罗马马赛克玻璃碎片的光谱和显微镜分析

一项结合光谱和显微镜分析的新研究证实了在瑞士提契诺州的Morbio Inferiore市发现的罗马马赛克玻璃砖的成分和年代。这篇尚未发表的研究论文的预印本可以在社会科学研究网络（SSRN）上找到。

罗马马赛克玻璃片的光谱和显微镜分析

为研究光与物质的相互作用而开发的技术已被广泛用于考古学中。不同波长的各种光谱学和显微镜方法可以披露有关考古发现的深入信息。在许多情况下，这些技术要么证实了将某一特定发现置于特定时代的考古学理论，要么对其历史背景提供新的见解。使用科学方法对考古遗迹进行测算的过程被称为考古学测量。

罗马时代的马赛克魔方
科学兴趣的一个特殊方向来自于对罗马时代的彩色和无色玻璃马赛克魔方的研究。一块被切割成立方体形状的小玻璃用于马赛克艺术作品，被称为 "魔方"，在拉丁语中是 "立方体 "的意思。罗马马赛克使用玻璃马赛克创造出鲜艳、干净的蓝色、红色和绿色的色调，这是用大理石和石灰石等较硬的天然石头无法实现的。

这项工作中研究的玻璃马赛克魔方是目前在提契诺州境内发现的唯一的玻璃马赛克魔方，由于它们含有金叶子成分，对于理解Morbio Inferiore的罗马别墅并将其置于地理历史区域背景中至关重要。

玻璃马赛克方块的科学研究
彩色和无色玻璃马赛克魔方的科学研究集中在一些细节上，包括原材料的性质和来源、生产技术、颜色等美学特征、不透明度、金属箔的使用以及考古结果。
 

过渡金属离子的存在，金属纳米颗粒的分散，以及同时作为不透明剂的晶体相的存在，都对魔方的颜色起到了作用。公元四世纪以后，锡基化合物取代了常用的钙锑酸盐和铅锑酸盐作为遮光剂。在罗马时代，Natron是一种常见的助熔剂来源。

考古研究的目的是为了更好地了解材料和所使用的玻璃技术之间可能存在的任何关系，以努力为公元1至4世纪的考古数据的时间一致性提供适当的支持。这个案例研究还提供了一个难得的机会来研究泰辛州的玻璃马赛克方块。

历史背景
莫尔比奥-内里奥雷（Morbio Inferiore）的罗马别墅是在1920年无意中发现的，当时正在建造一座现代别墅。该别墅将建在一个与世隔绝的地方，在山上俯瞰中世纪早期的Pontegana要塞，支配着Bregia河平原。

该地点位于瑞士最南端的泰辛州，离意大利边境只有几百米。该地区是连接米兰和楚尔、瑞士高原和日耳曼半岛的阿尔卑斯山口的商业和军事路线上的重要一站，在罗马时代与周围的政治和经济中心科莫紧密相连。

当前研究的考古学细节
本文讨论的玻璃魔方是彩色和无色玻璃，这两种玻璃都是用作墙面装饰的。

大约250块组成了第一批材料，其中包括各种颜色的多色魔方。第二批材料仅有约30件，由半透明、无虹彩和微弱绿色的玻璃魔方组成。

颜色和利用手持式X射线光谱仪进行的初步非侵入性调查的结果被用来选择玻璃魔方进行科学分析。

用于微创分析的样品是从每个初步组中选出的。每个典型的魔方都制作了用于分析的样品，尺寸在一到两毫米之间。

用装有能量色散光谱仪的扫描电子显微镜，对微观结构特征和元素的化学成分进行了检查。激光烧蚀电感耦合等离子体质谱法被用来确定考古样品的微量元素浓度。

使用GLITTER软件来减少数据量，并进行了重复分析以评估精度和准确性。X射线粉末衍射法也被应用于具有随机方向的样品。

结果和讨论
Natron是用于制造玻璃的熔剂。这个证明使得这些魔方的年代非常明显，可以追溯到罗马时代。由于测量值与文献中记载的罗马时期和罗马晚期的测量值完全一致，铁和钛的浓度可以更精确地确定时间。

在意大利南部，同一时期的彩色纳豆玻璃片被发现含有与无色玻璃片中检测到的相同数量的Na,Ca-磷酸盐。

Ca-锑酸盐是用于彩色蓝色魔方的不透明剂。根据其他研究，西元第一至第四世纪的罗马玻璃魔方与晶体结构相符，这表明沉淀物来自苏打石灰玻璃熔体。

在南泰辛的一个罗马人定居点被证实了，该研究结合了非侵入性和微侵入性调查，以理解用于制造有色和无色玻璃石膏的成分和技术方法。

所采用的助焊剂、不透明剂和着色剂的种类证明了玻璃技术在其他罗马遗址的广泛使用。

尽管缺乏相关的地层和考古数据，这项针对少量魔方进行的科学研究证实了在Morbio Inferiore存在一座别墅，并随后证实了别墅主人的社会经济水平很高。这可以从马赛克的高质量玻璃片推断出来，更重要的是，从发现的一批符合古代晚期的金箔片推断出来。

参考资料

Cavallo, Giovanni and Verga, Ilaria and Riccardi, Mariapia, First Evidence of Roman Mosaic Glass Tesserae in Tessin Canton, Southern Switzerland. Available at SSRN: https://ssrn.com/abstract=4363160 or http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4363160

Angelini, I., Gratuze, B., Artioli, G., 2019. Glass and other vitreous materials through history. EMU Notes in Mineralogy, 20, 87-150.

Conventi, A., Neri, E., Verità, M., 2012. SEM-EDS analysis of ancient gold leaf glass mosaic tesserae. A contribution to the dating of the materials. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 32, 1-8. doi:10.1088/1757-899X/32/1/012007.

Written by Ilamaran Sivarajah