Tα αγγεία της Αττικής με ιδιότητες νανοϋλικού μελετώνται από τη... NASA!

 

Υπάρχει τίποτε πιο ταπεινό από το χώμα; Και όμως, ακόμη και τα πιο ταπεινά πράγματα, αν κάποιος τα αξιοποιήσει σωστά, μπορούν να γίνουν όχι μόνο πολύτιμα αλλά και προσοδοφόρα. Παρ' ότι ο Πλάτων θεωρούσε τον πηλό κάτι εντελώς κοινό και τετριμμένο - «των φαύλων και προχείρων» -, οι ίδιοι οι σύγχρονοί του τον διέψευσαν. Οι αρχαίοι κεραμείς της Αθήνας πήραν το κοινό χώμα της Αττικής στα χέρια τους και το μετέτρεψαν σε πραγματικό χρυσάφι αφού τα αγγεία τους μονοπώλησαν τις διεθνείς αγορές της εποχής τους. Το μετέτρεψαν επίσης σε ένα σπάνιο υλικό. Το περίφημο μελανό υάλωμα των αττικών αγγείων, αυτό που πολλοί προσπάθησαν αλλά κανένας δεν κατόρθωσε να μιμηθεί, είναι στην ουσία ένα νανοϋλικό με ιδιαίτερες χημικές και μηχανικές ιδιότητες. Τέτοιες ώστε πρόσφατα προσείλκυσε το ενδιαφέρον της NASA η οποία αναζητεί στη σύστασή του μυστικά για να βελτιώσει τη μόνωση των διαστημοπλοίων της.

Το μελανό υάλωμα «γυάλισε» στη NASA

Η NASA ενδιαφέρεται κυρίως για το περίφημο μελανό υάλωμα των αγγείων, αναζητώντας σε αυτό μυστικά που θα μπορούσαν να τη βοηθήσουν να βελτιώσει την ανθεκτικότητα των κεραμικών που χρησιμοποιεί για τη μόνωση των διαστημοπλοίων της. Εδώ όμως μπορούμε με βεβαιότητα να πούμε ότι η αντίστοιχη έρευνα από έλληνες επιστήμονες βρίσκεται… έτη φωτός μπροστά. Οχι μόνο γιατί έχει ξεκινήσει δεκαετίες νωρίτερα έχοντας στη διάθεσή της απολύτως πιστοποιημένα δείγματα από τις αρμόδιες Εφορείες Αρχαιοτήτων, αλλά, επιπλέον, επειδή από τη θεωρία του εργαστηρίου έχει περάσει στην πράξη. Για να κάνουν καλύτερες συγκρίσεις και να γνωρίσουν τη δουλειά «από μέσα», οι ερευνητές φτιάχνουν μάλιστα οι ίδιοι τεχνολογικά πιστά αντίγραφα αρχαίων κεραμικών τόσο κοντινά στα αρχικά ώστε να χρειάζονται ειδική σήμανση με ιχνοστοιχεία προκειμένου να αποφευχθεί η παράνομη πώλησή τους ως αυθεντικών. (http://www.tovima.gr/science/article/?aid=311401&wordsinarticle=%CE%91%CE%BB%CE%BF%CF%8D%CF%80%CE%B7)

Τι ήταν αυτό που έκανε τα αττικά αγγεία τόσο ιδιαίτερα και τόσο δύσκολα στην απομίμησή τους ακόμη και από τους σύγχρονούς τους επίδοξους αντιγραφείς, που γνώριζαν την κεραμική τέχνη εκείνης της εποχής πολύ καλύτερα από εμάς; Το μυστικό, όπως έχουν ανακαλύψει σήμερα οι ειδικοί, βρίσκεται στην άργιλο. Η αττική γη πρόσφερε στους κεραμείς της τις κατάλληλες πρώτες ύλες ώστε να επιτύχουν όχι μόνο ένα υάλωμα με μοναδικό χρώμα και αντοχή, αλλά και ένα «σώμα» εξαιρετικής ποιότητας. Και φυσικά αυτοί εκμεταλλεύθηκαν επάξια το δώρο βάζοντας όλη την τέχνη και τη δημιουργικότητά τους. 

Νανοϋλικό δοκιμασμένο για χιλιετίες

Οι Αθηναίοι προτιμούσαν συχνά τα σκεύη τους - όπως αυτή η μελαμβαφής λεκανίδα με πώμα - να είναι λιτά, χωρίς άλλη διακόσμηση πέρα από το στιλπνό μελανό υάλωμά τους.

