Geheimnisse mittelalterlicher Handwerker enthüllt in 3D-Scans von Silber- und Goldfolie | Wissenschaft | Nachrichten

Die Geheimnisse mittelalterlicher Handwerker wurden in der allerersten dreidimensionalen Analyse von Zwischgold gelüftet, einer Silber- und Goldfolie, die einst zur Vergoldung heiliger Figuren verwendet wurde. Als kostengünstiger Ersatz für reines Blattgold verwendet, bedeutet die Tatsache, dass Zwischgold eine silberne Basisschicht hat, dass die Goldoberflächenbeschichtung ultradünn sein kann – mehr als 2.300 Mal dünner als ein menschliches Haar. Die in der Schweiz durchgeführte Analyse hat dazu beigetragen, nicht nur aufzuzeigen, wie die Beschichtung im späten Mittelalter hergestellt wurde, sondern auch, wie sie in der Gegenwart am besten erhalten werden könnte.

Die Studie wurde von Beamline-Physiker Dr. Benjamin Watts vom Paul Scherrer Institut in der Schweiz und seinen Kollegen durchgeführt.

Er sagte: „Es ist unglaublich, wie jemand nur mit Handwerkzeugen ein solches Material im Nanomaßstab herstellen konnte.

„Obwohl Zwischgold im Mittelalter häufig verwendet wurde, war bisher sehr wenig über dieses Material bekannt.“

Bisherige Ansätze, Zwischgold unter dem Mikroskop zu analysieren, hatten nur einen zweidimensionalen Querschnitt des Materials geliefert – und dabei möglicherweise seine Struktur verändert.

Dr. Watts fügte hinzu: „Deshalb wollten wir Proben mit 3D-Technologie untersuchen, die extrem feine Details visualisieren kann.“

Proben von Zwischgold, die vom Team analysiert wurden, wurden zuerst von einem Altar aus dem 15. Jahrhundert entnommen – mit einer Darstellung der Jungfrau Maria und des Jesuskindes,

Der vermutlich um 1420 in Süddeutschland entstandene Altar stand einst in einer Bergkapelle auf der Alp Leiggern im Schweizer Kanton Wallis und ist heute in den Sammlungen des Schweizerischen Landesmuseums ausgestellt.

Eine winzige Probe von Zwishgold wurde aus einer Falte im Gewand der Jungfrau Maria entnommen.

Weitere Proben wurden vom Historischen Museum Basel von zwei Statuen in ihren Sammlungen zur Verfügung gestellt – eine des Heiligen Bischofs und die andere des Heiligen Nikolaus.

Um die Zwischgold-Proben zu untersuchen, setzten die Forscher eine fortschrittliche mikroskopische Bildgebungsmethode ein, die als ptychografische Tomographie bekannt ist und Röntgenstrahlen verwendet, die von der Swiss Light Source, einem Synchrotron in der Gemeinde Villigen, erzeugt werden.

Dr. Watts sagte: „Die Ptychographie ist eine ziemlich ausgeklügelte Methode, da es keine Objektivlinse gibt, die ein Bild direkt auf dem Detektor erzeugt.“

Stattdessen, erklärte er, erzeugt der Ansatz ein Beugungsmuster des beleuchteten Bereichs – ein Bild mit Punkten unterschiedlicher Intensität, das durch gestreutes Licht entsteht.

Der Physiker ergänzt: „Diese Beugungsmuster können wir dann wie eine Art riesiges Sudoku-Puzzle kombinieren und errechnen, wie das Originalbild aussah.“

Ptychografische Aufnahmen einer aus verschiedenen Richtungen aufgenommenen Probe lassen sich zu einem dreidimensionalen Bild kombinieren – und das ganz entscheidend mit einer Auflösung im Nanobereich.

Dr. Watts sagte: „Wir wussten, dass die Dicke der Zwishgold-Probe, die Mary entnommen wurde, in der Größenordnung von Hunderten von Nanometern lag – also mussten wir in der Lage sein, sogar Zunderdetails aufzudecken.“

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Der Ansatz erwies sich als perfekt für die anstehende Aufgabe, berichtete das Team.

Der Autor und Kunsthistoriker Dr. Qing Wu vom Kölner Institut für Konservierungswissenschaften sagte: „Die 3D-Bilder zeigen deutlich, wie dünn und gleichmäßig die Goldschicht über der silbernen Grundschicht liegt.“

Den Forschern zufolge profitierten mittelalterliche Handwerker von einer einzigartigen Eigenschaft von Gold- und Silberkristallen: Beim Zusammenpressen bleibt ihre Morphologie über den gesamten Metallfilm erhalten.

