حفظ التراث الثقافي ودراسته بالاستعانة بالعلوم والتكنولوجيا النووية

تحديد الخصائص هو عملية تمكِّن الخبراء من فحص سمات القطع الأثرية والفنية بدرجة كبيرة من الدقة، ومن ثم تحديد عمرها وتركيبها الكيميائي ومنشئها. ولا يقتصر تحديد الخصائص على استخدام أسلوب واحد، وإنما يشمل مجموعة متعددة من التقنيات النووية التي تُستخدم فيها أنواع متنوعة من المعدات والأشعة، بما في ذلك الأشعة السينية وأشعة غاما والنيوترونات والحزم الأيونية.

ويكفل تحديد الخصائص للباحثين تكوين فهم متعمِّق للقطع الخاضعة للدراسة من حيث زمن ومكان وكيفية صُنعها، كما يوفِّر لخبراء الترميم معلومات قيمة عن الطرق الفعالة لحفظ القطع الأثرية الفريدة من نوعها، ويمكِّن المتخصصين من التحقق من كون القطع الفنية أصلية أم مزيفة وتحديد ما إذا كانت قد تعرَّضت للاتِّجار غير المشروع في الأعمال الفنية. ويمكن الاستعانة بتحديد الخصائص أيضاً للمساعدة على الكشف عن الهياكل الداخلية للقطع المعنية، بما في ذلك الشروخ والعيوب، وإن لم تكن مرئية بالعين المجردة.

وفيما يلي لمحة عامة عن بعض التقنيات التحليلية النووية الأشيع استخداماً في تحديد خصائص التراث الثقافي.

أحد الأساليب التي تُستخدم لتحليل التركيب العنصري للوحات الفنية والمخطوطات والعملات المعدنية والقطع الخزفية هو قياس الطيف القائم على تألق الأشعة السينية (XRF). وتقوم هذه التقنية على تعريض العينة المراد تحليلها للأشعة السينية، مما يتسبَّب في انبعاث إشعاعات من العناصر الكيميائية التي تتكون منها هذه العينة. وتختلف هذه الإشعاعات باختلاف العنصر الكيميائي، مما يكفل تحديد التركيب العنصري للقطعة الفنية بدقة. 

وفي عام 2010، استخدم العلماء في فرنسا أسلوب قياس الطيف القائم على تألق الأشعة السينية لدراسة لوحة الموناليزا الشهيرة التي رسمها الفنان الإيطالي ليوناردو دافنشي. وبناءً على تحليل الطبقات المختلفة من الألوان والمواد المكسبة للمعان، تمكن العلماء من تحسين فهمهم لتقنية دافينشي في مزج الألوان المعروفة باسم ’سفوماتو‘، والتي تنطوي على التدرُّج ببراعة لإضفاء السلاسة على الانتقالات بين الألون مما يقرِّب العمل الفني من الواقع ويجعله نابضاً بالحياة.

ومن الأساليب الأخرى المستعملة في دراسة بنية المواد وتركيبها الكيميائي حيود الأشعة السينية (XRD)، والتحليل بالتنشيط النيوتروني ومجموعة متنوعة من التقنيات القائمة على الحزم الأيونية، مثل انبعاث الأشعة السينية المستحث بالجسيمات (PIXE)، انبعاث أشعة جاما المستحث بالبروتونات(PIGE) وقياس الطيف الكتلي باستخدام المعجلات. ومن الأعمال الفنية التي خضعت لتحليل تركيبها العنصري باستخدام التقنيات النووية:  تمثال ذهبي عمره 500 عام من صنع النحات بنفينوتو تشلليني، يُعرف باسم ’سالييرا‘،كان قد تعرَّض للسرقة ثم استُرجع لاحقاً من غابات فيينا في النمسا؛ ولوحة عمرها عدة قرون تصوِّر القديس جورج في ألبانيا؛ ومصنوعات من الذهب والأحجار الكريمة يرجع تاريخها إلى عهد مملكة أيوتايا التي قامت على جزء من أراضي تايلند المعاصرة في الفترة بين القرنين الرابع عشر والثامن عشر.

