Badanie tomograficzne św. Wendelina |
BADANIA OBRAZÓW NA SZKLE ZE ZBIORÓW MUZEUM ETNOGRAFICZNEGO Z WYKORZYSTANIEM KOHERENTNEJ TOMOGRAFII OPTYCZNEJ
W październiku i listopadzie 2008 r., w ramach współpracy z Muzeum Etnograficznego z Zakładem Konserwacji Malarstwa i Rzeźby Polichromowanej UMK, przeprowadzone zostały eksperymentalne badania czterech obrazów na szkle ze zbiorów Muzeum z wykorzystaniem nowoczesnej techniki koherentnej tomografii optycznej.
Koherentna tomografia optyczna (ang. Optical Coherence Tomography - OCT) to nieniszcząca i bezdotykowa metoda badania struktury ciał składających się z warstw przezroczystych lub półprzejrzystych dla promieniowania świetlnego z zakresu bliskiej podczerwieni. Pozwala otrzymać obrazy ich przekrojów stratygraficznych, czyli uzyskiwać informacje o układzie i cechach poszczególnych warstw budujących wewnętrzną strukturę materii. Badanie odbywa się za pomocą światła. Tomograf wysyła w kierunku badanego obiektu wąski promień, który ulega w nim rozproszeniu i odbiciu na granicach i w obrębie warstw o różnych właściwościach optycznych. Światło rozproszone na elementach struktury obiektu częściowo powraca do instrumentu, który analizuje sygnał i odtwarza położenie rozpraszających światło punktów leżących wzdłuż promienia sondującego. Następnie promień jest przemieszczany do sąsiedniego położenia i cała procedura powtarza się. Złożenie informacji pochodzącej ze skanowania promieniem sondującym wzdłuż wybranej linii pozwala uzyskać obraz przekroju, w którym warstwy silnie rozpraszające światło są zazwyczaj widoczne jako obszary w kolorze zielonym i żółtym, warstwy słabo rozpraszające są widoczne jako niebieskie, a nierozpraszające jako czarne.
Badanie jest nieinwazyjne, może więc być wykonywane dowolną ilość razy i w dowolnym miejscu, także tam, gdzie pobieranie próbek materiału ze względów technicznych lub etycznych jest niemożliwe. Wyniki mogą być prezentowane w postaci zarówno dwuwymiarowych obrazów przekrojów warstwowej struktury, jak i ich sekwencji (filmów) pozwalających na analizę przestrzennej budowy określonego fragmentu. Czas pomiaru wynosi 0,1 s. dla pojedynczego tomogramu, a rejestrowany wynik można również oglądać w czasie rzeczywistym na monitorze komputera.
Wielkimi zaletami metody są nieniszczący charakter i całkowita bezkontaktowość, dlatego też od 1990 r. OCT rozwijana jest na potrzeby medycyny - głównie okulistyki, gdzie w ciągu kilku zaledwie lat z metody eksperymentalnej stała się w uznaną i stosowaną przez lekarzy techniką badania oka ludzkiego in vivo. Zastosowanie do diagnostyki tak delikatnego, żywego organu jest najlepszym potwierdzeniem całkowitej bezinwazyjności metody. Z tego powodu w 2002 roku w Toruniu, po raz pierwszy na świecie, tomografia optyczna użyta została do badania cennych obiektów zabytkowych. Obecnie takie zastosowanie OCT rozwija zaledwie kilka ośrodków na świecie (m.in. w Wielkiej Brytanii, we Francji i Włoszech), których przedstawiciele spotkali się w zeszłym roku, właśnie w naszym mieście, na sympozjum „Optical Coherence Tomography for Examination of Art” http://www.fizyka.umk.pl/~oct4art/torun2008, by wymienić doświadczenia z coraz dynamiczniej rozwijających się badań na potrzeby konserwacji dzieł sztuki. Na toruńskim Uniwersytecie Mikołaja Kopernika badania tego typu prowadzi od sześciu lat interdyscyplinarny zespół łączący doświadczenie fizyków (pod kierunkiem dr. hab. Piotra Targowskiego, prof. UMK) i konserwatorów-restauratorów dzieł sztuki (pod kierunkiem prof. zw. dr kwal. II st. Bogumiły Rouba). Naukowcy wykazali już przydatność metody do badania werniksów i laserunków w malarstwie sztalugowym, do obrazowania struktury podpowierzchniowej pergaminu, do obserwacji skutków ablacji laserowej werniksów, a także do śledzenia procesu powstawania zniszczeń w obrazach na płótnie pod wpływem wahań klimatu. Obecnie prowadzone są, między innymi, intensywne badania nad zastosowaniem OCT do badania struktury oraz oceny stanu zachowania i charakteru zniszczeń obiektów zabytkowych ze szkła i zawierających szkło, np. witraży czy malarstwa na szkle (Hinterglasmalerei).
