
-3.15 -7.97
azzurrite del cielo tra fiaccola e stendardo angelo
Pigmenti, finiture metalliche, leganti e strati preparatori sono stati caratterizzati mediante le
tecniche riportate in tabella 6.
5
Tabella 6. Tecniche d’indagine utilizzate
Pigmenti
Finiture metalliche
Leganti
Strati preparatori
XRF, microscopia mineralogica, osservazione di
sezioni stratigrafiche, XRD, SEM-EDS
XRF, XRD,osservazione di sezioni
stratigrafiche, SEM-EDS, microsonda a raggi X
dispersiva in lunghezza d’onda (EPMA)
Microspettrofluorimetria, pirolisi + gas-massa
Osservazione di sezioni stratigrafiche e sezioni
sottili, XRD, SEM-EDS
L’ampia gamma delle tecniche di indagine utilizzate si spiega con la necessità di caratterizzare un
contesto che appariva piuttosto complesso.
Per quanto riguarda le tecniche pittoriche sono state messe in evidenza due specifici procedimenti
della maestranze giottesche:
- la frequente finitura delle superfici pittoriche con lumeggiature realizzate con biacca e un
legante oleoso
- la stesura di pigmento a secco su intonaco non completamente carbonatato (8).
Per quanto riguarda l’identificazione stratigrafica del legante è stata utilizzata la
microspettrofluorimetria, tecnica che ha permesso di identificare le classi dei componenti organici
del medium nei vari strati pittorici (9).
Le finiture metalliche sono state realizzate utilizzando quattro tipi diversi di lamine:oro, oro su
stagno, stagno, oro e argento. Mentre le prime tre sono state messe in evidenza con una tecnica non
distruttiva quale la fluorescenza a raggi X, per la lamina in oro/argento è stato necessario ricorrere a
microprelievi e all’analisi con SEM-EDS e EPMA. Lo spessore delle lamine d’oro è risultato
compreso tra 1 e 2 micron, lo stagno tra 15 e 20 micron, mentre la lamina in oro/argento ha
mostrato una maggiore variabilità (tra 1 e 4 micron). Allo stato attuale tutte le finiture realizzate con
oro appaiono in buono stato di conservazione (fig.10), mentre quelle in stagno e stagno dorato
appaiono scurite in misura completa o parziale a causa dell’alterazione dello stagno in ossido
(romarchite) (fig. 11); la lamina in oro/argento si è completamente alterata per formazione di
solfuro d’argento (fig.12) (10).
Conclusioni
Il panorama che emerge dalle informazioni riportate mette in evidenza alcuni punti fondamentali e
linee guida relativi a ricerche di questo genere:
-la necessità di affrontare i problemi sia da un punto di vista archeometrico che
conservativo, in quanto strettamente correlati gli uni con gli altri
- l’esigenza di caratterizzare l’ambiente dal punto di vista chimico e fisico, in quanto
direttamente influenzante i processi di deterioramento dei materiali costitutivi
- l’esigenza di monitorare lo stato di conservazione mediante indagini non distruttive, in
modo da consentire nel tempo controlli e confronti
- l’esigenza di studiare i problemi attraverso il confronto e l’integrazione fra indagini non
distruttive e microdistruttive.
Ringraziamenti
Si ringrazia Alessandra Paradisi per l'aiuto fornito nell'esposizione del testo"
6
Bibliografia
1- E.V.Sayre, L.J.Majewski, Studies for the preservation of frescoes by Giotto in the Scrovegni
Chapel at Padua. Technical investigation of the deterioration of the paintings in Studies in
Conservation, 8, 1963, pp.42-54
2- G.Urbani (a cura di ), Giotto a Padova, Bollettino d’arte , s.s.2, anno LXIII, Istituto Poligrafico e
Zecca dello Stato, Roma 1982. Si veda in particolare:D.Camuffo e P.Schenal “Microclima
all’interno della Cappella: scambi termodinamici tra gli affreschi e l’ambiente”, D.Artioli,
M.Marabelli, C.Meucci “Fattori ambientali e stato di conservazione dei dipinti murali della
Cappella degli Scrovegni”, G.Biscontin, S.Diana, V.Fassina, M.Marabelli “ Indagine sugli
inquinanti atmosferici all’interno e all’esterno della Cappella”.