يمكن للعلماء تحديد عمر المواد العضوية، بما في ذلك القطع المصنوعة من الخشب أو القطن أو الورق أو الجلد أو الصوف أو الحرير أو العظام، بالاستعانة بنهج يُعرف بالتأريخ بالكربون المشع. فجميع الكائنات الحية مثل الحيوانات والنباتات تمتص الكربون. وحين تموت هذه الكائنات، يبدأ الكربون-14، وهو نظير غير مستقر للكربون، في الاضمحلال بمعدل معروف. وعن طريق قياس الطيف الكتلي باستخدام المعجلات، يقيس الخبراء نسبة الكربون-14 في أي قطعة فنية مصنوعة من مواد عضوية لتحديد الفترة المنقضية منذ صنعها. وبذلك تساعد هذه التقنية على تحديد عمر القطع التراثية، بما في ذلك القطع التي يصل عمرها إلى 000 50 عام. 

وعن طريق التأريخ بالكربون المشع، تمكَّن الخبراء في فرنسا في عام 2019 من إثبات زيف لوحتين معروفتين – أولاهما تنتمي للمدرسة الانطباعية والأخرى للمدرسة التنقيطية. وتبيَّن أنَّ تاريخ صُنع رقعتي الرسم المستخدمتين يرجع إلى خمسينات القرن العشرين، في حين كان المفترض أنَّ اللوحتين قد رُسمتا في أوائل القرن نفسه.  

وقد استُخدم التأريخ بالكربون المشع أيضاً لتحديد عمر تمثال برونزي لذئبة الكابيتول في إيطاليا، وتمثال برونزي لأبوكسيومينوس عُثر عليه في مياه البحر الأدرياتيكي قبالة ساحل كرواتيا، ونظام قديم لتربية الأحياء المائية في منطقة شعب الغونديتجمارا في أستراليا.

يستخدم العلماء التصوير الإشعاعي الصناعي لتحليل البنية الداخلية لقطع التراث الثقافي والتحقق من سلامتها. ويجري ذلك عن طريق تمرير الأشعة السينية أو أشعة غاما أو النيوترونات عبر القطعة المطلوب تحليلها لرؤية تكوينها الداخلي. وفي الجهة المقابلة، تصطدم الإشعاعات بعد تمريرها برقاقة تصوير مكشوفة أو كاميرا رقمية مصمَّمة خصيصاً لهذا الغرض، لتكوِّن صورة لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة، تبيِّن العيوب والشقوق الداخلية.   

وبالإضافة إلى ذلك، فكثيراً ما تُستخدم الأشعة السينية للكشف عن الرسوم غير المرئية تحت أسطح اللوحات الفنية. فعلى سبيل المثال، كشف التحليل بالأشعة السينية أنَّ بيكاسو أعاد استخدام رقعة رسم قديمة في واحدة من أشهر أعماله في ’المرحلة الزرقاء‘ من إنتاجه الفني، وهي اللوحة المسماة ’عازف القيثار المسن‘.وتبيَّن أنَّه يوجد تحت ألوان اللوحة رسمان سابقان: الأول لامرأة مسنة مطأطئة الرأس، والثاني لأم شابة وبجوارها طفل جاثٍ على ركبتيه.

ومن الأمثلة الحديثة أيضاً تحليل لوحة فنسنت فان جوخ المعنونة ’رأس فلاحة‘ في المملكة المتحدة، والذي كشف عن رسم لصورة ذاتية للفنان.

في حالة القطع التاريخية الفريدة من نوعها التي لا يمكن تعويضها، يمكن أن يكون الحفظ الطويل الأجل محفوفاً بالتحديات، لأنَّ التخزين في ظروف غير مناسبة يمكن أن يتسبب في ظهور البكتيريا أو الحشرات وغيرها من أنواع الحيوانات أو العفن وغيره من الفطريات على سطح القطع التراثية أو داخلها، مما يؤدي إلى تدهور حالتها أو إتلافها بالكامل. وقد يمكن استخدام الإشعاع المؤيِّن لحلِّ هذه المشكلة، بسبب قدرتها على القضاء على هذه الآفات.

ويعمل الخبراء على تطهير القطع المعنية من خلال تعريضها للإشعاع بالاستعانة بمعدات خاصة، مثل معجلات الحزم الإلكترونية العالية الطاقة أو أجهزة الأشعة السينية أو مرافق المعالجة بأشعة غاما المحتوية على مصادر مشعة مصنوعة إما من الكوبلت-60 أو السيزيوم-137. وفي مرافق المعالجة بأشعة غاما، عادة ما توضع القطعة المعنية في غرفة التشعيع، حيث تُعرَّض للإشعاعات المؤيِّنة ثم يجري إخراجها من الغرفة لتخضع للتطهير وإزالة التلوث.