Obrazy wykonane tą ostatnią techniką są szczególnie fascynującym materiałem badawczym, który nie tylko dla artystów, ale także dla konserwatorów dzieł sztuki stanowi prawdziwe wyzwanie. Podłoże dla farb jest całkowicie przezroczyste i znajduje się od strony lica, a nie odwrocia, jak to ma miejsce w tradycyjnym malarstwie sztalugowym. Sam obraz budowany jest również w odwrotnym porządku – nie od ogółu do szczegółu, lecz począwszy od najdrobniejszych detali, a skończywszy na gładkim tle. W tej technice poprawki są więc praktycznie niemożliwe, gdyż najlepiej widoczne są pierwsze pociągnięcia pędzla leżące bezpośrednio na powierzchni szyby.
Dziś malarstwo na odwrociu szkła kojarzone jest głównie ze sztuką ludową. Technika ta znana jest jednak od czasów antycznych i pojawiała się w sztuce i rzemiośle artystycznym w bardzo wielu odmianach – z wykorzystaniem najróżniejszych spoiw (olejnych, temperowych, klejowych), rozmaitych technik fotograficznych, collage czy efektów lustrzanych. Sposób „zmuszania” elementów zdobniczych do przylegania do gładkiego, śliskiego, a jednocześnie demaskatorsko przejrzystego podłoża był nierzadko odkryciem i sekretem artysty, stąd też budowa obrazów na szkle jest zróżnicowana, bardzo często nieprzewidywalna, a przyczyny pojawiających się z czasem zniszczeń trudne do rozszyfrowania. Zarówno podłoże, warstwy zdobnicze jak i połączenie między nimi są kruche i delikatne.
Najciekawszym z obiektów należących do Muzeum Etnograficznego w Toruniu, przebadanych techniką OCT, okazał się dziewiętnastowieczny obraz z przedstawieniem św. Wendelina namalowany na odwrociu szkła, pochodzący z terenów Słowacji.
Il. 2. Obraz namalowany na odwrociu szkła z przedstawieniem św. Wendelina (XIX w.) ze zbiorów Muzeum Etnograficznego w Toruniu. Fot. Waldemar Grzesik
Już na pierwszy rzut oka można było zauważyć, że z przyczepnością warstwy malarskiej do szkła w tym obrazie nie jest dobrze. Widoczne były pęcherze między szkłem i malowidłem, miejscowe przebarwienia kolorów, pożółkłe i spękane błony klejów w ubytkach warstwy malarskiej. Świadczyły one o tym, że obiekt był już konserwowany w przeszłości, jeszcze zanim trafił do Muzeum - próbowano go konsolidować, czyli przykleić łuszczącą się farbę z powrotem do podłoża. Zakres odspojeń i stref podklejenia był jednak trudny do określenia. Od odwrocia obraz zasłonięty był tekturą. Rozmontowanie oprawy i zajrzenie pod osłonę wydawało się ryzykowne – papier zabezpieczający warstwę malarską od tyłu mógł być do niej przyklejony i próba usunięcia go groziłaby oderwaniem polichromii od szyby.
