Green Thessalian Stone. The Roman and Byzantine ornamental Material Characterization
Creators: name: Λυκάρτση, Ελένη Εμμανουήλ
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2018
Subjects: Oφιτασβεστίτης
Σερπεντίνες
Πολύμορφα
Οphicalcite
Serpentine
Polymorphs

description: Green Thessalian stone, known also as ‘verde antico’ in the recent times, is an ophicalcite, a brecciated rock comprising an inhomogeneous material that consists of mixtures of serpentine and calcite. Green Thessalian stone was used for decorative purposes in Imperial Rome and Byzantium and also during Renaissance until recent times. Aim of this study is the physicochemical characterization of representative samples of Green Thessalian stone. Mainly two different kinds of specimens were examined. Polished-thin sections of the rock samples were studied mineralogically and chemically by optical microscopy and micro-FTIR spectroscopy. Under the optical microscope all the samples presented parting, fragmentation and color zoning. The rock was identified as a hard and resistant material containing fragments of various dimensions with contrast colors: white (calcite) and light to dark green (serpentine with various mixtures of calcite). The calcite fragments are surrounded by an emerald green colored rim, up to 1 cm wide, demonstrating a reaction process during its formation. Under the microscope that is coupled with the FTIR spectrometer, the mosaic of serpentine and white calcite clasts was better observed. The chemical mapping performed, produced a map where the components of the material were localized with high spatial resolution. This elemental mapping was essential to this study because it provided data on regional gradiations of material types and helped to better identify of which compound each area of the sample is comprised. The IR microscopy spectrum showed the absence of calcite in the reaction zone. Four different carefully grinded powder samples of the material were used for FTIR, XRD and TG-DTA analysis. The FTIR analysis confirmed the presence of calcite and serpentine, since the characteristic bands of the serpentine group minerals were identified. Through the XRD diffraction patterns, the different polymorphs of antigorite and lizardite which belong to the serpentine group, were distinguished. The dark green powdered sample showed absence of chrysotile polymorph in the material. All four powdered samples were used for Thermal Analysis. Thermogravimetry was the technique used to find out the process during the rock formation in order to better understand this brecciated structure. The TG-DTA graphs confirmed that there is a big reduction in the mass of the specimen, due to the decomposition of calcite, which is included in different percentages in all the regions of the samples. The DTA curves of the areas that contained the polytype serpentine material showed the serpentine dehydroxylation. The combination of the applied characterization methods allowed the detailed examination and description of this unique material. The remarkable aureole which is revealed at the reaction zones consists solely of the polymorph antigorite from the serpentine group, while the polymorph lizardite gradually increases moving away from the central area. Calcite is present at all areas of the specimen: in reaction zones, in mixed zones and even in zones which chromatically appeared dark green indicating only the presence of serpentines.
