Jacek Młodożeniec
Zastosowanie rentgenowskiej
tomografii komputerowej w
badaniach struktury drewna i
drewnianej rzeźby polichromowanej
Ochrona Zabytków 49/2 (193), 168-181
Jacek M łodożeniec
ZASTOSOWANIE RENTGENOWSKIEJ TOMOGRAFII KOMPUTEROWEJ
W BADANIACH STRUKTURY DREWNA I DREWNIANEJ RZEŹBY
POLICHROMOWANEJ1
W badaniach struktury rzeźb drew nianych i innych w ykonanych z drew na obiektów zabytkow ych brak było dotychczas efektywnej i dokładnej, a jednocze śnie nie niszczącej m etody badań. Klasyczne techniki rentgenograficzne um ożliw iają jedynie przybliżony w gląd w budow ę w ew nętrzną obiektów , zaś otrzym y w ane w yniki mają wyłącznie charakter jakościowy. P onadto nie są one w stanie przedstaw ić skom pliko wanej struktury w ew nętrznej obiektów , zbudow anych z elem entów o niewielkich różnicach gęstości.
O p racow ana dla potrzeb m edycyny technika ren tgenow skiej tom ografii kom puterow ej CT- Х (skrót z ang. „x -ra y co m puter to m o g ra p h y ”) pozw ala uzy skać pełny obraz struktury w ew nętrznej obiektów przestrzennych, zaś otrzym ane dane mają charakter ilościowy. Z e w zględu na uniw ersalną natu rę badaw czą prom ieniow ania X oraz dużą czułość, m etoda ta stw o rzyła now e możliwości badania budow y w ew nętrznej różnego rodzaju obiektów m aterialnych.
O braz otrzym yw any w technice CT- Х jest zrek o n struow anym w postaci m apy rozkładu gęstości o b ra zem przekroju poprzecznego obiektu. R ekonstrukcja dokonyw ana jest w oparciu o regułę m atem atyczną, m ów iącą iż stru k tu ra przestrzenna obiektu m oże zo stać o d tw o rzo n a, jeśli znane są wszystkie dw uw ym ia row e rzuty tego obiektu. W praktyce jest to realizow a ne w ten sposób że obiekt w ielokrotnie prześw ietlany jest skupionym strum ieniem prom ieniow ania, zaś na tężenie prom ieniow ania przechodzącego rejestrow ane jest przez d etektory (il. 1).
W trakcie badania, w w yniku przesuw u i o b ro tu obiektu w zględem zestawu lam p a-d etek to r, rejestro w ana jest seria zazwyczaj 360 lub 720 rzutów obiektu obejm ujących całą jego szerokość, w ykonana w k ro kach co 1° lub co 0,5°. Wyniki rejestrow ane są w p o staci w artości natężenia prom ieniow ania p rzechodzą cego w poszczególnych kierunkach. N a ich podstaw ie, przy użyciu odpow iedniego algorytm u m atem atyczne go zapisanego w postaci program u kom puterow ego, w ykonyw ana jest rekonstrukcja obrazu przekroju p o przecznego obiektu. Każdy p u n k t tak odtw o rzo n eg o obrazu o d pow iada pojedynczem u elem entow i prze strzennem u obiektu (tzw. voxelowi). W ynikiem re k o n
strukcji jest macierz w artości liniow ego w spółczynnika absorpcji prom ieniow ania — μ (χ, y) z = const, który jest m iarą średniego stopnia pochłaniania p ro m ien io w ania w danej jednostce objętości obiektu. Dla danego m ateriału i stałej energii p rom ieniow ania w spółczyn nik ten jest proporcjonalny do gęstości i używany w tym samym znaczeniu.
W artości μ opisyw ane są w edług um ow nej liniowej skali jednostek H unsfielda — j. H .[cm _1], sk onstruo wanej dla zastosow ań m edycznych w oparciu o nastę pujące w artości graniczne:
- 1000 j. H . — pow ietrze, 0 j. H. — w oda,
+ 1000 j. H. — m ateriał nieprzenikalny.
W nowszych m odelach ap arató w m edycznych, np. SIEM ENS D R H , skala ta została zagęszczona do ± 2 0 0 0 j. H ., przy zachow aniu tych sam ych punktów odniesienia jako w artości granicznych. Tak rozb u d o w ana skala jest odbiciem bardzo dobrej rozdzielczości gęstości, rzędu 0,05% , osiąganej przez aparaturę CT-X. Rozdzielczość gęstości jest pro p o rcjo n aln a do liczby zm ierzonych fotonów na voxel, czyli ilości użytego prom ieniow ania. Energia p rom ieniow ania musi być przy tym dostatecznie w ysoka, aby m ogło ono prze niknąć wszystkie struktury badanego obiektu pod
każ-1. Schem at b u d o w y rentgenow skiego tom ografu kom puterow ego: 1 — źró d ło prom ien iow ania, 2 — badany obiekt, 3 — ze sta w d e te k to ró w
1. Scheme o f the construction o f an X -ra y co m p u ter tom ograph: 1 — source o f radiation, 2 — exam in ed object, 3 — d etecto r
1. Artykuł pow stał w oparciu o pracę dyplom ow ą obronioną przez autora na W ydziale Konserwacji i Restauracji D zieł Sztuki ASP w W arszawie. C zęść praktyczna pracy pt. Konserw acja rzeźby
drew nianej polich rom ow anej z X V w. „M adonna z D z ie c ią tk ie m ”
w ykonana została pod kierunkiem prof. W . Kurpika. Część teore tyczna pt. Zastosow an ie rentgenow skiej tom ografii kom pu terow ej w
badaniach stru ktury drew n a i drew nianej rzeźby polichrom ow anej
dym kątem , gdyż w przeciw nym w ypadku m ogą poja wić się artefakty.
D rugim istotnym param etrem charakteryzującym m ożliwości zarów no techniki jak i konkretnego a p ara tu jest rozdzielczość liniow a. W płaszczyźnie przekroju o rozdzielczości obrazu decyduje w ybrana w ielkość macierzy {μ(χ, y)} oraz średnica pola badania. W spół czesne aparaty medyczne dysponują zazwyczaj dw om a rozm iaram i macierzy — 256 x 256 punktów i 512 x 512 punktów, zaś wielkość pola badania można regulować płynnie w zakresie od około 50 cm do 6 cm. Rozdziel czość liniowa trzeciej współrzędnej — z określona jest grubością warstwy przekroju. Wielkość tę można w apa ratach medycznych regulować w zakresie od 1 do 8 mm. W praktyce istnieje więc m ożliw ość m anipulow ania osiąganą przez ap arat rozdzielczością przestrzenną przez w ybór m atrycy oraz zm ianę średnicy pola b a d a nia. Użyty w badaniach ap arat PICKER SYNERVIEW SE (m odel z 1988 r.) przy w yborze m atrycy wysokiej rozdzielczości — 512 x 512 p u n k tó w i m inim alnej wielkości pola badania — 6 cm pozw ala osiągnąć ro z dzielczość liniow ą około 0,12 mm w płaszczyźnie o b razu. Jest to jednak okupione znacznym zm niejszeniem średnicy badanego obszaru. M ożna jednak zauważyć stały postęp w zakresie rozdzielczości liniowej osiąga nej przez now e m odele tom ografów CT-X.
M edyczne aparaty СТ- X , ze względu na wąski i ści śle określony zakres zastosow ań uległy daleko po su niętej specjalizacji. Dla potrzeb innych dziedzin nauki konieczne było skonstruow anie prostszych i bardziej uniw ersalnych skanerów . A paraty takie pow stają w ośrodkach naukow ych prow adzących badania m a teriałow e w różnych dziedzinach. W odróżnieniu od skanerów m edycznych aparaty te nie są tak ograniczo ne pod względem czasu trw ania badania, wielkości daw ki prom ieniow ania i szybkości uzyskiw ania w yni ków. Dzięki w ydłużeniu czasu badania m ożna uzyskać zadow alającą rozdzielczość obrazu przy użyciu m niej szej liczby detektorów . M ożna także rozdzielić funkcję zapisu i w stępnej obróbki danych, realizow aną przez kom p u ter osobisty, od rekonstrukcji obrazu, w ykony wanej przez większą jednostkę obliczeniow ą w póź niejszym czasie. Jeśli chodzi o m aksym alną w ielkość badanych obiektów niektóre aparaty są dostosow ane do szczególnych zastosow ań, inne zaś, tw orzone jako konstrukcje uniw ersalne, mają szeroką m ożliwością
2. B. Illerhaus, J. G oebbels, P. Reimers, H. Riesem eier, The principle
o f com pu terized tom ography an d its aplication in the reconstruction o f hidden surfaces in objects o f art (w:) 4th International Conference on N on D estru ctive Testing o f Works o f Art. O cto b er 4 - 6 , 1 9 9 4 ,
Berlin 1 9 94, vol. 1, s. 4 1 -4 9 .