Αυτό είναι όμως μόνο ένα από τα πολλά μυστικά που τα αττικά αγγεία κρατούσαν επί χιλιετίες καλά κρυμμένο. Αν και αποτέλεσαν αντικείμενο εξέτασης, κυρίως από ξένους μελετητές, εδώ και αιώνες, η σύστασή τους άρχισε να αποκρυπτογραφείται μόλις από τη δεκαετία του 1990 και μετά, από επιστήμονες του ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, χάρη στην ανάπτυξη των σύγχρονων μικροαναλυτικών τεχνικών. Η πρώτη και η πιο αναπάντεχη ίσως για όσους δεν ασχολούνται με τις θετικές επιστήμες διαπίστωση ήταν ότι, αν και αρχαία, η βαφή τους ανήκει στα υλικά της τελευταίας λέξης της τεχνολογίας, σε αυτά που σήμερα ονομάζουμε νανοϋλικά.

«Αν περιγράψουμε το αττικό υάλωμα με μοντέρνους όρους θα λέγαμε ότι είναι ένα νανοϋλικό» λέει μιλώντας στο «Βήμα» η Ελένη Αλούπη, η οποία ασχολήθηκε με τη μελέτη της σύστασης των αττικών αγγείων κατά τη διάρκεια της διατριβής της στο ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος και σήμερα έχει ιδρύσει τη «Θέτις Authentics» (http://www.thetis.gr/), εταιρεία ασχολούμενη με τη μελέτη και την πιστοποίηση της αυθεντικότητας αρχαίων αντικειμένων, καθώς και το Εργαστήριο «Θέτις» για την παραγωγή τεχνολογικά αυθεντικών αντιγράφων αρχαίων κεραμικών σαν αυτά που βλέπουμε στους σταθμούς του μετρό και στα πωλητήρια αρκετών μουσείων. «Πρόκειται για ένα αλκαλο-αργιλοπυριτικό γυαλί το οποίο χρωματίζεται από νανοκρυστάλλους μαγνητίτη» εξηγεί. Σε τι διαφέρει από τα κοινά γυαλιά; «Εχει υψηλό ποσοστό οξειδίου του αργιλίου, το οποίο συμμετέχει στη διαμόρφωση του γυαλιού εξίσου με το οξείδιο του πυριτίου, γεγονός το οποίο του προσδίδει πολύ μεγάλη ανθεκτικότητα στη διάβρωση και ιδιαίτερη μηχανική αντοχή».

Οι νανοκρύσταλλοι του μαγνητίτη είναι αυτοί που δίνουν στο αττικό μελανό υάλωμα το μοναδικό «μαύρο-μπλε» χρώμα του. «Το μελανό χρώμα είναι αποτέλεσμα της διασποράς των μαύρων νανοκρυστάλλων μέσα στο διάφανο αλκαλο-αργιλοπυριτικό γυαλί που παίρνει μια μπλε απόχρωση από ίχνη δισθενούς σιδήρου» διευκρινίζει η χημικός. Ο σχηματισμός των νανοκρυστάλλων μαγνητίτη είναι αποτέλεσμα τόσο της σύστασης της πρώτης ύλης - δηλαδή της αργίλου - που χρησιμοποιείται για την παρασκευή της βαφής των αγγείων όσο και μιας σχολαστικής διαδικασίας όπτησης σε συγκεκριμένες θερμοκρασίες.

Αργιλόχρωμα αυστηρών προδιαγραφών

Ας πάρουμε όμως τα πράγματα από την αρχή. Η βαφή των αττικών αγγείων είναι ουσιαστικά ένα αργιλόχρωμα -παρασκευάζεται δηλαδή από άργιλο. Οχι όμως από οποιαδήποτε άργιλο, όπως έχουν ανακαλύψει οι επιστήμονες. Οι κεραμείς της αρχαίας Αθήνας επέλεγαν με μεγάλη προσοχή την πρώτη ύλη τους ανάλογα με το αποτέλεσμα που ήθελαν να επιτύχουν - πράγμα που σημαίνει ότι γνώριζαν πολύ καλά τις ιδιότητές της - και αυτό φαίνεται ακόμη και από το γεγονός ότι χρησιμοποιούσαν διαφορετική άργιλο για τη βαφή και διαφορετική για το σώμα των αγγείων τους.