description: Ο Πράσινος Θεσσαλικός Λίθος , που είναι γνωστός και ως ‘verde antico’ είναι ένας οφιτασβεστίτης, ένα λατυποπαγές πέτρωμα που αποτελείται από ένα ανομοιογενές μείγμα από ασβεστίτη και σερπεντίνη. Ο Πράσινος Θεσσαλικός Λίθος χρησιμοποιήθηκε για διακοσμητικούς σκοπούς κατά την περίοδο της Αυτοκρατορικής Ρώμης και της άνθησης του Βυζαντίου αλλά και κατά τη διάρκεια της Αναγέννησης έως και μέχρι πρόσφατα. Σκοπός αυτής της μελέτης είναι ο φυσικοχημικός χαρακτηρισμός αντιπροσωπευτικών δειγμάτων του Πράσινου Θεσσαλικού Λίθου. Εξετάστηκαν κυρίως δύο τύποι δειγμάτων. Πολύ λεπτές και στιλβωμένες λεπτές τομές μελετήθηκαν ορυκτολογικά και χημικά με τις τεχνικές της οπτικής μικροσκοπίας, και της μικροσκοπίας με φασματοσκοπία FTIR. Κάτω από το οπτικό μικροσκόπιο τα δείγματα φαίνεται να αποτελούνται από διαφορετικά τμήματα τα οποία έχουν και διαφορετικό χρώμα. Πρόκειται για ένα σκληρό και ανθεκτικό υλικό που περιέχει θραύσματα διαφόρων διαστάσεων με χρώματα: λευκό (ασβεστίτης) και ελαφρύ έως σκούρο πράσινο (σερπεντίνης με διάφορα μείγματα ασβεστίτη). Τα θραύσματα του ασβεστίτη μοιάζουν να περιβάλλονται από μία ζώνη σμαραγδένιου πράσινου χρώματος, πλάτους έως και 1cm, η οποία καταδεικνύει μία διαδικασία αντίδρασης κατά τη διάρκεια του σχηματισμού της. Κάτω από το μικροσκόπιο που είναι συνδεδεμένο με το φασματόμετρο FTIR, παρατηρήθηκε καλύτερα το μωσαϊκό του σερπεντίνη και των λευκών κλασμάτων από ασβεστίτη. Πραγματοποιήθηκε χημική χαρτογράφηση με υψηλή χωρική ανάλυση η οποία κατέστη βασική για τη μελέτη αυτή. Παρείχε δεδομένα σχετικά με τις διαβαθμίσεις των υλικών μέσα στα δείγματα και βοήθησε στο να προσδιοριστεί από ποιο υλικό αποτελείται η κάθε ζώνη. Το φάσμα του IR έδειξε την απουσία ασβεστίτη στην ζώνη αντίδρασης. Χρησιμοποιήθηκαν τέσσερα διαφορετικά δείγματα σκόνης, οι οποίες αφού υπέστησαν κατάλληλη επεξεργασία ως προς την κοκκομετρία, χρησιμοποιήθηκαν για τα αναλύσεις με FTIR, XRD και TG-DTA. H ανάλυση FTIR επιβεβαίωσε την παρουσία ασβεστίτη και σερπεντίνη, αφού ταυτοποιήθηκαν οι χαρακτηριστικές κορυφές για κάθε υλικό. Μέσα από τα διαγράμματα περίθλασης XRD, διακρίνονται τα διαφορετικά πολύμορφα αντιγορίτης και λιζαρδίτης που ανήκουν στην ομάδα του σερπεντίνη. Το σκούρο πράσινο δείγμα έδειξε την απουσία του πολύμορφου χρυσοτίλη. Και τα τέσσερα δείγματα σε σκόνη χρησιμοποιήθηκαν για Θερμική Ανάλυση. Η Θερμιδοσταθμική-Διαφορική Θερμική Ανάλυση ήταν η τεχνική που χρησιμοποιήθηκε για να αποκαλυφθεί η διαδικασία κατά τη διάρκεια σχηματισμού του πετρώματος, προς καλύτερη κατανόηση αυτής της πολύμορφης δομής. Τα διαγράμματα της θερμικής ανάλυσης επιβεβαιώνουν ότι υπάρχει μεγάλη μείωση στη μάζα του δείγματος λόγω της αποσύνθεσης του ασβεστίου, η οποία συμβαίνει σε διαφορετικά ποσοστά σε όλες τις περιοχές του δείγματος. Οι καμπύλες της Διαφορικής Θερμικής Ανάλυσης των περιοχών που περιείχαν το σερπεντινικό υλικό έδειξαν την από-υδροξυλίωση. Ο συνδυασμός των εφαρμοζόμενων μεθόδων χαρακτηρισμού επέτρεψε τη λεπτομερή εξέταση και περιγραφή αυτού του μοναδικού υλικού. Η αξιοσημείωτη περιοχή στη ζώνη αντίδρασης αποτελείται αποκλειστικά από το πολύμορφο αντιγορίτη ενώ ο λιζαρδίτης κυριαρχεί στην μεικτή και σκούρη περιοχή που βρίσκεται έξω απ’τη ζώνη αντίδρασης. Ο ασβεστίτης εντοπίζεται σε όλες τις περιοχές του δείγματος: στη ζώνη αντίδρασης, στις μικτές ζώνες αλλά και ακόμη και στις σκούρες πράσινες περιοχές που φαινομενικά δείχνουν την παρουσία μόνο σερπεντίνη.
description: Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκρενόμπλ (Γαλλία), το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, και το CNRS (Centre National de la Researche Scientifique, Γαλλία)