3 . V. von Schwartz, A. Haberm ehl, H .-W . Ridder, Zerstörungsfreier
N achw eis von K ern - und W andfaulen im Stam m stehender Baume
mit der Computer -Tomographie, „Forstarchiv” 60, 1989, s. 2 3 9 -2 4 5 . 4 . M . O n o e i in., Portable C T Scaners for Use on Live Trees and
Standing C olum ns (w:) Proceeding o f International Conference N on
adaptacji. Stosow ane źródła prom ieniow ania cechuje w tej klasie sprzętow ej duża różnorodność. O bok lam p rentgenow skich o m ocy dobieranej do gęstości bad a nych m ateriałów stosow ane są izotopow e źródła p ro m ieniow ania, jak np. 60C o, które znalazły zastosow a nie w przenośnych aparatach przeznaczonych do prac terenow ych.
N ajbardziej zaaw ansow anym w zakresie budow y te go typu urządzeń ośrodkiem wydaje się być Federalny U rząd Badań M ateriałow ych w Berlinie (ВАМ), gdzie w latach osiem dziesiątych pow stało kilka takich k o n strukcji, obecnie zaś znajdują się w użyciu 3 skanery. Jako źródeł prom ieniow ania, obok szeregu lamp re n tgenow skich o napięciach regulow anych do 42 0 kV, użyto też 60C o, 192Ir oraz akceleratora elektronów Linac o energii 8 lub 12 M eV W największym ze ska nerów odległość źró d ło -d e te k to r, decydująca o m ak symalnej w ielkości badanego obiektu, w ynosi 270 cm, zaś w najm niejszym , oferującym rozdzielczość prze strzenną do 18 pm , odległość ta może być regulow ana w zakresie 2 0 -1 0 0 cm 2.
Dla potrzeb defektoskopii żywych drzew o pracow a no przenośny skaner СТ- X . U rządzenie oparte na 127Cs jako źródle prom ieniow ania zastosow ano do oceny stanu badanych drzew oraz lokalizacji i ro zp o znania w ew nętrznych uszkodzeń takich jak zgnilizna, pęknięcia, m okry rdzeń i inne2. Podobne próby dla rozpoznania w ew nętrznej budow y drew na podjęto w Jap o n ii4.
Przeglądając w yniki badań tom ograficznych obiek tó w zabytkow ych z ostatnich kilkunastu lat m ożna określić następujące podstaw ow e kierunki zastosow ań tej techniki:
— badania niedostępnej i niew idocznej struktury w e w nętrznej obiektów ,
— badania m ateriałow e obejm ujące rozpoznanie ro dzaju, stru k tu ry i stanu zachow ania m ateriałów, — ocena efektów zabiegów konserw atorskich.
Badania m ateriałow e obiektów zabytkow ych dają szczególnie ciekawe rezultaty w w ypadku dużych k o n trastó w gęstości użytych m ateriałów i p ro d u k tó w ich destrukcji. Z astosow anie techniki СТ- X pozw ala na określenie pierw otnej form y silnie skorodow anych m ateriałów 2, określenie techniki połączeń elem entów m etalow ych6, analizę konstrukcji i techniki w ykona nia obiektu (np. badania instrum entów m uzycznych7)
D estru ctive Testing, Las Vegas 1 9 8 6 , s. 6 8 0 -6 8 7 .
5. H. Born, St. G ussmann, Grundlagenforschung Tauschierungen:
Z ur H erstellungstechnik von Riem enzungen des 7. Jahrhunderts,
„Arbeitsblatter für Restauratoren” 1 9 9 2 , 2, s. 2 7 3 - 2 7 9 .
6. P. Reimers, J. Riederer, The Exam ination o f Works o f Art by
M eans o f X -R a y C o m p u ter T om ography (CAT), 1 9 8 4 , s. 7 7 -7 9 .
7. K. M artius, C om pu tertom ograph ie und ihr E insatz in der
D o k u m en ta tio n von M usikinstrum enten, „Arbeitsblatter für Restau
czy ocenę stanu zachow ania podłoża i jego związku z polichrom ią. M ożliw ość przeanalizow ania n iedo stępnych partii obiektu przynosi nieraz zaskakujące rezultaty, np. odkrycie w ew nątrz gipsowej figury cen nej XV III-w iecznej drew nianej rzeźby o łtarzow ej8, czy zrolow anej kartki papieru we w nętrzu brązow ej statu etki Buddy9. Ciekaw ym przykładem zastosow ania techniki CT- Х m oże być badanie dzbana z N eftenbech w N iem czech, szczelnie w ypełnionego zlepionym i m o netam i. Tom ograficzne rozpoznanie położenia m onet um ożliw iło zaplanow anie bezpiecznego sposobu ich w ydobycia10.
Technika CT- Х um ożliw ia także uzyskanie in tere sujących i w artościow ych w yników w badaniach przedm iotów w ykonanych ze szkła i ceram iki oraz zatopionych w skałach osadow ych.
Szczególnym zastosowaniem tomografii jest analiza struktury drew na i możliwość w ykonania w sposób nie niszczący pom iarów niezbędnych do datow ania obiek tów drewnianych m etodą dendrochronologiczną. N aj pełniejsze badania w tym zakresie wykonane zostały na drewnie dębowym w D anii11. Ustalono, iż zadowalającą dokładność pom iarów uzyskuje się dla przyrostów rocz nych o szerokości powyżej 1 mm. Dla drew na wąskosło- istego rozdzielczość użytej aparatury była niewystarcza jąca. Było to podstaw ow e ograniczenie możliwości zastosow ania techniki CT- Х w dendrochronologii.
Podsum ow anie kilkunastoletnich dośw iadczeń w badaniach dzieł sztuki m etodą CT- Х przedstaw ił A. Beck12, prezentując m .in. kontrow ersyjne wnioski na tem at możliwości identyfikacji gatunku drew na na podstaw ie w artości w spółczynnika μ. Krytycznie u sto sunkow ali się do tej propozycji P Klein i H. Vogel14 rozpatrując szczegółow o z p u nktu w idzenia biologii drew na tę m ożliwość identyfikacji gatunków. O m ów ili oni p o n ad to aktualne m ożliwości i ograniczenia tech niki CT- Х w dendrochronologii.
D o podstaw ow ych zastosow ań tom ografii CT-X w badaniach obiektów zabytkow ych należy ocena sku teczności zabiegów konserw atorskich. Jako przykład m ogą służyć badania przydatności różnego rodzaju tw orzyw i rozpuszczalników do im pregnacji stru k tu ralnej drew na, w ykonane przez M. P acio rk a14.
8. G. Essers, Computertomograpische Unterschungen von Bildwerken, (w:) Sym posium Zerstorungfreie Prüfung von K unstw erken, 1 9 /2 0 .1 1 .8 7 , Berlin 1 9 8 7 , s. 6 1 -6 8 .
9. P. Reimers, J. Riederer, op.cit.
10. H. Riesemeier i in., D eterm ination o f different m aterials, defects,
an d bidden structures in objects o f art by C T (w:) 4th International Conference on N o n D estru ctive Testing o f Works o f Art. O cto b er 4 -6 .1 9 9 4 , Berlin 1 9 9 4 , vol. 1, s. 6 0 -6 1 .
11. P. Preuss, K. Christensen, K. Peters, The Use o f C o m p u terT o
-m ographical X -R a y Scanning in D endrochronology, „Norw egian
Archaeological R eviev”, 1 9 9 1 , 2.
Z astosow anie tom ografii C T -X pozw oliło bardzo dokładnie określić stopień nasycenia w całej objętości badanego obiektu oraz przedstaw ić jego w artość w p o staci histogram ów . Dzięki tem u, że jest to m etoda nie niszcząca, m ożliw e było uzyskanie dla tych sam ych próbek oraz obiektu zabytkow ego zestawu h isto g ra m ów w ykonanych kolejno przed im pregnacją, b ez p o średnio po nasyceniu oraz po o d parow aniu ro z p u szczalnika, co dało w gląd w dynam ikę procesu im p re gnacji. O prócz określenia zachow ania się poszczegól nych im pregnatów , m ożliwe też było zaobserw ow anie zależności zw iązanych ze stanem zachow ania d rew na — jego ogólną gęstością, obecnością uszkodzeń, w y pełnionych i nie w ypełnionych korytarzy ow adów , a także z jego budow ą anatom iczną — rozkładem przyrostów rocznych, szerokością pasm drew na w czes nego i późnego, nieregularnościam i budowy, takim i jak rdzeń czy sęki.
Cel i zakres pracy
D oniesienia o rezultatach zastosow ania ap aratu ry CT- Х w badaniach obiektów m aterialnych, które p o jawiły się się w ciągu ostatniego 10-lecia, w yw ołały rosnące zainteresow anie tą techniką. U podstaw p o d jętych przeze m nie badań legła potrzeba zorientow ania się w m ożliw ościach tej m etody w zakresie badania struktury drew na i drew nianych obiektów p o lich ro m ow anych oraz chęć zdobycia własnych dośw iadczeń w tej dziedzinie.
Celem pracy było przedstaw ienie w yników badań tom ograficznych obiektu zabytkow ego oraz ocena ich praktycznego zastosow ania w planow aniu, p ro w ad ze niu i kontroli efektów prac konserw atorskich. W ybie rając za głów ny obiekt badań poddaw aną konserw acji drew nianą rzeźbę polichrom ow aną zam ierzano uzy skać następujące inform acje:
— o konstrukcji i budow ie technologicznej obiektu za bytkow ego,
— o stanie zachow ania obiektu jako całości i drew na jako m ateriału,
— o skuteczności w ykonanych prac konserw atorskich, — ilościowe dane pozw alające na ocenę efektów p rze
prow adzonej im pregnacji strukturalnej.
