Analytical study of waterlogged ivory from the Bajo de la campana site (Murcia, Spain)

[EN] This work reports an analytical study conducted prior to the conservation intervention of a collection of elephant tusks excavated from a wreck site of a 600-500 BC Phoenician trading vessel in Bajo de la campana (Murcia, Spain). The conservation state of ivory, determined by prolongated immersion in a marine environment, was established by a multi-technique methodology: light microscopy, field emission scanning electron microscopy X-ray microanalysis (FESEM-EDX), X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), spectrophotometry and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The analyses demonstrated that the structure and composition of both tusk parts, namely the inner ivory and outer cementum, were altered due to characteristic diagenetic processes of a marine environment. Ca enrichment was observed in both tusk parts, which gave higher Ca/P molar ratio values than for ideal hydroxyapatite. Mg leaching was observed, together with uptake of exogenous elements (F, Cl, Si, Al, S, Na, Fe, Cu, Sr, Pb, Sn, Ag, V, Ni, Cd and Zn), which were prevalently identified in the external tusk part. Uptake of S and Fe was associated with the neoformation of pyrite framboids. The high carbonate content measured by FTIR, which agreed with the higher Ca/P ratios found in the archaeological tusk, was ascribed to the carbonate substitution of phosphate groups (type-B) in the bioapatite accompanied by some authigenic calcium carbonate that infilled ivory. An increased degree of crystallinity was observed when comparing the values of several crystallinity indices found in the archaeological bioapatite with those of a modern tusk, used as the reference material. Increased crystallinity prevalently took place in the cementurn. In accordance with increased crystallinity, the HPO42- content index indicated that the hydrated layer of bioapatite nanocrystals diminished in the archaeological tusk, and prevalently in the cementum. All these changes correlated with the significant organic matter loss reported for the archaeological tusk. Interestingly, remaining collagenous matter noticeably altered with enrichment in glycine and depletion in acid amino acids. Changes in the secondary structure of proteins were also recognised and associated with collagen gelatinisation. In addition to proteinaceous materials, small amounts of long-chain fatty acids, monoglycerides and cholesteryl oleate were identified by GC-MS. Cholesteryl oleate was associated with blood, which could have precipitated at the time of specimen death. The identification of large amounts of pyrite framboids and the high oleic acid/palmitic acid ratio in the archaeological tusk suggested minimal oxidative degradation processes, probably due to the slightly anoxic conditions of the underwater Bajo de la campana site environment. (C) 2016 Elsevier B.V. All rights reserved.The authors wish to thank CITES Espana and Direccion General de Bienes Culturales y Ensenanzas Artisticas, de la Consejeria de Educacion, Cultura y Universidades de la Comunidad Autonoma de la Region de Murcia, Museo Nacional de Arqueologia Subacuatica. Financial support is gratefully acknowledged from Spanish "I + D + I MINECO" projects CTQ2011-28079-CO3-01 and 02 and CTQ2014-53736-C3-1-P supported by ERDEF funds. The authors also wish to thank Mr. Manuel Planes and Dr. Jose Luis Moya, technical supervisors of the Electron Microscopy Service of the Universitat Politecnica de Valencia.Domenech Carbo, MT.; Buendía Ortuño, MDM.; Pasies Oviedo, T.; Osete Cortina, L. (2016). Analytical study of waterlogged ivory from the Bajo de la campana site (Murcia, Spain). Microchemical Journal. 126:381-405. https://doi.org/10.1016/j.microc.2015.12.022S38140512

LA CONSERVACIÓN DEL MARFIL DE PROCEDENCIA SUBACUÁTICA: LAS DEFENSAS DE ELEFANTE DEL BAJO DE LA CAMPANA (SAN JAVIER, MURCIA) DEL MUSEO NACIONAL DE ARQUEOLOGÍA SUBACUÁTICA

