Un team multidisciplinare di ricercatori ha utilizzato la Tomografia Computerizzata a raggi X in combinazione con la Pair Distribution Function Analysis (ctPDF), una tecnica innovativa ma non inedita di Total Scattering per lo studio di materiali alla nanoscala, nel nostro caso sviluppata dalla Columbia University e dallo ESRF (European Synchrotron, di Grenoble) per affrontare i problemi di conservazione di una struttura in legno particolarmente complessa e fragile; il relitto della Mary Rose. Si tratta dell’ammiraglia della flotta di Enrico VIII che oggi è conservata nel Mary Rose Museum a Portsmouth, nel Regno Unito.
La struttura è minacciata dagli attacchi acidi dei composti contenenti zolfo che risiedono nel legno. Per sviluppare strategie di conservazione mirate era essenziale pervenire a una conoscenza dettagliata sia della natura chimica che dell'ubicazione di questi composti. Utilizzando il metodo messo a punto dagli studiosi è stato possibile realizzare una mappatura su scala millimetrica, ottenendo informazioni strutturali su scala atomica. Gli studiosi hanno così scoperto che all’interno dello scafo sono presenti concentrazioni significative di nanoparticelle (5 nm) depositate da batteri marini, nel legno in condizioni anaerobiche, precursori dell'attacco acido sul legno, potenzialmente molto dannose. Stanno infatti deteriorando la nave, affondata nella battaglia del canale di Solent nel 1545 e recuperata dai fondali del braccio di mare che separa l'Isola di Wight dalla terraferma, dove ha trascorso ben 437 anni, solamente nel 1982. Questo percorso conoscitivo fornisce una nuova comprensione dei processi di degrado, purtroppo molteplici, che può essere utilizzata per informare e progettare future strategie di conservazione.
La ricerca è in stampa sul prossimo numero di Matter Journal (Elsevier) ed è apparsa online il 27 Ottobre 2021 (https://doi.org/10.1016/j.matt.2021.09.026) con il titolo “Location and characterization of heterogeneous phases within Mary Rose wood”. Firmano l’articolo Kirsten M.Ø. Jensen, Esther Rani Aluri, Enrique Sanchez Perez, Gavin B.M. Vaughan, Marco Di Michel, Eleanor J. Schofield, Simon J.L. Billinge e Serena A. Cussen. Si tratta di ricercatori afferenti rispettivamente alle università di Copenhagen (Department of Chemistry), Sheffield (Department of Chemical and Biological Engineering e Department of Materials Science and Engineering), Columbia University - New York (Department of Applied Physics and Applied Mathematics) e all’ESR, al Naval Base di Portsmouth (Mary Rose Trust), al Brookhaven National Laboratory di Upton - NY (Condensed Matter Physics and Materials Science Department).
I ricercatori hanno esaminato la struttura dell’imbarcazione attraverso immagini a raggi X, ricostruendo la natura esatta dei materiali utilizzati per costruire la nave. Confrontando tra di loro le immagini ricavate pixel dopo pixel, gli scienziati hanno scoperto che il legno della nave Tudor nel corso dei secoli, come si è detto, era stato crivellato da nanoparticelle di solfuro di zinco, che hanno origine dal glicole polietilenico (PEG). Questa sostanza è stata impiegata per trattare la nave nel tentativo di favorire la sua conservazione. Tuttavia le molecole del PEG sono andate incontro a degradazione, trasformandosi in un acido che, aiutato dall’ossigeno e dai sottoprodotti dei batteri marini, sta corrodendo la nave.
L’idea di verificare ciò che stava succedendo è arrivata dai nanoscienziati dell’università di Sheffield, che hanno collaborato con il professor Simon Billinge. «Poter dare uno sguardo all’interno della storia della Mary Rose fino all’anno in cui è affondata è stato molto eccitante» ha dichiarato Billinge. «I depositi di solfuro di zinco provengono da batteri anaerobici che vivevano nel legno mentre la nave affondava – essenzialmente sono feci dei batteri. I nostri risultati sono stati come scavi archeologici in micro scala, attraverso i quali possiamo vedere come i batteri hanno colonizzato il legno e cosa hanno mangiato, attraverso lo studio della localizzazione e della composizione dei depositi».
Gli studi sugli effetti di queste nanoparticelle sulla nave e su come possono essere neutralizzate attraverso trattamenti mirati e specifici non si fermano e proseguono.
Con applicazioni certamente più ampie di quelle in archeologia e in conservazione, la ctPDF si è rivelata nel caso della Mary Rose una potente tecnica per identificare la struttura di policristallini, amorfi e nanomateriali presenti nel legno dello scafo, un campione archeologico altamente complesso ed eterogeneo. I risultati ottenuti, con informazioni ad altissima risoluzione sulla struttura e la posizione dei composti presenti nel legno, sono importanti e destinati ad avere un forte impatto per lo sviluppo di più appropriate ed efficaci tecnologie di conservazione, in particolare per la progettazione di trattamenti mirati a rimuovere i prodotti di degradazione e vettori come le nanostrutture a base di solfuro di ferro prima che si ossidino per formare acidi nocivi. Questo metodo ha dimostrato capacità di estrarre dettagli strutturali da sistemi eterogenei contenenti materiali sia disordinati che su scala nanometrica, cioè non limitati ai materiali cristallini. A riguardo Marco di Michiel, scienziato a capo del beamline ID15A presso l’ESRF, ha dichiarato: «Questa è la prima volta che abbiamo usato la tecnologia a raggi x insieme alla tomografia computerizzata per studiare campioni di reperti archeologici in nanoscala. Questo lavoro apre nuove porte nel campo della conservazione dei beni culturali. L'impatto che questi risultati avranno sui futuri sforzi di conservazione è notevole. La dimostrazione dell'applicazione di ctPDF ai campioni di legno dello scafo e la mappatura delle strutture dei materiali incorporati nel legno apre la possibilità di applicare queste stesse tecniche a una gamma di decine di migliaia di manufatti recuperati per determinare i processi di degrado specifici dei materiali e attuare ulteriori strategie di conservazione».
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Fonte:https://www.columbia.edu/
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