12. A. Beck, Original — Fälschung? Bildgebende Verfahren bei der
D iagnostik von K unstw erken, Konstanz 1990.
13. P. Klein, H. V ogel, C om pu tertom ograph ie — eine H ilfe fur
D endrochronologie und H olzarten bestim m u n g? (w:) 4th In tern a tion al Congress on N o n D estru ctive Testing o f A rtistic and C ultural O bjects, O cto b er 4 - 6 , 1 9 9 4 , Berlin 1994.
14. M. Paciorek, Z astosow an ie tom ografii kom pu terow ej do badania
rozm ieszczenia i u działu tw o rzy w a w drew nie im pregnow anym strukturalnie, „Ochrona Z abytków ” 1 9 9 2 , 3, s. 1 5 9 -1 7 2 , tenże, Badania wybranych tw o r z y w term oplastyczn ych stosow an ych do impregnacji drew na, „Studia i M ateriały W ydziału Konserwacji i Re
Z akres pracy obejm ow ał:
— tom ograficzne badania przeglądow e obiektu zaby tkow ego przed rozpoczęciem prac k o n se rw ato r skich,
— badania przeglądow e obiektu w ykonane klasyczną tech n ik ą rentgenograficzną przed rozpoczęciem prac konserw atorskich,
— tom ograficzne badanie w ybranych przekrojów obiektu po zakończeniu prac konserw atorskich. Z b ad an o także zestaw próbek drew na rep rezen tu jących kilka najważniejszych z p unktu w idzenia d e n d rochronologii i konserw acji gatunków , chcąc uzyskać ich charakterystyki densytom etryczne oraz ocenić m ożliw ość datow ania dendrochronologicznego tych p róbek na podstaw ie ich obrazów tom ograficznych.
M ateriał
N a ob iek t badań w ybrano X V -w ieczną rzeźbę d rew n ian ą polichrom ow aną M ad o n n a z Dziecią tkiem . Rzeźbę tę, w ykonaną z drew na lipow ego, zaa tak o w an ą przez owady, mającą duże ubytki i liczne późniejsze elem enty drew niane i m etalow e, pokrytą w tó rn ą polichrom ią, uznać m ożna za typow ego re p re zen tan ta tego rodzaju obiektów i związanych z nimi problem ów .
W celu uzyskania m ateriałów porów naw czych d o tyczących badań drew na oraz danych do analizy dend- rochronologicznej przebadano próbki zdrow ego d rew na kilku gatunków mających znaczenie w d e n d ro ch ro n o lo g ii oraz w ystępujących pow szechnie w dziełach sztuki i znaleziskach archeologicznych. Do badań tych w ybrano próbki drew na następujących ga tunków :
— dąb szerokosłoisty (Quercus sp.), d rew no w spół czesne,
— dąb szerokosłoisty z pasm em wąskich przyrostów {Quercus sp.), d rew no w spółczesne,
— dąb w ąskosłoisty (Ouercus sp.), d rew n o subfosylne, w iek ok. 1000 lat,
— sosna zwyczajna (Pinus sylvestris L.), d rew no w spół czesne,
— buk {Fagus silvatica L.), okładka książki (X V II- XVIII w.),
— lipa {Tilia sp.), d rew no w spółczesne.
W zestawie tym próbki drew na dębu reprezentują g atunek mający podstaw ow e znaczenie w d e n d ro c h ro nologii europejskiej, najpełniej opracow any i najpew niejszy w datow aniu. Jest to drzew o liściaste, pierście- niow onaczyniow e, w którym nie w ystępują ani fałszy we przyrosty ani w ypadanie słojów. W drew nie tym kolejne pierścienie są dobrze w idoczne i odznaczają się dużym skokiem gęstości na granicy drew na w czesnego i późnego sąsiednich przyrostów , co czyni je bardzo przydatnym do badań tom ograficznych. P onadto o d
znacza się ono dużą o d p o rn o ścią na działanie czynni ków niszczących i było szeroko stosow ane w b udow nictw ie i rzem iośle artystycznym . W ybór kilku próbek drew na tego gatunku, różniących się szerokością pier ścieni oraz stanem zachow ania, miał na celu określenie zakresu m ożliwości badaw czych użytej aparatury.
Próbka drew na sosny zwyczajnej {Pinus sylvestris L.) reprezentuje w tym zestaw ie gatunek iglasty. Jest to d rew n o o szerokich pierścieniach, odznaczających się dużym kontrastem zarów no barw nym , jak i gęstości, dobrze nadające się do p o m iaró w dendrochronolo- gicznych. M ogą w nim jednak w ystąpić fałszywe przy rosty, a także tzw. w ypadanie słojów.
Próbka drew na buka {Fagus silvatica L.) reprezen tuje gatunek liściasty rozpierzchłonaczyniow y. Jest to drew n o o m niejszych i bardziej rozm ytych kontrastach gęstości na granicach przyrostów , w którym może też wystąpić tzw. wypadanie przyrostów lub fałszywe słoje.
Badany obiekt zabytkow y reprezentuje drew no lipy {Tilia sp.) gatunku liściastego, rozpierzchłonaczynio- wego. Jak już p ow iedziano, jest to drew no silnie zniszczone przez owady, stanow i więc m ateriał d o brze ilustrujący problem y na jakie m ożna natrafić przy badaniu obiektów zabytkow ych. Dla porów nania w y b ran o do badań p ró b k ę w spółczesnego, zdrow ego drew na lipy.
M etodyka
Badania tom ograficzne w ykonano korzystając z u d o stęp n io n eg o przez Instytut Psychoneurologii w W arszawie m edycznego rentgenow skiego to m o g ra fu kom puterow ego PICKER SYNERVIEW S E (model z 1988 r.). U m ożliwia on w ybór m atrycy 256 x 256 lub 512 x 512 punktów , regulację średnicy pola bada nia od ok o ło 50 do 6 cm oraz uzyskanie maksymalnej rozdzielczości przestrzennej w płaszczyźnie przekroju ok o ło 0,12 mm. M inim alna grubość skanow anej w ar stwy wynosi 2 mm.
Badania obiektu zabytkow ego objęły szczegółowe badania diagnostyczne całej figury przed rozpoczęciem prac konserw atorskich oraz w ybiórcze badania p o ró w nawcze po zakończeniu konserw acji, mające na celu ocenę skuteczności przeprow adzonych prac, a zw ła szcza zabiegu im pregnacji.
Do ro zp o zn an ia konstrukcji i stanu zachow ania obiektu posłużyły uzyskane w trakcie w stępnych ba dań tom ograficzne obrazy przekrojów poprzecznych, uzupełnione o interpretację danych z krzywych densy- tom etrycznych.
Rozm ieszczenie i udział tw orzyw a w strukturze obiektu zabytkow ego o kreślono poprzez zestawienie krzywych densytom etrycznych uzyskanych przed za biegiem im pregnacji z krzywym i uzyskanymi po o d p a row aniu rozpuszczalnika.
O ceny efektów pozostałych działań k o n serw ato r skich dokonyw ano na podstaw ie oględzin tom ogra- m ów w ykonanych po zakończeniu prac.
Badania rentgenograficzne w y konano na Wydziale Konserwacji Dzieł Sztuki ASP w W arszawie aparatem B altostop BL 100/5 p ro d , belgijskiej, na błonach rtg. X M w form acie 30 x 40 cm.
Pomiary szerokości pierścieni przyrostów rocznych na próbkach drew na w ykonano korzystając z a p aratu ry laboratorium d endrochronologicznego na Wydziale Konserwacji Dzieł Sztuki ASP w W arszawie. W jej skład w chodzą: ap arat pom iarow y ECKLUND o d o kładności pom iaru 0,01 m m , m ikroskop stereoskopo wy W ILD oraz program CATRAS15.
Pomiary niektórych p róbek oraz pom iary w ykony w ane bezpośrednio na tom ogram ach w ykonano w In stytucie Badawczym Leśnictw a, na specjalistycznym aparacie do pom iarów dendrochronologicznych firmy C arl Zeiss Jena, dającym dokładność 0,01 mm.
Z arejestrow ane na błonach fotograficznych obrazy krzywych densytom etrycznych skanow ano z rozdziel czością 300 DPI, i po przekształceniu do postaci gra fiki w ektorow ej m ierzono korzystając z popularnego o p rogram ow ania graficznego.
W yniki badań
Badania rzeźby rozpoczęto od w ykonania serii zdjęć przeglądow ych w postaci przekrojów o grubości ska
now anej w arstw y 2 m m , przy przesuw ie 20 mm, na całej długości obiektu (skany 6 9 .0 2 -1 3 , 7 1 .0 1 -1 7 i 7 3 .0 1 -1 8 ). Badanie to pozw oliło zorientow ać się w strukturze w ew nętrznej rzeźby i w ybrać strefy szcze gólnego zainteresow ania. Z ostało ono uzupełnione następną serią zdjęć (7 6 .0 1 -3 9 ), w ykonanych w posta ci skanów o grubości 10 mm przy przesuw ie 10 mm. Pokryły one całą objętość w ybranego fragm entu górnej połow y rzeźby.