ومن الأمثلة الشهيرة للقطع التاريخية التي خضعت لهذه المعالجة مومياء الفرعون المصري رمسيس الثاني التي يبلغ عمرها 3200 عام. حيث جرى تطهير المومياء في عام 1977 باستخدام أشعة غاما للقضاء على الحشرات والفطريات في مرفق في فرنسا. ومن الأمثلة الأخرى التي خضعت للمعالجة نفسها مجموعة كتب من مكتبة قصر السلام في هولندا، وأشرطة سينمائية من الأرشيف الوطني للأفلام في رومانيا، وجثة حيوان ماموث رضيع عُثر عليها في الجليد الدائم في سيبيريا، والفواصل الأيقونية الخشبية في كنيسة الملكين ميخائيل وجبرائيل في رومانيا. 

يؤدي تعريض أي مادة للإشعاع إلى تعديل بنيتها الداخلية على المستوى الجزيئي بفعل الطاقة التي تتلقاها. لكن تأثير ذلك يختلف باختلاف المادة نفسها، بحسب تركيبها الكيميائي ونوع الروابط الكيميائية الموجودة فيها ومدة التعرض وشدة الإشعاع. وفي حال تنفيذ المعالجة بالطريقة الصحيحة، فإنَّها تدمِّر الملوثات الحية والآفات دون إلحاق أي أضرار بقطع التراث الثقافي نفسها.

ويستخدم خبراء الترميم جرعات صغيرة من الإشعاع لا تتجاوز 10 كيلوغراي بحدٍّ أقصى، لكي لا تتعرض قطع التراث الثقافي للتلف. ولا تكتسب القطع التراثية خصائص إشعاعية بعد معالجتها، ولا تؤدي إلى تعريض البشر المحيطين بها لأي إشعاعات. بل إنَّ القطع تظلُّ على حالها الذي كانت عليه قبل المعالجة، مع فرق وحيد هو خلوها من الآفات والملوثات.

تقليديًّا، درج الخبراء على استخدام أساليب كيميائية وفيزيائية لتطهير المفردات ذات الأهمية الثقافية والتاريخية. وتنطوي هذه الأساليب على استخدام مواد سامة أو معالجات حرارية، ومن ثم يمكن أن تضر بالقطع نفسها أو بخبراء الترميم أو بالبيئة. وفي الحالتين يمكن أن يكون النهج المتبع باهظ التكلفة. وبالإضافة إلى ذلك، فلا يمكن في أي من الحالتين ضمان القضاء بالكامل على الآفات إذا لم تصل المعالجة إلى المنطقة التي استوطنتها الحشرات أو الديدان.

ويكفل استخدام التقنيات الإشعاعية مزايا عدَّة مقارنة بالأساليب التقليدية، حيث يمكن استخدامها في درجة حرارة الغرفة العادية دون حاجة لملامسة القطعة نفسها أو لاستخدام أي مواد إضافية، ولا تخلِّف أي آثار أو تتسبب في أي أضرار للمواد الخاضعة للمعالجة. ويمكن التقليل إلى أدنى حد من أي مخاطر محتملة من خلال عمليات إزالة التلوث الإشعاعي التي تُجرى في مناطق محمية جيداً وفق شروط صارمة لضمان الأمان.

يمكن استخدام التشعيع لإعادة تكوين الروابط الكيميائية في القطع التي تدهورت حالتها، ومن ثم المساعدة على تقوية هذه القطع وزيادة صلابتها. وتنطوي المعالجة بهذا الأسلوب على غمس القطعة أو المادة المعنية في مادة صمغية سائلة، ثم تعريضها للإشعاع لزيادة صلابتها وتقويتها.

ولا يطرأ أي تغير يُذكر على مظهر القطعة التي تخضع للمعالجة بهذا الأسلوب، لكنها تتغير من حيث خصائصها الفيزيائية والكيميائية بحيث تصير أكثر قوة وكثافة.

وعلى سبيل المثال، ففي عام 2011، خضعت للتشعيع سفينة خشبية رومانية من القرن الأول عُثر عليها في نهر الرون في مدينة آرل في فرنسا. وريثما كانت السفينة تجف بعد اكتشافها، بدأ هيكلها الخشبي يتفتت. وللمحافظة على هذه القطعة الأثرية القديمة، استخدام المتخصصون في الورشة الإقليمية المعنية بالمحافظة النووية على القطع الفنية (ARC-Nucléart) تقنية التدعيم، حيث جعلوا الهيكل الخشبي يتشرب مادة صمغية قابلة للمعالجة الإشعاعية، ثم عرضوه للإشعاع المؤيِّن لزيادة صلابة الخشب ومنع انهيار هيكل السفينة.