Για να δώσει η βαφή το επιθυμητό άψογο μελανό υάλωμα, η πρώτη ύλη της έπρεπε να είναι μια άργιλος πλούσια σε αργιλικά ορυκτά, σίδηρο και κάλιο και φτωχή σε οξείδια του ασβεστίου (έτσι μόνο μπορούσε να παραγάγει τις αντιδράσεις που οδηγούν στον σχηματισμό του μαγνητίτη). Παράλληλα έπρεπε όταν αναμειγνυόταν με νερό να σχηματίζει ένα κολλοειδές αιώρημα (ένα αιώρημα με κόκκους μικρότερους των 0,3 μικρών που θεωρητικά μένει εν αιωρήσει επ' άπειρον). Το αιώρημα αυτό όταν συμπυκνωνόταν έδινε μια υπέρλεπτη «αργιλική βαφή» (έναν «μπαντανά», όπως το λένε παραδοσιακά κεραμείς και αγγειοπλάστες) με την οποία διακοσμούνταν τα αγγεία που είχαν πλαστεί στον τροχό και στη συνέχεια ψήνονταν με μια πολύ συγκεκριμένη διαδικασία και σε πολύ συγκεκριμένες θερμοκρασίες.

Τριπλό ψήσιμο σε διαφορετικές θερμοκρασίες

Η διαδικασία της όπτησης περιλάμβανε τρία στάδια: οξείδωσης, αναγωγής και πάλι οξείδωσης, όπως θα σας πουν οι ειδικοί. Στο πρώτο στάδιο της οξείδωσης ανέβαζαν τη θερμοκρασία του φούρνου με την παροχή οξυγόνου: ο θάλαμος όπου ψήνονταν τα αγγεία επικοινωνούσε με το κάτω μέρος, όπου καίγονταν τα ξύλα, ενώ ένα άνοιγμα από επάνω άφηνε να φύγουν τα αέρια που παράγονταν από την καύση. Οταν έφθαναν στην επιθυμητή θερμοκρασία και η βαφή άρχιζε να υαλοποιείται, σφράγιζαν τον κλίβανο διακόπτοντας την παροχή οξυγόνου και μειώνοντας με τον τρόπο αυτόν τη θερμοκρασία.

Σε αυτό το στάδιο, της αναγωγής, σχηματίζονται οι νανοκρύσταλλοι του μαγνητίτη και παράγεται το μαύρο χρώμα. Η τελική φάση της οξείδωσης, όπου ανέβαινε και πάλι η θερμοκρασία, ήταν απαραίτητη για να επιτευχθεί η χρωματική αντίθεση του μελανού πάνω στο ερυθρό υπόβαθρο. «Στο στάδιο της οξείδωσης έχουμε το οξείδιο του τρισθενούς σιδήρου, τον αιματίτη, που είναι κόκκινο. Στο στάδιο της αναγωγής δημιουργείται ένας σπινέλιος, ο μαγνητίτης, που έχει θέσεις δισθενούς και τρισθενούς σιδήρου και είναι μαύρος, ενώ παράλληλα το στρώμα της βαφής υαλοποιείται» εξηγεί η κυρία Αλούπη. «Στο τελευταίο στάδιο της επανοξείδωσης χρειάζεται προσοχή ώστε να μην ανέβει πολύ η θερμοκρασία γιατί το υάλωμα θα ξανακοκκινίσει».

Μάτι-θερμόμετρο!

Το εύρος θερμοκρασιών για το οποίο μιλάμε είναι πολύ μικρό. «Η καλύτερη ποιότητα αυτού του υλικού επιτυγχάνεται σε θερμοκρασίες από 880 ως 950 βαθμούς» τονίζει η ερευνήτρια. Πώς μπορούσαν στην αρχαιότητα, χωρίς θερμόμετρα και θερμοστάτες, να υπολογίσουν τη θερμοκρασία του φούρνου με τόση ακρίβεια; Με το μάτι, μας απαντά η ειδικός, και αυτός ήταν ένας λόγος για τον οποίο η δουλειά του «ψήστη» σε ένα εργαστήριο κεραμικής ήταν πολύ σημαντική: «Αν μιλήσετε με παραδοσιακούς κεραμίστες, που έψηναν σε φούρνο με ξύλα, ξέρουν πολύ καλά τις κατάλληλες θερμοκρασίες από τη λεγόμενη ακτινοβολία μέλανος σώματος - την ακτινοβολία που εκπέμπει ένα σώμα όταν πυρακτώνεται. Ο έμπειρος κεραμέας από το χρώμα του φούρνου καταλαβαίνει ποια είναι η κατάλληλη θερμοκρασία. Στους 720 με 730 βαθμούς ο φούρνος γίνεται πορτοκαλί, στους 800 αρχίζει και κοκκινίζει και μετά αρχίζει να ασπρίζει. Στους 950 βαθμούς ο φούρνος λάμπει εσωτερικά. Στους 1.000 είναι κατάλευκος».