Wszystkie tom ogram y obiektu w ykonane zostały w oparciu o algorytm y standardow ej rozdzielczości 256 x 256 punktów , z w yjątkiem skanu 294.01 w yko nanego w wysokiej rozdzielczości. Jak o badanie p o rów naw cze w ykonano zestaw 4 klasycznych w ielko form atow ych zdjęć rentgenow skich rzeźby w rzucie z góry, pokryw ających całość o b ie k tu 16.
Budowa obiektu
Badanie tom ograficzne potw ierdziło, że zachow a na, oryginalna bryła obiektu w ykonana została z poje dynczego kloca drew na. Z arazem jednak badanie to pozw oliło uzyskać pełniejszą charakterystykę użytego m ateriału , dostarczając danych o orientacji kloca, układzie słojów oraz obecności i um iejscow ieniu lokal nych zaburzeń w stru k tu rze drew na — fragm entu rdzenia oraz sęków. U jaw niło ono, że rzeźba została w ykonana z połów ki pnia drew na lipow ego, zoriento w anego tak, że w ystępujący w obiekcie fragm ent
rdze-N ) N> sO sO N>
2. L okalizacja skan ów w ykonan ych w trakcie badań tom ograficznych: pierw szego — ( 7 3 .0 1 - 7 3 .1 8 , 6 9 .0 2 - 6 9 .1 3 , 7 1 .0 1 -7 1 .1 7 , 7 4 .0 1 - 7 4 .3 9 )
i drugiego — (2 9 4 .0 1 , 2 9 2 .0 3 - 0 9 , 6 1 2 .1 0 )
2. L ocalization o f scans perform ed during tom ographic exam ination: first — (7 3 .0 1 -7 3 .1 8 , 6 9 .0 2 - 6 8 .1 3 , 7 1 .0 1 -7 1 .1 7 , 7 4 .0 1 -3 9 ) and second — (2 9 4 .0 1 , 2 9 2 .0 3 - 0 9 , 6 1 2 .1 0 )
15. R. W. Aniol, Tree ring analyzis using CATRAS, „D endrochro n ologia”, 1 9 8 3 , 1, s. 4 5 - 5 3 .
16. W yniki tych badań — zdjęcia i opisy — zostały zamieszczone w dokumentacji konserwatorskiej pt. Rzeźba drewniana polichro
3. Skan 0 7 4 - 0 2 (1 8 x 1 4 ,5 cm). O b iek t przed konserwacją. W zdłu ż zazn aczon ej na przekroju prostej w yzn aczon a została, przedstaw ion a obok, k rzyw a zm ian gęstości
3. Scan 0 7 4 .0 2 . O b ject prior to conservation. A long the straight line
m arked along the cross section — the curve o f den sity changes, presen ted alongside. The la tter served fo r determ ining the sta te o f the behaviour o f the w o o d an d for describing the effects o f the operation an d its intensification
nia znalazł się pośrodku frontow ej, najbardziej w ysta jącej części rzeźby (skany 6 9 .1 1 -1 3 ). Zdjęcia tom ogra- ficzne ukazały też szczegóły konstrukcyjne później szych, drew nianych uzupełnień obiektu, w yraźnie w i docznych na zdjęciach nie tylko dzięki czytelnym , os trym kraw ędziom , odm iennem u układow i słojów czy w ystępow aniu pustek na styku z oryginałem , ale także dzięki znacznie wyższej gęstości lepiej zachow anego, późniejszego m ateriału, m im o że zostały w ykonane z tego sam ego gatunku drew na.
Z licznych w obiekcie elem entów m etalow ych to m ografia ujaw niła tylko jeden — duży żelazny gwóźdź tkw iący w odw rociu rzeźby. N atom iast żaden z licz nych, drobnych, w bitych w pow ierzchnię rzeźby gw oździ żelaznych o średnicy około 1 mm i długości kilku m m, w idocznych na klasycznych zdjęciach ren tgenow skich, nie dał zauw ażalnego śladu na obrazie tom ograficznym . P raw dopodobne jest że żaden z cien kich skanów pierwszej serii nie natrafił na gwóźdź, zaś na skanach drugiej serii, o grubości 10 m m, obraz cienkich gwoździ uległ rozproszeniu. M ożliw e też, że obraz gwoździ zlał się z obrazem polichrom ii.
W arstwy m alarskie w ystąpiły wyraźnie w postaci jednolitego pasm a o wysokiej gęstości, w którym nie m ożna rozróżnić zapraw y od leżących na niej p o lich ro mii czy złoceń. N a podstaw ie zdjęć m ożna oznaczyć lokalną grubość polichrom ii, a także stw ierdzić obec ność w lew ów w tórnej zapraw y w o tw arte korytarze ow adów. N atom iast płaty p łótna leżące w wielu miej scach pod w tó rn ą zapraw ą nie dały w łasnego obrazu
4. Skan 0 7 1 -0 1 (1 0 ,5 x 8 ,7 cm ). W idoczna silnie zaatakow ana przez o w a d y trójkątn a strefa w środkow ej części rzeźby. W strefie przyrdze- n iow ej rozlegle, u łożon e koncentrycznie ubytki. W najbardziej w y s tającym fragmencie tej strefy fragment drewna o podw yższonej gęstości. N a licu jest on w id o czn y w postaci sęka. Polichromia, w części środkow ej leży na pow ierzchn i obiektu długim i, ró w n ym i fragm en tam i, bez w le w ó w w u bytki, co w skazu je że leży ona na płótn ie 4. Scan 0 7 1 .0 1 . A clearly visible triangular sphere in the central part o f the statu e, seriously a tta ck ed b y insects, w ith sides restricted by radial lines. A considerable part is com pletely covered with filled insect canals. The duramen sphere discloses extensive concentrically arranged damage. The m ost protruding part o f this sphere contains a fragm ent o f w o o d w ith higher d en sity, visible on the face in the form o f a knot. Apart from the area o f largest dam age, the w o o d appears to be rather w e ll preserved. In the central part — long equal fragm ents o f the p o lych ro m y lie on the surface o f the object, w ith o u t infusion into the visible gaps, which m eans th at p o lych ro m y rem ains on the canvas
tom ograficznego. Ich obecności m ożna się domyślać w m iejscach, gdzie w tó rn a zapraw a, leżąc bezpośred nio nad otw artym i pustkam i, nie w ypełniła ich.
Stan zachow ania obiektu
N a obraz stanu zachow ania drew na składają się następujące w idoczne na tom ogram ach elementy: — puste korytarze ow ad ó w w ystępujące w postaci
kontrastow ych, ow alnych plam o średnicy 1-3 mm i ich zgrupow ań,
— pęknięcia, w zdłuż których nastąpiło rozsunięcie się drew na i pow stała pustka w ew nętrzna,
— korytarze ow adów w ypełnione odchodam i w idocz ne w postaci pojedynczych, ow alnych plam o obni żonej gęstości i ich zgrupow ań,
— obniżenie gęstości d rew na p roporcjonalne do sto p nia jego rozkładu.
Co istotne, technika tom ografii kom puterow ej p o zwala nie tylko stw ierdzić obecność takich uszkodzeń, ale też dostarcza dokładnych danych o ich ilości, loka lizacji i rozkładzie, pozw alając określić strefy najsilniej zniszczone oraz najbardziej zagrożone.
5. Skan 0 7 1 - 0 6 (1 0 ,Sx 8 ,7 cm ). W idoczne liczne, w tórn e elem en ty
konstrukcyjne. M e ta lo w y ćw iek(10;5), kolek m ocujący (S;3), jeden du ży oraz kilka m niejszych flek ó w (17;7 i 1S;6). D rew n o oryginału bardzo silnie zn iszczon e przez ow ady. K anały w ypełnion e układają się w obrębie drew na wczesnego w ielu kolejnych p rzyrostów , na całej ich długości, grupują się też w zd łu ż linii prom ien iow ych . K anały pu ste tw o rzą rozlegle, podłu żn e u b ytk i w ew nętrzne. Prawie całkow icie zniszczona jest też ręka D zieciątka (1 3 ;13). W arstw a za p ra w y nierów na z liczn ym i w lew a m i
S. Scan 0 7 1 - 0 6 . The blurred shape w ith very high den sity in the central part o f th e lift is a picture o f a m eta l elem ent. Also visible — an ou tlin e o f one o f the pegs (S;3) and an area m ore a tta ck ed b y the insects (12;5). O ver the m ain lift — visible tw o sm aller su pplem en tary elem en ts (1 7 ;7 a n d 15;6). The w o o d o f the original is seriously dam aged b y insects. Filled canals are arranged w ith in the range o f the early w o o d o f m an y successive rings, an d along their entire length. They also create a configuration along the radial lines. E m p ty canals, both along the radial lines a n d along the course o f the rings, create extensive, elongated inner gaps, chiefly in the central part o f the statue. The hand o f the Infant Jesus is also alm o st to ta lly d estroyed (1 3 ,1 3 ). The layer o f the m ortar is uneven, w ith num erous infusions
W badanym obiekcie dały się zaobserw ow ać te n dencje do grupow ania się korytarzy ow adów w pew ne charakterystyczne, niekiedy bardzo regularne stru k tu ry, w śród których m ożna wyróżnić:
— zgrupow ania wielu rów noległych korytarzy biegną cych stycznie do pow ierzchni obiektu, pierw otnie tuż pod w arstw ą polichrom ii, będące przyczyną znacznych ubytków pow ierzchni rzeźby,
— nieregularne zgrupow ania pustych lub w ypełnio nych korytarzy, tw orzące w ew nątrz obiektu strefy o obniżonej gęstości drew na,
— zgrupow ania korytarzy w obrębie w ybranego przy rostu rocznego; d rew n o wczesne w yróżnionego pierścienia zostaje praw ie całkow icie zniszczone przez rów noległe lub naw et zachodzące na siebie kolejne korytarze,
— zgrupow ania leżące w płaszczyźnie prom ieniow ej, w postaci szeregu rów noległych korytarzy biegną cych w drew nie wczesnym kolejnych sąsiadujących pierścieni.
