Ein internationales Forschungsteam hat herausgefunden, wodurch sich eines der beliebtesten Pigmente renommierter Maler des 19. und 20. Jahrhunderts zersetzt. Mit Hilfe verschiedener Methoden, darunter modernste Techniken an den Lichtquellen ESRF in Frankreich und PETRA III bei DESY in Hamburg, haben sie aufgedeckt, wie Licht und Feuchtigkeit die Meisterwerke im Laufe der Zeit beeinflussen, und eine Strategie zu deren Schutz und Überwachung vorgeschlagen. Die Ergebnisse wurden jetzt in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht.

Im 19. Jahrhundert brachte die zweite industrielle Revolution bedeutende Fortschritte in der Chemie mit sich: synthetische Pigmente wurden entwickelt, die die Kunst revolutionierten. Dazu gehörte auch „Smaragdgrün“, ein leuchtendes Kupferarsenit-Pigment, das wegen seiner Brillanz und Intensität geschätzt wurde. Smaragdgrün wurde von bekannten Malern des späten 19. und frühen 20. Jahrhunderts verwendet, darunter Paul Cézanne, Claude Monet, Vincent van Gogh, Edvard Munch und Robert Delaunay. Einige dieser Maler, darunter Van Gogh, erkannten schnell, dass sich die Farbe mit der Zeit veränderte, ihre ursprüngliche Brillanz verlor, Risse bildete und Oberflächenverformungen verursachte. Später stellte sich heraus, dass sie auch hochgiftig war.

Nach Ansicht der Forschenden zerfällt Smaragdgrün, weil seine chemische Zusammensetzung unter Lichteinwirkung, Feuchtigkeit und bestimmten atmosphärischen Gasen sehr instabil ist. Diese Bedingungen können dazu führen, dass das Pigment reagiert und Arsenverbindungen freisetzt, seine Farbe verändert oder dunkle Kupferoxide bildet. „Es war bereits bekannt, dass Smaragdgrün mit der Zeit zerfällt, aber wir wollten genau verstehen, welche Rolle Licht und Feuchtigkeit bei dieser Zersetzung spielen“, erklärt Letizia Monico, leitende Forscherin am Institut für Chemische Wissenschaften und Technologien „Giulio Natta“ (SCITEC) des CNR in Italien, Korrespondentin und Erstautorin der Veröffentlichung, zusammen mit Sara Carboni Marri, einer ehemaligen Doktorandin aus derselben Forschungsgruppe. Die Studie zielt darauf ab, Strategien zur Erhaltung der Meisterwerke, die dieses Pigment enthalten, zu verbessern und neue Methoden zur Überwachung ihres Erhaltungszustands zu entwickeln.

Mit diesen Zielen führte das Team mithilfe verschiedener Methoden eine Untersuchung von Farbmustern, historischen Gemälden und entsprechenden Mikroproben über mehrere Längenskalen hinweg durch. Zunächst untersuchten sie das berühmte Ölgemälde „Die Intrige“ des belgischen Künstlers James Ensor aus dem Jahr 1890 in einer nicht-invasiven In-situ-Analyse im Makrobereich. Ziel war es, die Zusammensetzung und den Erhaltungszustand der grünen Flächen zu beurteilen und geeignete Stellen für die Entnahme von Mikroproben zu identifizieren. Anhand der von Wissenschaftler:innen der Universität Antwerpen gewonnenen Daten konnte das Team die besten Stellen für die Entnahme kleiner Proben des grünen Pigments identifizieren. Mit diesen Proben kam das Team dann zu ESRF und PETRA III, um die in den jeweiligen Einrichtungen erzeugten Röntgenstrahlen zu nutzen. Das Team führte mikroskalige Röntgenanalysen an mehreren ESRF-Strahlführungen und der Strahlführung P06 bei PETRA III durch. Anschließend kombinierten sie diese Ergebnisse mit den Ergebnissen einer makro- und mikroskaligen lichtbasierten Analyse von künstlich gealterten, im Labor hergestellten Ölfarbenmodellen und historischen Farben, darunter eine Ölfarbentube des norwegischen Malers Edvard Munch.

Die Modelle, die die Zusammensetzung von Ensors Gemälde nachahmten, waren entscheidend für die Entdeckung, dass Licht und Feuchtigkeit unterschiedliche Alterungsprozesse bei Smaragdgrün in Ölfarben auslösen. Die Forschenden fanden heraus, dass Feuchtigkeit die Bildung von Arsenolith fördert, einer kristallinen Verbindung, die die Farbe spröde und anfällig für Abblättern macht. Licht hingegen löst die Oxidation der Arsenverbindung aus, was zu einer dünnen weißlichen Schicht führt, die die Farbe matt macht – und dies ähnelt am ehesten den degradierten Pigmenten in „Die Intrige“, die bei ESRF und PETRA III analysiert wurden.

„Diese Ähnlichkeiten stützen die Schlussfolgerung, dass die photooxidative Zersetzung durch Licht das ursprüngliche Smaragdgrün von „Die Intrige“ verändert hat“, sagt Geert Van der Snickt, Mitautor und Professor an der Universität Antwerpen. Daraus entwickelte das Team eine Strategie für Museen, um den Erhaltungszustand von smaragdgrünen Farben in Kunstwerken zu erkennen und zu überwachen. Mikro-Röntgen- und Infrarotanalysen können Abbauprodukte nachweisen und ergänzen damit die traditionelleren kolorimetrischen Beobachtungen. Die Forschenden demonstrierten auch eine praktische, nicht-invasive Technik namens externe Reflexions-Infrarotspektroskopie zur Beurteilung von Gemälden direkt in Museen. Diese Methode ist besonders empfindlich für die Infrarotsignale der Abbauprodukte, die oxidiertes Arsen enthalten, und ermöglicht es Restauratorinnen und Restauratoren, veränderte Bereiche der Farbe im Makrobereich zu identifizieren.

Das Team wurde von SCITEC-CNR und dem Fachbereich Chemie, Biologie und Biotechnologie der Universität Perugia in Italien geleitet und bestand aus Wissenschaftler:innen von ESRF, DESY und der Universität Antwerpen.

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