[EN] This thesis has been conceived as an original research work due to the development of archaeological excavation at underwater site Bajo de la Campana, San Javier (Murcia), under the agreement signed between The Ministry of Culture of Spain and The Institute of Nautical Archaeology, Texas A&M University, through out 2007-2011. As a result of these works an extraordinary cargo of a Phoenician shipwreck was recovered, which is deposited at The National Museum of Underwater Archaeology of Cartagena. They stand out for their uniqueness, sixty six Phoenician elephant tusks and tusks fragments, some with inscriptions. This find testify, for the first time, Phoenician ivory trade in the Iberian Peninsula. The museum's conservation laboratory has continued the work begun with the agreement and currently has, as one of its main working lines, the conservation of Bajo de la Campana's Phoenician cargo, for which has been implemented a conservation program that provides actions before, during and after underwater archaeological excavation. Due to the fact that not many conservation procedures are known, the research done as part of this thesis aims to establish the best strategies for waterlogged archaeological ivory conservation. In this research different issues have been dealt with, such as the study of the composition and hierarchical structure of ivory, the impact of marine environment alteration factors as well as the deterioration processes it generates. These tasks have helped us to find appropiate conservation procedures suitable to waterlogged ivory special features, according to conservation ethical codes. Through the practical phase of this research we have characterized waterlogged archaeological ivory from Bajo de la Campana, undegraded modern ivory and site burial conditions, that have allowed us to define their conservation initial state, the extent of degradation and how it affects their original physical-mechanical properties. Since traditional drying and consolidation procedures are not effective for waterlogged archaeological ivory, we have worked with plastination procedure, a method borrowed from medicine. This study has tested this procedure on Bajo's waterlogged archaeological ivory and, as a result, the satisfactory effectiveness of this method has been demostrated, becoming a suitable alternative to preserve ivory.[ES] La presente tesis doctoral se concibe como una investigación original llevada a cabo a raíz del proyecto de intervención arqueológica en el yacimiento subacuático del Bajo de la Campana, San Javier (Murcia), que se desarrolló en virtud del Convenio firmado entre el Ministerio de Cultura de España y el Institute of Nautical Archaeology de la Texas A&M University durante el periodo 2007-2011. Como resultado de estos trabajos de intervención arqueológica se ha recuperado el extraordinario cargamento de un pecio fenicio, que se encuentra depositado en el Museo Nacional de Arqueología Subacuática de Cartagena. Por su singularidad destacan sesenta y seis ejemplares de defensas y fragmentos de defensa de elefante de época fenicia, algunas de ellas con inscripciones que documentan, por primera vez, el comercio eborario en época fenicia en nuestra península. El laboratorio de conservación y restauración del museo ha continuado con los trabajos iniciados en el arriba mencionado convenio y actualmente tiene, como una de sus líneas de trabajo, la conservación de los materiales recuperados del mismo que se concreta en la implementación de un programa de conservación que contempla actuaciones ANTES, DURANTE y DESPUÉS de la intervención arqueológica subacuática. La investigación realizada en esta tesis doctoral tiene como objetivo establecer estrategias óptimas para la conservación del marfil de procedencia subacuática. Esta investigación nace de la necesidad de conservar estas defensas de elefante, ya que son escasos los procedimientos de conservación conocidos por su escasa presencia en los yacimientos arqueológicos. En la investigación se han contemplado diferentes aspectos, tales como el estudio de la composición y estructura jerárquica del marfil, la comprensión del impacto de los factores de alteración propios del medio subacuático así como de los procesos de deterioro que generan. Todos estos aspectos han aportado luz acerca de los procedimientos de conservación más adecuados, que responden a las especiales características del marfil de procedencia subacuática, en concordancia con los criterios deontológicos de la conservación. A través de la fase práctica del trabajo de investigación hemos