6. Skan 0 7 1 - 0 9 (1 0 ,5 x 8 ,7 cm ). W idoczny fragm ent kolka
m ocującego oraz jego gniazda w drew nie oryginału (5;3). W obrębie figury M arii kan ały w yp ełn io n e układają się w drewnie w czesnym kolejnych p rzyro stó w , na całej ich długości. K an ały puste grupują się w obrębie poszczególnych p rzyro stó w , układając się jednocześnie w zd łu ż linii prom ieniow ych. Jedna z nich tw o r zy praw ie całkow icie zniszczoną p łaszczyzn ę biegnącą w poprzek całej figury
6. Scan 0 7 1 - 0 9 . Several insect canals w ith in the range o f the lift. To the left, a visible fragm ent o f a peg and its nest in the w o o d o f the original. In the figure o f the H o ly Virgin M ary the filled canals are arranged w ithin the early w o o d o f successive rings, along their entire length. The e m p ty canals are grou ped w ith in particular rings, a t the sam e tim e arranged along the radial lines. O n e o f the la tter creates an a lm o st c o m p letely dam aged plane running across the w hole figure, a t the sam e tim e delineating the inner boundary o f the e m p ty canals
Dwa ostatnie typy zgrupow ań prow adzą do p o w sta nia silnie lub całkowicie zniszczonych płaszczyzn w ob rębie stosunkow o zdrow ego drew na. Pod w pływ em naprężeń m ogą one następnie pow odow ać p o w staw a nie pęknięć. Zjawisko takie wystąpiło w badanym obiek cie (skany 7 1 .9 -1 5 ). Ż adnego z w ym ienionych uszko dzeń nie udało się zidentyfikow ać na zwykłych zdję ciach rentgenow skich, z wyjątkiem otw artych k o ry ta rzy biegnących stycznie do pow ierzchni i w y p ełn io nych w tó rn ą zapraw ą. N atom iast uzyskane dane o ro z kładzie stref najsilniejszego zniszczenia potw ierdziły, że późniejsze uzupełnienia ubytków rzeźby w ykonano w częściach najsilniej zniszczonych przez owady.
N a obrazie prezentującym najdłuższą sekwencję pierścieni przyrostów rocznych (skan 0 7 4 -0 2 ) w ybra no optym alną prostą i otrzym ano krzywą densytom e- tryczną w zdłuż tej prostej. W założeniu krzywa ta m ia ła służyć do określenia skuteczności im pregnacji, jed nak zaw arte w niej dane m ożna rów nież interpretow ać jako inform acje o stanie zachow ania drew na.
Uzyskany na tom ogram ie 0 7 4 -0 2 obraz stru k tu ry drew na przedstaw ia czytelnie jego budow ę anatom icz ną i m ożna uznać, iż rozdzielczość obrazu była w tym w ypadku wystarczająca. E kstrem a krzywej pow inny
Tabela 1 Wsp. liniowy osłabienia prom . rtg. [jH] Rdzeń Strefa przyrdzeniow a Strefa zew nętrzna U szkodzenia w ew nętrzne D rew no w spółczesne drew n o wczesne -4 9 0 - 6 8 0 /- 6 9 0 -5 9 0 /- 6 3 0 - 7 1 0 /- 7 9 0 - 5 3 0 /-6 0 0 dre w n o późne — - 6 2 0 /- 6 5 0 -5 0 5 /- 5 5 0 — -4 1 0 /- 4 8 0 Tabela 2
W zrost gęstości drew na obiektu zabytkow ego w w yniku im pregnacji 2 0 % roztw orem Paraloidu В 72 w ksylenie, po o d p aro w an iu rozpuszczalnika
D rew no zdrow e — d rew n o wczesne — d rew n o późne
30-h50 j. H ., średnio 45 j. H. 30-t-HO j. H., średnio 60 j. H.
D rew no zniszczone średnio w miejscach dobrze przesyconych ok. 100 j. H.
więc w iernie przedstaw iać położenie granic p rzyro stów rocznych. W ykres w niektórych fragm entach przybiera w yraźnie periodyczny, regularny przebieg. W artości kolejnych m aksim ów i m inim ów w tych frag m entach są do siebie zbliżone, zaś odstępy między nimi są mniej więcej stałe. N a tom ogram ie o d pow iada tym fragm entom w ykresu wyraźny obraz struktury a n a to micznej drew na. N atom iast nieregularnym fragm en tom w ykresu odpow iadają strefy o zatartej strukturze drew n a, uszkodzonego przez czynniki biologiczne. W rejonach tych zanika szereg ekstrem ów , w ystępuje pogłębienie m inim ów spow odow ane niszczeniem przez ow ady przede wszystkim drew na w czesnego oraz o b niżenie maksimów. To ostatnie m oże być jednak spo w odow ane zm niejszeniem szerokości pasm drew na późnego na skutek żerow ania owadów, a niekoniecz nie obniżeniem gęstości zachow anych jego fragm en tów. G łębokie m inim a, wybiegające znacznie poniżej gęstości drew na w czesnego, odpow iadają słabo w ypeł nionym obszarom uszkodzonym . W artości ekstrem ów odpow iadających dobrze zachow anym przyrostom drew na są zbliżone. W yraźnie niższą gęstość wykazuje d rew n o w strefie przyrdzeniow ej, w prom ieniu około 4 cm od rdzenia (Tabela 1).
O ceny stanu zachow ania drew na m ożna więc d o k o nać zarów no na podstaw ie zm ian jego gęstości, jak i samego kształtu krzywej rozkładu gęstości.
17. Szczegółow y opis zabiegu przedstawiony jest w dokumentacji konserwatorskiej (nr inw. ASP 274).
18. Masa początkow a obiektu w ynosiła 4 7 6 8 g, masa końcow a, określona po 4 miesiącach odparow yw ania, wyniosła 6 1 7 3 g.
Badanie rezultatów zabiegu im pregnacji strukturalnej obiektu zabytkowego
Zniszczone d rew n o obiektu zabytkow ego zaim pre g n o w an o 20% roztw orem Paraloidu В 72 w ksylenie. Im pregnację przep ro w ad zo n o w foliowej kom orze próżniow ej, przy ciśnieniu ok. 70 mm H g 17. W tra k cie zabiegu obiekt pochłonął około 6 d m 7 roztw oru im pregnatu. Po o d p aro w an iu rozpuszczalnika masa ob iek tu w zrosła o 1405 g, czyli o 2 9 ,5 % masy począ tk o w e j18. O ceny ilości oraz rozm ieszczenia tw orzyw a w strukturze rzeźby d o k o n an o w oparciu o zestaw ie nie krzywych densytom etrycznych w yznaczonych dla tych samych prostych przed zabiegiem impregnacji oraz po zakończeniu odparow yw ania rozpuszczalnika19.
Porów nanie krzywych potw ierdza, że bryła obiektu została przesycona im pregnatem w całej swej objęto ści. W yraźnie w idoczna jest różnica w sposobie i stop niu osadzania się tw orzyw a w drew nie zdrow ym (re gularna, lewa część krzywej odpow iadająca dobrze zachow anem u d rew nu w zew nętrznej części rzeźby) i w silnie zniszczonym drew nie części w ew nętrznej, przyrdzeniow ej (środkow a i praw a część krzywej — Tabela 2).
W drew nie zdrow ym nastąpiło dosyć rów nom ierne osadzenie się tw orzyw a, zarów no w drew nie wczes nym , jak i późnym . W zrost gęstości był wyższy w
pa-19. Zam ierzano przeprowadzić pomiary na kilku wybranych przek rojach obiektu, jednak na skutek utraty danych w archiwum tom o grafu m ożliw e było przeprow adzenie tylko jednej serii pom iarów, w oparciu o pojedynczą krzywą zarejestrowaną w trakcie wstępnych badań na błonie fotograficznej.
Tabela 3
Średnia gęstość drew na oceniana na podstaw ie
w ykresów gęstości
Stopień pokrycia lica polichrom ią
Średnia gęstość drew na po im pregnacji i o d p aro w an iu
rozpuszczalnika Rzeźba „Król Kazimierz
W ielki” z m uzeum UJ - 7 0 0 j. H. bliski 100% - 4 0 0 * - 5 0 0 j.H . Rzeźba „M ad o n n a z D zieciątkiem ”,
nr inw. ASP 274 - 6 0 0 j.H . ok. 30% - 5 0 0 j.H .
sm ach drew na późnego. M oże to w skazywać, że w drew nie późnym , gdzie średnice k om órek są m niej sze, zaś udział masy drzew nej większy niż w paśm ie drew na w czesnego, szybciej nastąpiło zablokow anie migracji tw orzyw a. Jednocześnie wskazuje to na b ar dzo dobre przesycenie tego obszaru roztw orem im p re gnującym.