Ολα αυτά υποδηλώνουν ότι οι αρχαίοι κεραμείς της Αττικής δεν διέθεταν μόνο ταλέντο αλλά και ένα πολύ υψηλό επίπεδο τεχνολογίας. «Και ένα τέτοιο υψηλό επίπεδο δείχνει συνειδητότητα και στην επιλογή των υλικών τους και αυτό δεν φαίνεται μόνο στη βαφή αλλά και στα υλικά που χρησιμοποιούσαν για το σώμα. Είναι τυποποιημένα και για τον λόγο αυτό θα πρέπει ίσως να σκεφτόμαστε μια κεντρική διάθεση» υπογραμμίζει η κυρία Αλούπη.

Αρχαίο πυρέξ υψηλής τεχνολογίας
Η εξαιρετική ποιότητα των αττικών αγγείων, όπως και τα άλλα σπουδαία δείγματα κεραμικής που προηγήθηκαν, οφείλεται για τον Βασίλη Κυλίκογλου, ερευνητή Α' στο Ινστιτούτο Επιστήμης Υλικών του ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, σε μια μακρά παράδοση που μεταδιδόταν επί χιλιετίες και βελτιωνόταν από γενιά σε γενιά. Στο εργαστήριό του ο ερευνητής μελετά τα αρχαία κεραμικά από την άποψη των θερμικών και μηχανικών ιδιοτήτων τους. Στόχος, μεταξύ άλλων, η ανάπτυξη νέων δομικών υλικών. «Εξετάζουμε τις διάφορες συνταγές που χρησιμοποιούσαν οι αρχαίοι για να κατασκευάσουν κεραμικά ανάλογα με τη χρήση στην οποία θα τα υπέβαλλαν» λέει. «Οι κυριότερες χρήσεις έντονης καταπόνησης ενός κεραμικού είναι είτε όταν χρησιμοποιείται ως μεταφορικό αγγείο, όπως είναι οι αμφορείς, είτε σε διαδικασίες που έχουν να κάνουν με τη φωτιά - δηλαδή μεταλλουργία, όπτηση και προετοιμασία φαγητού».

Οι αρχαίοι κεραμείς χρησιμοποιούσαν διαφορετικές αργίλους ανάλογα με τη χρήση για την οποία προοριζόταν το αγγείο και τις εμπλούτιζαν καταλλήλως. «Εβαζαν μέσα στον πηλό εγκλείσματα σε ποσότητα και μέγεθος που καθιστούσαν τα κεραμικά κατάλληλα για τη χρήση που ήθελαν». Για να επιτύχουν αμφορείς που ήταν ανθεκτικοί στις προσκρούσεις και δεν έσπαζαν εύκολα κατά τη μεταφορά των προϊόντων, π.χ. με τα πλοία, χρησιμοποιούσαν άμμο. «Ετσι» λέει ο κ. Κυλίκογλου «αυξάνεται η ανθεκτικότητα, ακόμη και αν χτυπηθούν μπορεί να δημιουργηθεί μια μικρή ρωγμή, αλλά αυτή η ρωγμή δεν θα διαδοθεί, όπως στο γυαλί». Η αντοχή στη φωτιά, σε κεραμικά που θα χρησιμοποιούνταν για τη μαγειρική ή για τη χύτευση μετάλλων, απαιτούσε πιο «μελετημένη» τεχνική.

Κατ' αρχήν, ανάλογα με το αν ήθελαν το κεραμικό να «ανεβάζει» τη θερμοκρασία γρήγορα ή να την «κρατάει» (και να σιγοψήνει, ας πούμε, αν ήταν μια χύτρα), χρησιμοποιούσαν άργιλο που περιείχε ασβέστιο. Για να δώσουν μεγαλύτερη πυραντοχή πρόσθεταν στον πηλό εγκλείσματα από χαλαζία, αστρίους ή φυλλίτες. «Τα τελευταία εγκλείσματα ήταν πεπλατυσμένα» διευκρινίζει ο ειδικός. «Αυτά τα πεπλατυσμένα σαν φύλλα εγκλείσματα αν τα πλάσει ο κεραμέας προσανατολίζονται παράλληλα με τα τοιχώματα και έτσι δρουν ως θερμομόνωση. Επαιρνε λίγο παραπάνω η χύτρα να ζεσταθεί, όμως διατηρούσε τη θερμοκρασία της για πάρα πολύ χρόνο».