Il. 3. Fragment obrazu „Św. Wendelin” z widocznymi niepokojącymi zmianami na powierzchni malowidła. Fot. Waldemar Grzesik
Ocenę stanu obrazu przeprowadzono więc bez rozmontowywania, analizując jego strukturę od strony szkła, za pomocą tomografu optycznego. Badania wykonane zostały przez mgr Magdalenę Iwanicką i mgr Ludmiłę Tymińską-Widmer z Zakładu Konserwacji Malarstwa i Rzeźby Polichromowanej UMK oraz mgr Ewę Kwiatkowską z Zakładu Biofizyki i Fizyki Medycznej UMK pod kierunkiem prof. dr. hab. Piotra Targowskiego we współpracy z mgr Ewą Martin-Sobecką z Działu Konserwacji Zbiorów oraz mgr Bożeną Olszewską i dr Justyną Słomską-Nowak z Działu Sztuki i Estetyki Ludowej Muzeum Etnograficznego. Wykorzystując nieinwazyjność metody zbadano wszystkie podejrzane miejsca na powierzchni obrazu, porównując je z fragmentami, które wydawały się być dobrze zachowane. Przykłady zarejestrowanych tomogramów przedstawione są na ilustracji poniżej.
Il. 4. Tomogramy OCT (a, b) uzyskane w wyniku skanowania fragmentów powierzchni obrazu „Św. Wendelin” (a’, b’). Pod szkłem widoczna jest warstwowa struktura malowidła oraz jego odspojenia od szyby (częściowo wypełnione spoiwem konsolidującym). 1 – warstwa malarska o zróżnicowanej przejrzystości; 2 – kontur malowany czernią pochłaniający promieniowanie NIR używane w badaniu, 3 – spoiwo użyte w przeszłości do podklejenia odspojeń między szkłem i warstwą malarską; 4 – odspojenia (przestrzenie między szkłem i warstwą malarską wypełnione powietrzem); 5 – powierzchnia papieru zabezpieczającego obraz od tyłu. Oprac. Magdalena Iwanicka
Technika koherentnej tomografii optycznej umożliwiła rozpoznanie budowy technicznej obrazu, wskazując miejsca, gdzie farba nałożona została w kilku warstwach, ale przede wszystkim dostarczyła wielu informacji na temat jego stanu zachowania. Ujawnione i zidentyfikowane zostały liczne odspojenia warstwy malarskiej od szklanego podłoża, obecność dawnego spoiwa konsolidującego zarówno na powierzchni jak i odwrociu warstwy malarskiej, pęcherze między użytym w przeszłości klejem a szybą. Badanie dostarczyło także przesłanek do określenia przyczyn powstania miejscowych przebarwień (sczernienia i zbrązowienia) w strefach czerwieni i zieleni. Możliwe było również zmierzenie grubości szkła, a także, w wielu miejscach sprawdzenie odległości między zabezpieczającym papierem i malowidłem, bez konieczności demontażu oprawy.
Eksperyment przeprowadzony bez rozmontowywania obiektu czy pobierania próbek, absolutnie nie szkodząc i nie ingerując w strukturę dzieła sztuki, dostarczył więc opiekunom obrazu wielu cennych informacji na temat ukrytych szczegółów jego budowy, niemożliwych do uzyskania innymi metodami. Wskazał też potencjalne zagrożenia i granice bezpieczeństwa w obchodzeniu się z nim. Wzbogacił również wiedzę badaczy dostarczając informacji na temat możliwości i sposobów analizowania przy użyciu metody OCT różnych zjawisk występujących w obrazach na szkle.
Więcej informacji (w języku polskim) o metodzie OCT i prowadzonych w Toruniu badaniach można dowiedzieć się ze stron http://fizmed.fizyka.umk.pl/badaniakf.html Zespołu Fizyki Medycznej UMK. Znaleźć tam również można szerszą informację o rozwijanych w Toruniu zastosowaniach OCT w konserwacji zabytków.
Projekt finansowany z grantu MNiSzW w latach 2008 – 2010
Oprac. Ludmiła Tymińska-Widmer i Magdalena Iwanicka