W drew nie zniszczonym rozkład tw orzyw a jest b ar dzo nierów nom ierny. W miejscach, w których gęstość drew na była bardzo obniżona, odpow iadających słabo w ypełnionym ubytkom w ew nętrznym , nastąpił jedy nie niewielki w zrost gęstości, rzędu О-кЗО j. H . W m iej scach tych zabrakło zapew ne struktury, na której m o głoby nastąpić osadzenie się tw orzyw a.
W pozostałych obszarach drew na zniszczonego, za w ierających zarów no zachow ane fragm enty drew na, jak i w ypełnione korytarze owadów, nastąpił w yraźny i dosyć rów nom ierny w zrost gęstości, średnio o około 100 j. H ., przy czym średni lokalny w zrost gęstości jest tym większy im niższa była p ierw otna gęstość m ateria łu. Z nacznie większy udział tw orzyw a w drew nie zni szczonym jest zjawiskiem pozytyw nym .
W badanym obiekcie, obok stru k tu ry anatom icznej drew na, największy w pływ na udział i sposób rozm ie szczenia tw orzyw a w drew nie ma stan zachow ania sa m ego drew na.
O ceniając efekty im pregnacji należy mieć na uw a dze, że przy zastosow aniu jako im pregnatu 20% roz tw o ru Paraloidu В 72, pom ijając migrację tw orzyw a oraz objętość zajętą przez masę drzew ną, przy całko w itym przesyceniu stru k tu ry drew na, m aksym alny w zrost gęstości pochodzący od tw orzyw a nie może przekraczać około 170 j. H .20 Po uw zględnieniu nie dostępnej dla roztw oru impregnującego i niestety tru d nej do oszacow ania w drew nie zabytkow ym objętości masy drzew nej, w ielkość ta będzie jeszcze mniejsza.
M ożliw ość p o rów nania uzyskanych efektów im p re gnacji obiektu zabytkow ego ze stopniem nasycenia
20. O szacow ania dokonano w oparciu o założenie liniow ości skali gęstości w zakresie od - 1 0 0 0 do ok. + 2 0 0 j.H. — zob. M . Pa ciorek, Badania w ybranych tw o r zy w ... Ponadto przyjęto określone w badaniach w łasnych wartości charakterystyczne dla stałego
rzeźby badanej przez M . Paciorka21 jest ograniczona zarów no ze względu na różnice w budow ie i stanie zachow ania obu obiektów , jak i różnice w przyjętych sposobach opisu w yników (Tabela 3).
W rzeźbie krakow skiej p ierw o tn a średnia gęstość drew na, oceniana na podstaw ie histogram ów , jest niż sza o około 100 j. H . Ponadto stopień zachow ania polichrom ii na licu obiektu bliski' 100% oraz w ypeł nienie większości ubytków musiały w yw rzeć w pływ na k ierunek i tem p o odparow yw ania rozpuszczalnika. N ato m iast użycie tych samych m ateriałów oraz zasto sow anie podobnej techniki i procedury zabiegu i taki sam czas odparow yw ania pow inny zapew nić rzetel ność p o rów nania wyników. M ożliw ość po ró w n an ia jest jednak znacznie zm niejszona ze w zględu na o g ra niczenie opisu w yników do określenia w zrostu gęstości d rew na po przesyceniu roztw orem im pregnującym . N atom iast w zrost gęstości drew na po o d p aro w an iu rozpuszczalnika, pochodzący od sam ego tw orzyw a, został jedynie opisany jako p ro p o rcjo n aln y do osiąg niętego stanu nasycenia rzeźby roztw orem im p reg n u jącym. Przedstaw ionego w tabeli p o ró w n an ia efektów im pregnacji m ożna więc było dokonać jedynie na p o d staw ie załączonych wykresów.
Wydaje się, że osiągnięty stopień nasycenia drew na tw orzyw em w zm acniającym jest zbliżony w obydw u obiektach. N atom iast osiągnięte w w ypadku rzeźby M ad o n n a z D zieciątkiem znacznie bardzej ró w n o m ierne przesycenie bryły obiektu roztw orem im p re gnującym oraz jego pełniejsze i rów n o m iern e o d p a ro w anie m ożna przypisać znacznym ubytkom p o lich ro mii oraz gąbczastej strukturze silnie zniszczonego drew na z licznymi otw artym i ubytkam i.
Problem y z porów naniem w yników badań w skazu ją, że należy w ypracow ać i przyjąć jedną w spólną m e to d ę opisu efektów im pregnacji. Ponieważ zasadnicze znaczenie ma osiągnięty udział i rozkład sam ego tw o rzywa we w zm acnianym drew nie, to on pow inien być
Paraloidu В 72: gęstość = 1 ,1 4g/d m 3 oraz liniow y wsp. osłabienia prom. rtg. = + 5 0 j.H .[cm -1].
przede wszystkim prezentow any. W zrost gęstości w w yniku nasycenia drew na roztw orem im pregnują cym, m im o że bardziej efektowny, jest w ielkością d ru gorzędną, choć niesie też ze sobą w ażne inform acje pozw alające na ocenę skuteczności zastosow anej tech niki nasycania oraz migracji tw orzyw a w procesie o d parow yw ania.
Badania dendrochronologiczne
W yniki uzyskane w trakcie badań drew na dębu w skazują na możliwość uzyskiw ania tą m etodą w a rto ściow ych danych z punktu w idzenia d en d ro c h ro n o lo gii. Teoretyczna m aksym alna rozdzielczość użytej ap a ratury jest w praw dzie niższa niż przeciętnych aparatów optycznych, w ykonujących pom iary z dokładnością 0,05 m m , jednak otrzym yw ane profile pochłaniania p ro m ien io w an ia były wystarczająco dokładne, aby przedstaw ić szczegóły budow y w ew nętrznej drew na o w ielkości rzędu 0,5 m m, co pow inno um ożliwić identyfikację wszystkich, naw et najwęższych p rzyro stów w badanych próbkach. C zytelność otrzym anych obrazów tom ograficznych jest natom iast zbyt niska.
Jedynie fragm enty szerokosłoiste, o szerokości przyrostów powyżej 1 mm i w ysokim kontraście gęs tości między drew nem wczesnym a późnym , dają d o statecznie w yraźny obraz, um ożliwiający ich identyfi kację i pom iar bezpośrednio na tom ogram ie. Frag m enty zawierające wąskie przyrosty, w których różnice gęstości między drew nem wczesnym a późnym są kil kak ro tn ie mniejsze, dają obraz znacznie mniej k o n tra stowy, na którym gęsto rozm ieszczone granice przyro stów ulegają zatarciu.
K ontrastow ość obrazu m ożna w pew nym zakresie popraw ić optym alnie dobierając jego rozpiętość to n al ną dla każdej próbki lub jej fragm entu. Nie stanow iło by to problem u przy sw obodnym dostępie do pełnego cyfrow ego zapisu w yników badania i o p ro g ram o w a nia do jego obróbki, jednak obecnie jedyną dostępną na zew nątrz form ą zapisu w yników są fotogram y o b razu na m onitorze.
Do w ykonania p om iarów dendrochronologicznych szerokosłoistego drew na dębu o szerokości przyro stów rzędu 2 mm wystarczają tom ogram y w ykonane w oparciu o stan d ard o w ą m atrycę 256 x 256 p u n któw. Umożliwiają one w ykonanie p om iarów zarów no na krzywej absorpcji prom ieniow ania, jak i bezpośred nio na obrazie tom ograficznym .
Do efektyw nego zbadania próbek drew na wąsko- sloistego konieczne jest zastosow anie m atrycy w yso kiej rozdzielczości 512 x 512 p u n k tó w i zmniejszenie pola badania do m inim um , co pozw ala osiągnąć te o retyczną rozdzielczość ok o ło 0,1 mm. O trzym ane w ten sposób obrazy tom ograficzne okazały się jednak zbyt mało kontrastow e i w efekcie nieczytelne, co
7. Skan 0 7 1 - 1 4 (1 0 ,Sx 8 ,7 cm ). W tylnej części rzeźby pęknięcie
całkow icie oddzielające fragm ent drew na o d jej korpusu. Jest ono kontynuacją p ro m ien io w eg o zgrupow ania pustych kanałów w id o cznego ju ż o d skanu 7 1 -0 1 . W szczelinę p o m ięd zy d u żym flekiem a drew nem oryginału w ciśnięte d w a m ale, leżące na sobie kliny drewniane (12;S). P onadto w ięk szy klocek drewna w ypełnia trójkątn e w ycięcie u k ryte p o d flekiem (8;4)
7. Scan 0 7 1 .1 4 . E m p ty canals create row s o f single w idth, arranged along the rings o r radial lines. In the back part o f the statu e - a fissure which co m p letely separates the fragm ent o f the w o o d from its corps,and is a co n tin u a tio n o f a radial grouping o f e m p ty canals, seen already in scan 7 1 .0 1 . T w o sm all, w ooden wedges, one on to p o f the other, are pressed in to the fissure betw een the large lift and the w o o d o f the original (1 2 ,5 ). Furtherm ore, a larger block o f w o o d fills the triangular cleft con cealed under the lift (8.4)
8. W zrost gęstości drew n a o biektu za b y tk o w eg o w efekcie impregnacji roztw orem Paraloidu В 72 po odparow aniu rozpuszczalnika 8. Increase o f w o o d den sity o f the historical object due to impregnation w ith a solu tion o f P araloid В 72, after the evaporation o f the solvent
uniem ożliw iło w ykonanie pom iarów bezpośrednio na tom ogram ach. N a zdjęciach tych skala kontrastu nie została jednak d o b ran a w sposób optymalny.
