Mikroskopie v restaurování

Restaurování malířského díla se opírá o znalosti přírodních a materiálových věd jednak při určování pigmentů a pojiv autorské malby (viz též Vesmír 81, 383, 2002/7), jednak při posuzování stratigrafie barevných vrstev. Předmětem laboratorního zkoumání je většinou příčný řez malbou – profil. Sled barevných vrstev na malbách starých mistrů totiž není nahodilý, odpovídá dobovému technologickému kánonu.

Při technologickém rozboru malby neposuzujeme obraz jako plochu (jako při vnímání estetickém), nýbrž jako trojrozměrné těleso, obsahující rozličné materiály, uspořádané podle určitých zásad. Představíme-li si obraz v průřezu, shledáme, že se skládá z několika více méně homogenních vrstev, jež jsou uloženy v pořadí odpovídajícím postupnému vzniku malby. Odborně zpracovaný materiál s příslušně upraveným povrchem, na kterém malíř rozvíjí svoji tvůrčí práci, nazýváme souhrnně podkladem. Barvy, jež na tento podklad nanáší a vrství, nazýváme malbou a povrchový průhledný nátěr, zastávající ochrannou funkci, lakem. (Bohuslav Slánský: Technika malby, díl I., 1953)

Stratigrafie barevných vrstev

Stratigrafie je nauka o vrstvách (lat. stratum – vrstva). Pravidlo známé z geologie, že na starší vrstvě hornin spočívá vždy vrstva mladší, lze vztáhnout i na technologickou výstavbu výtvarného díla – i na něm však lze (tak jako v přírodě) najít porušení tohoto pravidla v podobě strukturních deformací (defektů). Jak barevné vrstvy vysychají a ztrácejí pružnost, tvoří se v nich praskliny (krakely), jimiž materiál nové přemalby zatéká pod starší vrstvy. Období, kdy bylo nanášení vrstev přerušeno, se kromě deformací spodních vrstev pozná i podle zakončení tenkou povrchovou vrstvou laku se značným podílem nečistot. Pokud taková vrstvička s nečistotami v profilu chybí, lze i celý sled barevných přemaleb považovat za autorský (obrázek). Často novější umělecký nebo restaurátorský zásah začal odstraňováním původních barevných vrstev, a tak nejstarší technologické celky v malbě nejsou zpravidla úplné.

Materiálový průzkum barevných vrstev (viz rámeček 1 ) je pevnou součástí restaurátorského průzkumu. Ten zahrnuje i nedestruktivní metody (bez odběru vzorků), např. prohlídku výtvarného díla v různém osvětlení – v ultrafialovém a infračerveném světle i pod rentgenovými paprsky. Dnes nabývají na významu spektroskopické metody in situ, založené na měření atomové nebo molekulové emise buzené laserovým paprskem z různé hloubkové úrovně. Mikroskopie má však v posuzování stratigrafie malby dominantní úlohu a má-li být průzkum úplný, je nutno odebrat alespoň několik reprezentativních vzorků.

Studium barevných vrstev začíná tím, že se odebraný fragment malby, často sotva milimetrové tloušťky, zalije do nějaké kvalitní hmoty, například do polyesterové pryskyřice, a pak se nabrousí v příčném řezu tak, aby byl sled vrstev co možná nejúplnější. Pro mikroskopii takového nábrusu jsou významné tři fyzikální rysy: struktura vrstev, morfologie zrn a barva. Materiálové složení vrstev se nejčastěji upřesňuje bodovou spektrochemickou analýzou povrchu v elektronovém mikroskopu. Výběr analytických metod je totiž značně omezen tím, že vzorek nemůže být příliš velký, je heterogenní, a navíc mnohdy musí být archivován, tudíž se nesmí zničit. Ve spojení s optickým mikroskopem se dlouhodobě používají i různé obměny spektroskopických metod. V poslední době se rozvíjí přímá fázová analýza povrchu rentgenovou difrakcí.