caracterizado marfil arqueológico anegado procedente del Bajo de la Campana que, por comparación con marfil no degradado y el estudio de las condiciones de enterramiento en el yacimiento, nos ha permitido definir su estado de conservación, la extensión de su degradación y cómo afecta a sus propiedades físico-mecánicas originales. Debido a que los tratamientos de secado y consolidación tradicionales no resultan efectivos para este tipo de material, hemos profundizado en la valoración de la aplicabilidad a piezas de marfil arqueológico subacuático de un procedimiento diseñado inicialmente para otras disciplinas, como es el procedimiento de la plastinación en medicina. El estudio llevado a cabo ha ensayado este procedimiento en el marfil arqueológico anegado del Bajo de la Campana, demostrándose una satisfactoria efectividad, lo cual hace que este método constituya una posible alternativa a la conservación del marfil de procedencia subacuática.[CA] La present tesi doctoral es concep com una investigació original duta a terme arran del projecte d'intervenció arqueològica al jaciment subaquàtic del Bajo de la Campana, San Javier (Múrcia), que es va desenvolupar gràcies al conveni signat entre el Ministeri de Cultura d'Espanya i l'Institute of Nautical Archaeology de la Texas A & M University durant el període 2007-2011. Com a resultat d'aquests treballs d'intervenció arqueològica s'ha recuperat un carregament extraordinari d'un vaixell fenici, que es troba dipositat en el Museo Nacional de Arqueología Subacuática de Cartagena. Per la seva singularitat destaquen seixanta-sis exemplars de defenses i fragments de defensa d'elefant d'època fenícia, algunes d'elles amb inscripcions que documenten, per primera vegada, el comerç d'ivori en època fenícia a la Península Ibèrica. El laboratori de conservació i restauració del museu ha continuat amb els treballs iniciats en l'esmentat conveni i actualment té, com una de les seves línies de treball, la conservació dels materials recuperats del mateix que es concreta en la implementació d'un programa de conservació que contempla actuacions ABANS, DURANT i DESPRÉS de la intervenció arqueològica subaquàtica. La investigació realitzada en aquesta tesi doctoral té com a objectiu establir estratègies òptimes per a la conservació de l'ivori de procedència subaquàtica. Aquesta investigació neix de la necessitat de conservar aquestes defenses d'elefant, perquè són escassos els procediments de conservació coneguts per la seva escassa presència en els jaciments arqueològics. En la investigació s'han tingut en compte diferents aspectes, com ara l'estudi de la composició i estructura jeràrquica de l'ivori, la comprensió de l'impacte dels factors d'alteració propis del medi subaquàtic, així com dels processos de deteriorament que generen. Tots aquests aspectes han aportat llum sobre els procediments de conservació més adients, que responen a les especials característiques de l'ivori de procedència subaquàtica, en concordança amb els criteris deontològics de la conservació. A través de la fase pràctica del treball de recerca hem caracteritzat l'ivori arqueològic negat per les aigües procedent del Bajo de la Campana que, per comparació amb ivori no degradat i l'estudi de les condicions de soterrament en el jaciment, ens ha permès definir l'estat de conservació, l'extensió de la seva degradació i com afecta a les propietats físico-mecàniques originals. Perquè els tractaments d'assecatge i consolidació tradicionals no resulten efectius per a aquest tipus de material, hem aprofundit en la valoració de l'aplicabilitat a peces d'ivori arqueològic subaquàtic d'un procediment dissenyat inicialment per a altres disciplines, com és el procediment de la plastinació en medicina. L'estudi dut a terme ha assajat aquest procediment en l'ivori arqueològic negat per les aigües del Bajo de la Campana, demostrant-se una satisfactòria efectivitat, la qual cosa fa que aquest mètode constitueixi una possible alternativa a la conservació de l'ivori de procedència subaquàtica.Buendia Ortuño, MDM. (2016). LA CONSERVACIÓN DEL MARFIL DE PROCEDENCIA SUBACUÁTICA: LAS DEFENSAS DE ELEFANTE DEL BAJO DE LA CAMPANA (SAN JAVIER, MURCIA) DEL MUSEO NACIONAL DE ARQUEOLOGÍA SUBACUÁTICA [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/6177