N ato m iast otrzym ane w tych badaniach profile ab- sorbcji p ro m ien io w an ia w ydają się przedstaw iać w e w nętrzną stru k tu rę d rew n a z dokładnością w ystarcza jącą dla p o trzeb p o m iaró w dendrochronologicznych. N a ich kształt, o p ró cz ułożonych na przem ian pasm
Tabela 4
Próbka drew na
Z akres w artości gęstości tom ograficznych (pierwsze dwie liczby opisują przeciętny zakres
gęstości typow y dla zdrow ego drew na danej próbki, liczby w nawiasie podają zakres gęstości
obejm ujący w artości ekstrem alne) Buk, drew no zabytkow e X V II-X V III w., p róbka 1 -3 0 0 - 4 6 0 (-2 7 0 - -4 9 0 ) j. H. Buk, drew no zabytkow e X V II-X V III w., p róbka 2 - 3 6 0 - -5 4 0 (-3 4O h - -5 7 0 ) j. H .
Lipa, drew no w spółczesne -4 1 0 - - 6 5 0 j. H.
Lipa, drew no zabytkow e XV w. - 5 2 0 - -6 4 0 (-5 0O h - -7 9 0 ) j. H.
Dąb szerokosłoisty, drew no współczesne. Odczyt wzdłuż dwu różnych prostych w obrębie tej samej próbki
A: - 2 0 0 h - -3 9 0 (-1 4 0 h - 430) j. H.
B: -2 0 0 h - -4^30 (-1 4 0 h - 4 6 0 ) j . H.
Dąb szerokosłoisty z pasm em wąskich przyrostów , drew no współczesne. Odczyt w obrębie drew na szerokosłoistego — A i w ąskosłoistego — В
A: - 1 8 0 - - 3 8 0 (-1 3 0 - 4 8 0 ) B: - 3 3 0 - - 5 0 0 (-2 9 0 - -5 6 0 ) j. H. Dąb czarny, wąskosłoisty, d rew n o subfosylne, ok. 1000 lat 4 9 0 - - 5 9 0 ( 4 9 0 - -6 3 0 ) j. H. Sosna, drew no w spółczesne. O dczyt w zdłuż trzech różnych
prostych w obrębie tej samej próbki
C: - 3 7 0 - -6 4 0 j. H. D: - 3 5 0 - - 7 1 0 j. H. E: -3 5 0 - - 6 1 0 j. H.
drew na wczesnego i późnego, w płynęły też jednak in ne elem enty anatom iczne w ystępujące w drew nie d ę bu, np. prom ienie rdzeniow e. Popraw ne rozpoznanie granic przyrostów na tych krzywych jest więc znacznie u tru d n io n e. W w ypadku analizy pojedynczych profili jest to kw estia daleko posuniętej dow olności in te rp re tacji. Rozwiązaniem m oże być w tym w ypadku analiza porów naw cza większej liczby krzywych uzyskanych dla tej samej próbki w zdłuż różnych prostych. Bardzo pom ocne byłoby też po ró w n an ie z dostatecznie czytel nym obrazem tom ograficznym , um ożliw iającym an a lizę na całej pow ierzchni przekroju, a nie tylko w zdłuż pojedynczej, wybranej przypadkow o prostej.
W w ypadku próbek drew na w spółczesnego najlep sze efekty uzyskiw ano przy pom iarach odległości m ię dzy m inim am i krzywej absorbcji. Jednak w w ypadku badania drew na dębu czarnego, subfosylnego, którego wiek oceniono na ok o ło 1000 lat, znacznie lepsze efekty dał pom iar odległości m iędzy m aksim am i. Wskazuje to, że w w ypadku badań starego, zniszczo nego drew na także ta m etoda pom iaru m oże d o sta r czyć w artościow ych inform acji.
Szacując teoretycznie m inim alną szerokość m ożli w ego do zaobserw ow ania i zm ierzenia przyrostu drew na dębu należy założyć, iż do jego praw idłow ego
2 2. P. Preuss, K. Christensen, К. Peters, op. cit.
rozpoznania niezbędne jest rozróżnienie pasm d rew n a w czesnego i późnego. O znacza to , że w szerokości przyrostu muszą mieścić się co najmniej dwa p u n k ty m acierzy rekonstrukcji obrazu. W w ypadku użytej w tych badaniach ap aratury oznaczałoby to m ożliw ość zm ierzenia wszystkich przyrostów o szerokości p o w y żej 0,2 m m. W śród badanych próbek drew na dębu szerokość najwęższych przyrostów w ynosiła 0,5 m m .
Jed n ak już badania przeprow adzone w D anii w r. 1 98422 wykazały, że w przypadku drew na dębu m inim alnej szerokości m ożliwych do zm ierzenia przy rostów nie m ożna określić w sposób jednoznaczny.
W p o ró w n an iu z tymi — najpełniejszymi z d o ty ch czas opublikow anych — w ynikam i badań w tej dzie dzinie należy odn o to w ać dalszy znaczący postęp w za kresie jakości wyników, dotyczący głów nie w zrostu rozdzielczości liniow ej, co daje w efekcie m ożliw ość rozpoznania i zm ierzenia znacznie węższych p rzy ro stów. W ydaje się, że pom iar wszystkich opisanych w tej publikacji próbek, w których najwęższe z w ystępują cych przyrostów miały około 0,3 mm szerokości, leży już w zakresie możliwości użytej w obecnych b ad a niach aparatury. Ponadto wydaje się, że w ykonyw anie pom iarów na krzywych absorbcji prom ieniow ania re n tgenow skiego, w przeciw ieństw ie do zastosow anej
przez duńskich naukow ców m etody pom iarów optycz nych bezpośrednio na obrazie tom ograficznym , p o zw ala na uzyskanie w artościow ych w yników także w tych w ypadkach, gdy otrzym any obraz tom ograficz- ny jest zbyt zatarty, by um ożliw ić praw idłow e ro z p o znanie struktury drew na. N atom iast m etoda p o m ia rów bezpośrednio na tom ogram ie, w w ypadku jego dostatecznej czytelności daje sw obodę w yboru lini p o m iaru, pozw ala na w ykonanie pom iarów w zdłuż ró ż nych prostych dla tej samej próbki i w efekcie pozw ala uniknąć zakłóceń pochodzących od uszkodzeń lub za burzeń struktury drew na.
W ykonano także badania tom ograficzne p ojedyn czych próbek kilku innych gatunków drew na. Z b a d a no jeden gatunek iglasty — sosnę zwyczajną (Pinus sylvestris L.) oraz dwa gatunki liściaste rozpierzchło- naczyniow e — buk (Fagus silvatica L.) i lipę (Tilia sp.). C echy budow y anatom icznej dw óch ostatnich g a tu n ków znacznie utrudniają w ykonanie pom iaró w dend- rochronologicznych m etodą tradycyjną, chodziło więc w tym w ypadku o stw ierdzenie m ożliwości w y kona nia takich pom iarów na podstaw ie w ykresu zm ian gęs tości drew na.
Uzyskana dla drew na sosny krzywa absorbcji zdaje się wskazywać, że gatunek ten, a także p ra w d o p o d o b nie inne gatunki iglaste, m oże się bardzo dobrze n ad a w ać do prow adzenia badań dendrochronologicznych m etodą CT-Х . Także krzywe otrzym ane dla gatunków liściastych rozpierzchłonaczyniow ych w ydają się d o statecznie zróżnicow ane, aby było m ożliw e na ich p o d staw ie w ykonanie pom iaró w d en d ro c h ro n o lo g ic z nych. W arunkiem osiągnięcia w artościow ych w yników jest jednak zastosow anie dostatecznie wysokiej ro z dzielczości liniowej.
Charakterystyki gęstości poszczególnych gatunków drewna
O trzym ane w badaniach tom ograficznych krzywe absorpcji prom ieniow ania rentgenow skiego, p ro p o r cjonalnej do lokalnej gęstości m ateriału próbek, w yko rzystano też do sporządzenia zestaw ienia zakresu i średnich wartości osłabienia dla poszczególnych ga tu n k ó w drew na.
W przedstaw ionej tabeli poszczególne próbki d rew na cechuje różny zakres osłabienia prom ieniow ania. N ależy jednak zauważyć, że naw et w obrębie tych sam ych próbek drew na istnieją pew ne różnice. P onad to przedstaw ione próbki należą do trzech, zdecydow a nie różniących się pod w zględem budow y anatom icz nej grup — iglastych, liściastych pierścieniow onaczy- niow ych oraz liściastych rozpierzchłonaczyniow ych.
