Inside an Arnoldi Mushroom: Minimally Invasive Multi-Analytical Characterisation of a Nineteenth-Century Papier-Mâché Object
본 연구는 손상을 방지하기 위해 레이저 매개변수를 최적화하면서 아르놀디 컬렉션의 취약한 19세기 종이 가공(papier-mâché) *Amanita muscaria* 모델의 재료, 안료 및 내부 구조를 규명하기 위해 XRF, Raman, LIBS, UVF 촬영 및 X-ray CT를 결합한 최소 침습적 다중 분석 접근법을 입증한다.
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말린 잎사귀처럼 연약하면서도 소우주처럼 복잡한 역사의 한 조각을 손에 쥐고 있다고 상상해 보십시오. 이것이 바로 종이 죽과 풀로 만들어져 가구부터 교육용 모델에 이르기까지 모든 것을 만드는 데 사용되었던 재료인 파피에 마셰(papier-mâché)를 다루는 보존 과학자들의 현실입니다. 수 세기 동안 이 물체들은 소중히 여겨져 왔지만, 동시에 믿을 수 없을 정도로 섬세합니다. 과학자들이 이 물체가 무엇으로 만들어졌는지, 즉 어떤 안료가 사용되었는지 또는 그 안에 무엇이 숨겨져 있는지 알고 싶을 때, 그들은 어려운 선택에 직면합니다. 전통적인 방식은 물체의 아주 작은 조각을 떼어내야 하는 경우가 많은데, 이는 유물을 손상시킵니다. 더 새로운 방법들은 강력한 레이저나 X선을 사용하여 물체에 손을 대지 않고 재료를 읽어내지만, 이 도구들조차 극도로 주의를 기울이지 않으면 표면을 태우거나 변형시킬 수 있습니다. 과제는 단 하나의 흔적도 남기지 않고, 혹은 적어도 육안으로는 보이지 않을 만큼 미세한 흔적만을 남기면서 물체의 화학적 성분과 구조를 깊이 들여다볼 방법을 찾는 것입니다. 모든 것을 알아내려는 욕구와 아무런 해를 끼치지 않아야 한다는 사이의 이 균형은 현대 문화유산 과학의 핵심적인 난제입니다.
최근 한 연구에서 연구진은 역사적으로 중요한 특정 대상인 19세기 독버섯(fly agaric) 모델을 조사함으로써 이 난제를 해결했습니다. 이 모델은 하인리히 요하네스 아르놀디(Heinrich Johannes Arnoldi)가 만든 유명한 균류 교육 도구 컬렉션의 일부입니다. 이 물체는 선명한 붉은색 버섯에 흰색 점이 있고, 탈착 가능한 갓이 달린 나무 받침대 위에 놓여 있으며, 1세기가 넘는 교실 수업의 세월을 견뎌냈습니다. 이 물체를 안전하게 연구하는 방법을 이해하기 위해, 팀은 먼저 자신들만의 연습용 모델을 만들었습니다. 그들은 원래의 버섯을 모방하기 위해 종이 죽으로 작은 복제품을 만들고, 산화철 적색과 황색 산화철을 포함한 알려진 안료로 채색했습니다. 그런 다음 그들은 이 복제품들에 세 가지 서로 다른 과학적 기법을 테스트했습니다. 하나는 원소를 식별하기 위해 X선을 사용하는 것이고, 다른 하나는 재료의 구성을 읽기 위해 레이저로 작은 빛나는 플라스마를 만드는 것이며, 세 번째는 분자 구조를 식별하기 위해 또 다른 종류의 레이저를 사용하는 것이었습니다. 연습용 모델에 레이저의 출력과 타이밍을 정밀하게 조정함으로써, 그들은 페인트가 탁해지거나 타기 시작하기 전까지 얼마나 많은 에너지를 사용할 수 있는지를 정확히 찾아냈습니다. 그들은 가장 민감한 붉은색 페인트의 경우, 손상을 피하기 위해 매우 특정한 낮은 설정을 사용해야 하는 반면, 다른 색상들은 약간 더 많은 에너지를 견딜 수 있다는 것을 발견했습니다.
설정을 완벽하게 마친 후, 팀은 실제의 취약한 버섯 모델로 관심을 돌렸습니다. 그들은 동일한 부드러운 레이저 기술과 물체의 내부를 투시할 수 있는 X선 이미징을 적용했습니다. 결과는 이 버섯이 어떻게 만들어졌는지와 무엇으로 구성되어 있는지에 대한 상세한 이야기를 밝혀주었습니다. 버섯 갓의 붉은색과 노란색은 납 기반 안료, 구체적으로는 19세기에 흔히 쓰였던 적연(red lead)과 크롬 옐로(chrome yellow)임이 확인되었습니다. 흰색 점들은 종이 죽과 아연 및 바륨 화합물이 포함된 마감층의 혼합물로 밝혀졌으며, 이는 자외선 아래에서 독특한 광채를 냈습니다. 연구진은 또한 이 버섯이 단순히 종이로 된 빈 껍데기가 아니라는 사실을 발견했습니다. 줄기와 커다란 갓 내부에는 구조적 지지를 제공하는 나무 심재가 들어 있었습니다. 이 내부의 나무 막대들은 완벽하게 곧지는 않았으며, 나무와 외부 종이 층 사이의 이러한 미세한 불일치가 시간이 흐름에 따라 스트레스를 유발하여 재료를 관통하는 균열을 일으켰습니다.
이 연구는 또한 물체의 숨겨진 구조 층을 밝혀냈습니다. 버섯의 밑동은 나무로 만들어졌고 그 위를 실제 이끼로 덮었으며, 이 이끼는 자외선 아래에서 푸르게 빛나는 접착제로 붙여져 있었습니다. 종이 죽 자체는 셀룰로오스 섬유와 탄산칼슘, 그리고 석영과 점토 같은 규산염 광물이 채워진 혼합물이었습니다. 아마도 가장 중요한 것은, 연구진이 자신들의 신중한 접근 방식이 효과적이었음을 확인했다는 점일 것입니다. 테스트 과정에서 붉은 페인트가 아주 조금 제거된 거의 보이지 않는 지점을 제외하고, 레이저 분석은 물체를 온전한 상태로 남겨두었습니다. 이러한 성공은 섬세하게 채색된 역사적 물체의 비밀을—그 재료, 구조, 그리고 숨겨진 결함까지—큰 해를 끼치지 않고 밝혀내는 것이 가능하다는 것을 입증합니다. 이 연구 결과는 보존 과학자들이 이 특정 버섯 모델을 어떻게 보존할지 이해하는 데 도움을 줄 뿐만 아니라, 전 세계 박물관의 다른 섬세한 유물들을 연구하기 위한 이정표를 제공하여, 이 역사적 조각들이 미래 세대를 위해 이해되고 보호될 수 있도록 보장합니다.
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