Její nevýhodou je značná ztráta primární intenzity při kolimaci rentgenového záření do svazku o průměru menším než 100 m. Ještě komplikovanější je mikroanalýza organických složek, tj. pojiv, přírodních barviv, laků, vosků atd., které navíc podléhají stárnutí. V restaurátorské praxi se stále nejvíce používá rozlišení podle mikrochemických a histochemických zkoušek, popřípadě, s řadou omezení, podle měření infračervených spekter. Další metody, zejména chromatografické, už jsou podstatně náročnější na množství a úpravu vzorku před měřením.

Optická mikroskopie

V optické mikroskopii je důležitým pozorovaným jevem barva, a možná proto je tato analytická metoda výtvarnému umění blízká. Umělci a restaurátoři řídí své vnímání barev zkušeností a citem, přírodovědcům většinou vizuální hodnocení barvy nestačí. V některých případech ale může mít barevný projev materiálu jednoznačnou diagnostickou hodnotu, například při mikroskopickém pozorování fluorescence, která vzniká při ozáření vzorku ultrafialovým světlem.

• Fluorescence. Charakteristickou (zelenou) fluorescenci má například zinková běloba, a proto je fluorescence celkem spolehlivým indikátorem přemaleb z 19.–20. století. Do té doby byla totiž jedinou obecně rozšířenou bělobou běloba olovnatá (bazický uhličitan olova). Recept na její výrobu reakcí kovového olova s výpary vinného octa a následně i vzdušným oxidem uhličitým je jedním z nejstarších – kolem r. 320 př. n. l. ho poprvé sepsal Aristotelův žák Theofrastos, který olovnatou bělobu nazývá psimithion. Spíše než antické označení však přežívá latinské album plumbum nebo prostě cerussa. Zajímavé je, že ani po r. 1830, kdy se bílý oxid zinečnatý začal v malbě používat systematičtěji, nebyla olovnatá běloba zcela vytlačena. Často se v olejomalbě objevovala jako příměs zvyšující jinak nízkou kryvost zinkové běloby. Strmý pád jedovaté olovnaté běloby nastal až ve 20. století, s nástupem bělob titanových (fluorescence titanové běloby je většinou modrá).
• Optické vlastnosti. Přímou diagnostickou hodnotu má v optické mikroskopii také studium optických vlastností zrn: anizotropie, reliéf, index lomu, dvojlom, interferenční barvy apod. To jsou vlastnosti pozorovatelné nejlépe v procházejícím polarizovaném světle. Zhotovení tenkého řezu z křehkého fragmentu malby však bohužel není snadný úkol. V případě potřeby se spíše separují jednotlivá zrnka jedné barevné vrstvy a zhotoví se nový mikroskopický preparát. Podle interferenčních barev identifikujeme např. minerální pigment azurit (obrázek). Vedle velikosti zrn nám tyto barvy prozradí, že jde o hrubozrnný těžený minerál, nikoliv o uměle srážený pigment stejného chemického složení, v praxi označovaný jako horská modř. V barokní malbě 17. a 18. století totiž umělá horská modř, vyráběná z rozpustných měďnatých solí, někdy nahrazovala dražší azurit a ultramarin. Na rozdíl od ultramarinu, který se dovážel z Asie přes moře (ultra-marinum), byla ložiska azuritu v Evropě (např. na území dnešního Maďarska) celkem běžná, odtud jeho staré označení citramarin (citra-marinum). Azurit je významný i pro datování vrstev, neboť je v Evropě vázán téměř výhradně na středověkou deskovou malbu temperou (začátkem 18. století byl poměrně rychle vytlačován pruskou modří).

Elektronová mikroskopie

Tato metoda se používá pro analýzu povrchu materiálů. V rastrovacím elektronovém mikroskopu (viz Vesmír 77, 381, 1998/7) jsou elektrony urychlovány v rozsahu 1 až 30 kV a fokusovaný svazek primárních elektronů o průměru přibližně 1 m dopadá na předem vybrané místo vzorku. Při interakci elektronů s povrchem vznikají odražené elektrony, sekundární elektrony, viditelné světlo a rentgenové záření.