3 -E.Borrelli, M.Marabelli, P.Santopadre, Studio dello stato di conservazione e messa a punto del
sistema di pulitura in Il restauro della Cappella degli Scrovegni, Skira editore, Milano 2003,
pp.106-114.
4-M.Marabelli, P.Santopadre, V.Fassina, Rilevazioni degli inquinanti atmosferici prima e dopo
l’istallazione del Corpo Tecnologico Attrezzato in Il restauro della Cappella degli Scrovegni, Skira
editore, Milano 2003, pp.45-51).
5- M.Marabelli, M.Ioele, D.Artioli, A.Castellano, R.Cesareo, G.Buccolieri, S.Quarta, C.Cappio
Borlino, La distribuzione dei solfati prima e dopo l’intervento di restauro in Il restauro della
Cappella degli Scrovegni, Skira editore, Milano 2003, pp.141-150.
6-M.Marabelli, P.Santopadre, M.Ioele, G.Chiavari, S.Prati, Studio dei materiali di restauro e dei
prodotti di alterazione tramite analisi microdistruttive in Il restauro della Cappella degli
Scrovegni, Skira editore, Milano 2003, pp.132-140.
7-M Ioele, M.Marabelli, Misure colorimetriche sui dipinti murali prima e dopo l’intervento di
restauro in Il restauro della Cappella degli Scrovegni, Skira editore, Milano 2003, pp.151-155.
8-M.Marabelli, P.Santopadre, M.Ioele, P.Bianchetti, R.Cesareo, A.Castellano, La tecnica pittorica
di Giotto nella Cappella degli Scrovegni: studio dei materiali in Bollettino d'arte, volume speciale
2005 Giotto nella Cappella degli Scrovegni a cura di G.Basile, pp.17-46
9-G.Bottiroli, A.Gallone, B.Masala, Analisi microspettrofluorimetriche di leganti organici in
Bollettino d'arte, volume speciale 2005 Giotto nella Cappella degli Scrovegni a cura di G.Basile,
pp.83-105
10-M.Marabelli, P.Santopadre, M.Ioele, R.Cesareo, A.Castellano, M.Verità Le lamine metalliche
utilizzate nella decorazione dei dipinti murali giotteschi in Bollettino d'arte, volume speciale 2005
Giotto nella Cappella degli Scrovegni a cura di G.Basile, pp.121-144
7
Didascalie delle figure
Fig.1- Andamento della concentrazione dell’anidride solforosa (SO2) registrato il 21 marzo 1979
o.d. porta aperta, c.d. porta chiusa, mpn postazione a metà navata, out postazione all’esterno
Fig.2 – Concentrazione degli anioni presenti nei tasselli di estrazione dei sali solubili effettuata su
tutte le pareti
Fig.3- Xgrafia SEM-EDS del calcio(rosa) e dello zolfo(verde), 80x
Fig.4-Sezione stratigrafica osservata in luce trasmessa a nicols paralleli, ob.2,5x (foto a), particolare
osservato a nicols incrociati, ob.10x (foto b). E’ visibile la cristallizzazione del gesso sotto la
pellicola pittorica
Fig. 5- Andamento delle medie semi-orarie del biossido di azoto(NO2) registrato nel periodo 31
gennaio 1996- 10 marzo 1996
Fig.6- Distribuzione di frequenza relativa delle concentrazioni diurne del particolato sospeso
misurate all’interno della Cappella: confronto estate 1995-estate 2000
Fig.7- Spettri XRF dello zolfo relativi a diverse prove desolfatanti
Fig.8- Veste cangiante rosa-viola con i punti di colore misurati
Fig.9- Particolare del fondo azzurro (Il matrimonio di Maria e Giuseppe) confrontato prima (a) e
dopo la pulitura (b)
Fig.10- Aureola realizzata in oro
Fig.11- Elmi in stagno completamente alterati
Fig.12- Aureola in oro/argento alterata
8
Figura 1
Figura 2
9
Figura 3
a
b
Figura 4
10
µg/m3
Figura 5
Figura 6
11
Figura 7
Figura 8
12
a
b
Figura 9
Figura 10
13
Figura 11
Figura 12
14