Στο ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος οι διαπιστώσεις αυτές δεν περιορίζονται απλώς σε μια καλή γνώση του παρελθόντος, αλλά «περνούν» και στο μέλλον, αφού χρησιμοποιούνται ως βάση για την ανάπτυξη νέων υλικών «Μια εφαρμογή, έχουμε και ένα πρόγραμμα γι' αυτό, είναι ότι προσπαθούμε να δημιουργήσουμε κονιάματα» εξηγεί ο κ. Κυλίκογλου. «Εγκλείουμε μέσα θραύσματα κεραμικών τα οποία όμως δεν είναι τυχαία, δεν παίρνουμε δηλαδή οποιοδήποτε κεραμικό - αν πάρει κάποιος π.χ. τούβλα και τα σπάσει δεν θα έχει το ίδιο αποτέλεσμα. Γνωρίζοντας από την αρχαία τεχνολογία σε ποια θερμοκρασία το κεραμικό έχει τις καλύτερες ιδιότητες, προσδίδουμε στα κονιάματα αυτά καλύτερες αντοχές κατά το πήξιμο, γιατί δημιουργούνται υδραυλικές φάσεις ανάμεσα στο κεραμικό και στον ασβέστη, αλλά και καλύτερες θερμομονωτικές ιδιότητες».

Από τον Wedgwood στο Calgon
Ο μεγάλος άγγλος κεραμέας Τζοσάια Γουέτζγουντ - ιδρυτής του γνωστού οίκου πορσελάνης - ήταν από τους πρώτους που μελέτησαν και προσπάθησαν να αναπαραγάγουν τα αττικά αγγεία. Παρά τις ενδελεχείς προσπάθειές του ο Γουέτζγουντ τελικά δεν το πέτυχε. Αντ' αυτού παρήγαγε τους λεγόμενους «black basalts», σήμερα αγγεία συλλεκτικά και πανάκριβα που αποτελούν σήμα κατατεθέν του οίκου Wedgwood.

Ο αμερικανός χημικός Τζόζεφ Νομπλ από την πλευρά του πρότεινε στη δεκαετία του 1960 μια συνταγή παραγωγής μαύρου υαλώματος με… Calgon, η οποία κυριάρχησε επί τρεις και πλέον δεκαετίες, ιδιαίτερα στον αγγλόφωνο κόσμο. Κατά καιρούς διάφοροι - κυρίως αρχαιολόγοι και κεραμείς - έχουν υποστηρίξει ότι για να φτιάξουν τη βαφή τους οι αθηναίοι κεραμείς πρόσθεταν διάφορα «εξωτικά» υλικά - από στάχτη φυτών και τριμμένα κόκαλα ως ούρα ή αίμα ζώων. Η κυρία Αλούπη απορρίπτει όλες αυτές τις συνταγές, αφού τις δοκίμασε σχολαστικά κατά τη διάρκεια της διατριβής της στο ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος περίπου πριν από 20 χρόνια. Οι περισσότερες - όπως του Νομπλ - δεν δίνουν αποτέλεσμα όμοιας σύστασης με το πρωτότυπο ενώ όσες επιτυγχάνουν κάτι σχετικά κοντινό απαιτούν καλά ελεγμένες εργαστηριακές συνθήκες. «Μου είναι δύσκολο να φανταστώ ότι δίπλα σε κάθε αρχαίο εργαστήριο κεραμικής υπήρχε και ένα μικρό χημείο» λέει. Η μόνη τεχνική που ως τώρα φαίνεται να επιτυγχάνει πανομοιότυπο αποτέλεσμα ως προς τη σύσταση και την ποιότητα είναι η χρήση βαφής απλώς και μόνο με νερό και άργιλο σωστά επιλεγμένη από συγκεκριμένα σημεία της Αττικής. «Και αυτός είναι ο μόνος τρόπος για να εξηγήσουμε γιατί το υλικό έχει πάντα σταθερή χημική σύσταση» τονίζει η ερευνήτρια. «Η σταθερή σύσταση του τελικού προϊόντoς ισοδυναμεί με σταθερή χρήση πρώτων υλών και σχολαστική και ακριβή διαδικασία επεξεργασίας τους. Και ποιος μπορεί να το κάνει αυτό καλύτερα από την ίδια τη φύση;»

  

Για περισσότερες πληροφορίες: http://www.tovima.gr