23 . A. Beck, Original — Fälschung? Bildgebende Verfahren bei der
D iagnostik von K unstw erken, Konstanz 1990; K. M artius, C o m putertom ographie und ihr Einsatz in der D o k u m en ta tio n von
Mu-W idoczne między nim i różnice w zakresie osłabiania p ro m ieniow ania w w ypadku drzew należących do tej samej grupy m ogą być znacznie mniejsze. Przykładem m oże być tu zestaw ienie drew na buka i lipy.
O b o k przynależności gatunkow ej istotny w pływ na zakres gęstości tom ograficznej próbek wydaje się mieć p rzeciętna szerokość pierścieni. Szczególnie duży w pływ w yw iera ona w próbkach gatunków , u których w ystępuje znaczna różnica gęstości między drew nem wczesnym a późnym — u drzew iglastych i liściastych pierścieniow onaczyniow ych.
Trzeba też zauważyć, że w w ypadku badań, w k tó rych rozdzielczość obrazu tom ograficznego jest zbliżo na do wielkości badanych struktur, m oże następ o wać uśrednianie gęstości w poszczególnych punktach i w efekcie spłaszczenie krzywej absorpcji. Z decydo w anie największy w pływ na zakres gęstości to m o g ra ficznej danej próbki m a jej wiek i stan zachow ania drew na.
W ydaje się więc, że sugerow ana przez niektórych a u to ró w 23 m ożliw ość identyfikacji gatunku drew na na podstaw ie zakresu osłabiania prom ieniow ania rentge now skiego jego próbki jest m ało p raw dopodobna. Być m oże przy większym zasobie dośw iadczenia m ożna by się o to pokusić na podstaw ie zestaw ienia zakresu osła bienia danej próbki i jej dobrej jakości obrazu to m o graficznego.
D ane o zakresie osłabienia prom ieniow ania mogą się natom iast okazać przydatne do ilościowej oceny stanu zachow ania i w ytrzym ałości drew na zabytkow e go, a być m oże i innych jego cech fizycznych, takich jak zawilgocenie czy zasolenie.
Uwagi końcowe
M ożliw ość zastosow ania tej techniki w badaniach budow y i diagnostyce stanu zachow ania rzeźb d rew nianych polichrom ow anych oraz drew na zabytkow ego w ydaje się w św ietle przeprow adzonych prób oczywi sta. Jakość uzyskiw anych inform acji jest z punktu w i dzenia tego zakresu zastosow ań całkow icie w ystarcza jąca. Z astosow anie dostępnej aparatury medycznej do takich badań jest całkow icie możliwe i nie wymaga żadnych dodatkow ych przygotow ań.
Je d n ak interpretacja uzyskanych wyników, zw ła szcza w zakresie identyfikacji m ateriałów i określenia stanu ich zachow ania, m ogłaby być dużo pełniejsza w w ypadku dysponow ania odpow iednim m ateriałem porów naw czym . U zasadnioną potrzebą wydaje się więc opracow anie w zorcow ego zestawienia gęstości tom ograficznej poszczególnych m ateriałów oraz zd ro w ego, w spółczesnego drew na najważniejszych
gatun-sikinstrum enten, ’’Arbeitsblatter für Restauratoren” 1 9 9 2 , 1,
ków. Przydatna m ogłaby być też skala pozw alająca ocenić stopień ich destrukcji na podstaw ie obniżenia gęstości.
W badaniach drew nianych o biektów zabytkow ych uznano za całkow icie możliwe następujące zakresy zastosow ań:
1. określenie budow y technologicznej obiektów , obejm ujące:
— rozpoznanie pierw otnej konstrukcji obiektu, — rozpoznanie późniejszych zm ian, przeró b ek i u z u
pełnień w jej zakresie,
— określenie w ym iarów poszczególnych elem entów konstrukcji, w tym także w arstw technologicznych, takich jak np. w arstw a zaprawy,
— identyfikację poszczególnych m ateriałów i określe nie ich rozm ieszczenia w obiekcie,
— określenie cech technologicznych m ateriałów , ich jakości oraz ukrytych w ad,
— ocenę konstrukcji obiektu i użytych m ateriałów po d kątem jakości w ykonania, wiedzy technologicznej autora, czasu pow stania obiektu a także stanu za chow ania i przyczyn ew entualnych uszkodzeń; 2. określenie uszkodzeń i stanu zachow ania o biek tu, w tym:
— rozpoznanie obecności, lokalizacji i rozm iarów uszkodzeń m echanicznych, a także często określe nie przyczyn ich pow stania,
— określenie stanu zachow ania m ateriałów w oparciu o po ró w n an ie zm ian ich gęstości w stosunku do m ateriałów współczesnych,
— ocenę istniejących już uszkodzeń p o d kątem ich w pływ u na dalsze bezpieczeństw o obiektu, w skaza nie miejsc największego zagrożenia oraz przew idy w anie kolejnych m ożliwych zniszczeń.
M ożliw ość ilościow ego określenia rozkładu gęstości oraz — przez porów nanie w yników kolejnych badań — śledzenie jej zm ian w czasie czyni z tej techniki uniw ersalne narzędzie badawcze. Z akres m ożliw ych zastosow ań m oże obejm ow ać śledzenie procesów dy nam icznych i zmian zachodzących w obiekcie p o d w pływ em czynników zew nętrznych, takich jak: — zm iany kształtu pod w pływ em naprężeń, — migracja wilgoci lub innych substancji, — badania efektów zabiegów konserw atorskich.
Przeprow adzone badanie efektyw ności zabiegu im pregnacji próżniow ej obiektu zabytkow ego pozw ala stw ierdzić, że możliwości użytej a p aratu ry medycznej były zupełnie w ystarczające dla tego zakresu zastoso wań. Jednak w ysoka dokładność danych jest w znacz nej m ierze traco n a w w yniku jedynego dostępnego sposobu rejestracji i przenoszenia w yników badań w postaci fo to g ram ó w ekranu m o n ito ra zestaw u. M ożliw ość uzyskania zapisu w yników w postaci cyf rowej m acierzy rozkładu gęstości i przeniesienia ich do
innych dostępnych k o m p u teró w pozw oliłaby na za chow anie dokładności w yników oraz możliwości d a l szej ich obróbki i p orów nań. D ałoby to też m ożliw ość pełniejszej i dokładniejszej prezentacji w yników takich badań.
Próby zastosow ania rentgenow skiej tom ografii k o m puterow ej do pom iaró w i datow ania p ró b ek drew na m etodą dendroch ro n o lo g iczn ą nastręczają kil ka problem ów , jednak ich rodzaj m oże świadczyć o d o konującym się postępie w tej dziedzinie.
Decydującym problem em jest uzyskanie zad o w ala jącej rozdzielczości liniowej obrazu tom ograficznego. W ydaje się jednak że w spółczesne aparaty m edyczne (m odel użyty w tych badaniach pochodzi z 1989 r.) um ożliw iające uzyskanie rozdzielczości rzędu 0,1 m m , osiągają już granicę pozw alającą na efektyw ne zasto sow anie ich do w ykonania takich pom iarów .
N ow ym problem em jest opracow anie o d p o w ie d nich m etod pom iarów . W w ypadku pom iaru po jed y n czych krzywych rozpoznanie granic kolejnych p rz y ro stów na krzywej absorpcji, naw et dla nie uszkodzonego drew na w spółczesnego, jest często kw estią in te rp re ta cji. Dla uzyskania popraw nych w yników konieczna jest więc analiza porów naw cza co najm niej kilku krzywych absorpcji dla jednej próbki i stw orzenie na ich p o d sta wie krzywej w ypadkow ej, w olnej od lokalnych zak łó ceń, k tó ra byłaby podstaw ą do w ykonania pom iarów . Procedura taka wydaje się jeszcze bardziej uzasadniona w w ypadku drew na zabytkow ego, m ogącego zaw ierać liczne, rozlokow ane przypadkow o, uszkodzenia w e w nętrzne.
P rzeprow adzenie w pełni w artościow ych badań w tej dziedzinie oraz dalsze m ożliwości pracy w ym a gają znalezienia możliwości przeniesienia w yników b a dań tom ograficznych w postaci cyfrowej do pow sze chnie dostępnych system ów kom puterow ych. Czas d o stępu do konsoli ap aratury medycznej jest zbyt drogi i ograniczony, zaś jej m ożliwości zbyt wąsko w yspecja lizow ane, aby um ożliw ić sw obodną i w szechstronną analizę wyników. O becna m etoda rejestracji i p rzen o szenia w yników w postaci fotogram ów ekranu m o n i to ra pow oduje zbyt dużą u tratę dokładności danych i praktycznie pozbaw ia m ożliwości dalszego ich p rze tw arzania.
Sama p rocedura analizy i pom iaró w krzywych ab sorpcji jest bardzo pracochłonna. Wskazuje to na k o nieczność opracow ania m etod um ożliw iających a u to m atyczne w ykonanie takich pom iarów .
Podsum ow ując pow yższe w nioski m ożna stw ier dzić, że na obecnym etapie zasadniczym problem em staje się już nie kw estia m ożliw ości technicznych samej ap aratu ry i jej dokładności, lecz możliwość pełnego dostępu do w yników badań oraz ich dalszej obróbki. Rozwiązanie tego problem u jest jedyną m etodą zna czącej popraw y jakości w yników dostępnych b ezp o