Díky tomu, že se sekundární elektrony ve větší míře absorbují na „bližší“ místa nerovného povrchu, kreslí přesvědčivě jeho topografii i morfologii zrn. Dopadající elektrony jsou zase ve větší míře odráženy atomy s vyšším protonovým číslem, zvýrazní se tedy při jejich detekci chemický kontrast – místa s obsahem těžších prvků jsou světlejší. Některé detektory odražených elektronů navíc umožňují práci pod nízkým tlakem plynu, nikoliv v úplném vakuu. Ionizovaný plyn pak nahrazuje pokovení povrchu vzorku, které by jinak bylo nezbytné, aby byl povrch vodivý. Neztrácí se tak barevná informace a nábrus vzorku není třeba dělat znova. Detektory charakteristického rentgenového záření měří jeho energii nebo vlnovou délku, a tím odhalí prvkové složení v místě dopadu elektronů. Díky tomu lze identifikovat řadu anorganických materiálů použitých v barevné vrstvě. Doménou elektronové mikroskopie při průzkumu malby je tedy především detail, chemický kontrast, prostorové vidění a samozřejmě elektronová mikroanalýza prvkového složení.

Chemický kontrast. Jsou-li potlačeny morfologické prvky a efekty elektrického nabíjení povrchu vzorku, souvisí šedý odstín na obrázku odražených elektronů téměř výhradně s průměrným atomovým číslem přítomných prvků – čím světlejší šeď, tím těžší prvky vrstva obsahuje. Lze tak velmi snadno v detailu rozlišit například tenké a fragmentární linky olovnaté běloby (jsou těžší, protože převažuje olovo), laky a izolace (jsou lehčí, protože převažuje uhlík). Tam, kde by optický mikroskop nerozlišil žádné příznaky vnitřní heterogenity, rozliší elektronový mikroskop i několik materiálově odlišných převrstvení (obrázek).

Prostorové vidění. O tom, jakým způsobem se kladlo plátkové zlato na deskovou malbu či polychromovanou plastiku, se můžeme přesvědčit v detailech olejového zlacení (obrázek): Je jeden druh olejového podkladu, jenž je dokonalý na zdi, na tabulovém obraze, na skle i na železe a na každém místě a dělá se takto: Vezmeš na slunci či na ohni vyhřátý olej a utřeš s ním trochu olovnaté běloby nebo měděnky. …Chceš-li, aby lepkavý olejový podklad zrál osm dní, než se může zlato klásti, nedávej do něj měděnky. Chceš-li, aby zrál jen čtyři dny, dej jí malounko. Chceš-li, aby byl chytlavý od nešpor do nešpor, dej do něj hodně měděnky a ještě kousek bolusu. A kdyby se stalo, že by tě někdo zrazoval od přidávání měděnky, ježto na zlatě hlodá, nech jej vymluvit a řekni mu: mám to vyzkoušeno, že zlato se dobře udrží. Tak popisuje výrobu olejového podkladu pod zlacení Cennino Cennini (1437). Existuje řada podobných receptur, ale na vlastním principu lepení tence vytepaných zlatých lístků se po staletí nic neměnilo, různý byl jen výběr přísad urychlujících zasychání oleje (častější než měděnka byl žlutý oxid olovnatý neboli klejt a také okry). Převaha oleje způsobuje velmi tmavý vzhled vrstvy v odražených elektronech, vlastní zlacení je pak druhotně překryto vrstvou bílé přemalby (obrázek). Místo oleje se jako podklad pod zlacení používal také arménský bolus – mastný červený jíl, o jehož přesném minerálním složení se dodnes diskutuje. Staří mistři jej však poznali snadno. Podle Cennina Cenniniho: Vezmi bolusu arménského, ale ber jen dobrý. Zkus jej rtem a chytá-li dobře, je pravý.

Cesta do minulosti

Ve dvou vybraných ukázkách letmo nahlédneme pod povrch uměleckého díla.