Dr. Wu fügte hinzu: „Viele Menschen waren davon ausgegangen, dass die Technologie im Mittelalter nicht besonders fortschrittlich war. Im Gegenteil – dies war nicht das Mittelalter, sondern eine Zeit, in der Metallurgie und Vergoldungstechniken unglaublich weit entwickelt waren.“

Leider, so der Experte, gebe es keine Aufzeichnungen darüber, wie Zwischhold damals genau hergestellt wurde. Sie sagte: „Wir gehen davon aus, dass die Handwerker ihr Rezept geheim gehalten haben.“

Die Kombination von Dokumenten aus späteren Perioden mit den Ergebnissen der ptychografischen Analyse hat es den Forschern jedoch ermöglicht, die im 15. Jahrhundert verwendete Methode zu bestimmen.

Erstens, erklärte Dr. Wu, wurden Gold und Silber separat gehämmert, um dünne Folien herzustellen – wobei ersteres erheblich dünner sein musste als letzteres.

Im nächsten Schritt wären die beiden Metallfolien gemeinsam bearbeitet worden.

Dr. Wu erklärte: „Hierfür waren spezielle Schlagwerkzeuge und Beutel mit verschiedenen Einsätzen aus unterschiedlichen Materialien erforderlich, in die die Folien eingelegt wurden.

„Unsere Untersuchung von Zwischgold-Proben ergab, dass die durchschnittliche Dicke der Goldschicht etwa 30 Nanometer betrug, während Goldblei, das im gleichen Zeitraum und in der gleichen Region produziert wurde, etwa 140 Nanometer dick war.“

Zum Vergleich: Das durchschnittliche menschliche Haar ist etwa 70.000 Nanometer dick.

Dr. Wu fuhr fort: „Diese Methode sparte Gold, das viel teurer war.“

Die Experten erklärten, dass die Handwerker des 15. Jahrhunderts eine strenge Materialhierarchie hatten. Zum Beispiel wurde bei einer Figur Blattgold verwendet, um den Heiligenschein zu färben, während das billigere und weniger glänzende Zwischgold verwendet wurde, um das Gewand zu vervollständigen.

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Die ptychografischen Bilder, die das Team machte, heben jedoch einen Nachteil der Verwendung von Zwischgold hervor – das Potenzial für das Silber, durch die Goldschicht zu dringen und sie zu bedecken, ein Prozess, der selbst bei Raumtemperatur schnell ablaufen kann und das Gold in Tagen überzieht .

Wenn das Silber dann mit Wasser und Schwefel in der Luft in Kontakt kommt, korrodiert es.

Dr. Watts erklärt: „Dadurch verfärbt sich die Goldoberfläche des Zwischgold mit der Zeit schwarz.

„Das Einzige, was man dagegen tun kann, ist, die Oberfläche mit einem Lack zu versiegeln, damit der Schwefel das Silber nicht angreift und Silbersulfid bildet.“

Tatsächlich kannten die Handwerker des Mittelalters diese Lösung wohl, denn sie verwendeten Harze, Klebstoffe und andere organische Substanzen, um die Oberfläche ihrer Zwischgold-Werke zu lackieren.

Aber, erklärt Dr. Wu, eine solche Lösung hält nicht an. Sie sagte: „Über Hunderte von Jahren hat sich diese Schutzschicht zersetzt, wodurch die Korrosion fortgesetzt werden konnte.“

Je mehr das Silber korrodiert, desto mehr fördert es die weitere Migration der Basisschicht an die Oberfläche, wodurch ein Spalt unter dem Zwischgold entsteht, der das Ablösen riskiert.

Eine solche Lücke war deutlich in den ptychografischen Bildern der Probe zu sehen, die dem Gewand der Jungfrau Maria entnommen wurde, stellte Dr. Wu fest.

Sie fügte hinzu: „Diese Lücke kann zu mechanischer Instabilität führen, und wir gehen davon aus, dass in einigen Fällen nur die Schutzbeschichtung über dem Zwischgold die Metallfolie an Ort und Stelle hält.

Dies schafft Probleme für die Erhaltung von Artefakten. Dr. Wu erklärte: „Wenn wir die unansehnlichen Korrosionsprodukte entfernen, wird auch die Lackschicht abfallen und wir werden alles verlieren.“

Das Team hofft, dass es in Zukunft möglich sein könnte, ein spezielles Material zu entwickeln, das verwendet werden könnte, um die Lücke zu füllen und das Zwischgold zu befestigen.

Dr. Wu schloss: „Mit Hilfe der ptychografischen Tomographie konnten wir überprüfen, wie gut ein solches Konsolidierungsmaterial seine Aufgabe erfüllen würde.“

Die vollständigen Ergebnisse der Studie wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Nanomaßstab.