• Nejprve si všimneme nástěnné malby v klenbě kaple Sv. Anny ¹⁾ v Horním Městě u Rýmařova. V tomto případě je situace celkem jasná. Dobře doložená přemalba z r. 1928 zcela překryla původní dílo Ignáce Oderlitzkého z r. 1746. Překvapivé je pouze to, jak dobře byla původní malba pod nánosem přemaleb zachována (obrázek a obrázek). Jestliže se podíváme na příčný řez vzorkem odebraným z modré drapérie Panny Marie (obrázek), zjistíme, že lze přemalbu od původní barokní malby odlišit celkem spolehlivě, stačí pozorovat barvu a tvar. Spodní barokní modrá vyniká ostrohrannými střepy smaltu, které nelze zaměnit s žádným jiným pigmentem té doby. Toto amorfní kobaltové sklo se nanášelo vždy jen hrubě drcené, neboť třením ztrácí barevnou intenzitu. V Evropě jeho používání časově navazuje na těžbu kobaltových rud (minerálu smaltinu), dokumentovanou až od 15. století. Je běžné v nástěnné malbě a olejomalbě baroka a postupně mizí počátkem 19. století. Nástup přemaleb v daném vzorku nejsnáze prozradí nápadná zelená fluorescence zinkové běloby (obrázekb), která póry a prasklinami zatéká do původní malby. V zinkové bělobě jsou rozmíchána izometrická zrnka jiného modrého pigmentu – umělého ultramarinu (jeho použití se rozšířilo až počátkem 19. století), a navíc i uhlíkaté černi. V nejsvrchnější lazurní vrstvě lze zjistit i hnědočervené tónování železitými okry.
• Druhým dílem, jehož si všimneme, je polychromovaná plastika Ukřižovaný ²⁾ v Opavě. V tomto případě je situace poněkud složitější. Pod celkem fádním dnešním vzhledem této plastiky se ukrývá velké množství přemaleb, což bývá pro polychromie typické – jejich výraz byl často upravován při slavnostních příležitostech. V příčném řezu vzorkem odebraným z defektu u hřebu na noze můžeme napočítat až 33 různých vrstev. Většinou jsou to bílé nebo slabě tónované vrstvy, ale jedna sytě červená rumělková přemalba dává tušit, že kdysi tímto místem vedla stopa Kristovy krve. Většina přemaleb pochází až z 19. a 20. století (obrázek). Ačkoliv je originál podle uměleckého stylu datován do druhé poloviny 18. století, elektronová mikroanalýza nejstarší dochované vrstvy (přímo na dřevě) přináší zklamání – podklad obsahuje barium, síru a zinek ve stechiometrickém poměru odpovídajícím mechanické směsi síranu barnatého a sulfidu zinečnatého. Právě taková směs se pod označením lithopon v podkladech používala – jenže až od r. 1870. Původní barevné vrstvy včetně podkladu byly tedy pozdějším uměleckým zásahem zcela odstraněny.

Co chtěl malíř říci

Malířskou technikou se rozumí souhrn všech metod a způsobů, jimiž umělec fixoval barevné vrstvy na podklad malby. Logika této výstavby, vycházející z dobových technologických předpisů a řemeslné úrovně daného malíře, však nebyla vždy dodržena. Pokaždé je třeba počítat s jistou mírou autorské invence, pramenící z neuchopitelných představ, plánů a vizí. Pro přírodovědce to znamená, že musí počítat s jistým podílem výjimek z pravidel, v moderním umění pak často i s jejich záměrným popíráním. Těmi, kdo s plným porozuměním mohou vysvětlovat důvody takových projevů, jsou restaurátoři a historici umění. Mikroskopické metody jim nejen přiblíží malbu v detailu a řeknou mnoho o použitých materiálech, ale především otevřou a rozkreslí třetí rozměr obrazu, v němž je zachycen jeho časový vývoj. Díky tomu může každý z obrazů vyprávět svůj příběh.