sipan esplendor e mistério das tumbas reais da cultura mochica

SIPÁNSplendor and Mystery of the

Royal Tombs of the Mochica Culture

PIXE, RBS and ICP-MS Analysis of a Moche Archeological Artifact

Manfredo H. TabacniksInstituto de Física USP

• Erich Saettone • José AS da Matta• Ricardo M. O. Galvão• José F. D. Chubaci• Walter Alva (Museu Brüning, Peru)• Márica CA Fantini• Pedro Kiyohara

• Viveu no Vale Mocha, junto aos Andes, norte do Peru, 1 AC e 7 DC.

• Sociedade com grande desenvolvimento tecnológico, artístico e uma complexa organização.

• Inovaram na tecnologia e metalurgia, com extensivo uso de cobre para ornamentos, armas e ferramentas.

• Desenvolveram uma sofisticada técnica para douração do cobre por uma camada de ouro extremamente fina e homogênea.

Em 1987 com a descoberta da Tumba Real de Sipán, (Sipán = Templo da Lua) temos pela primeira vez um vislumbre do

explendor e grandiosidade de seus soberanos e podemos reconstruir a história dessa extraordinária cultura (Walter Alva, 2000).

Alva, W. Sipan, Discovery and Research, Lima: Quebecor Perú, 2000.

A cultura Mochica

O funeral do Lorde de Sipán e 8 companheiros, 300DC.


Câmara funerária


Craftwork technology“sheet-metal work”

• Electrochemical replacement plating

• Depletion gilding or silvering

Lechman, 1984. Sci. Am. 250 38

ELECTROCHEMICAL REPLACEMENT PLATING

gold + water + NaCl + KNO3 + KAl(SO4)2 • 12H2O

Alkalize the solution to pH = 9

A fine gold coating can be formed on copper by dipping it in the solution for approximately 5 minutes. The golden film can be fixed by annealing it at 500 to 800 °C.


Corrosive minerals

DEPLETION GILDING

TUMBAGA = copper + silver + gold


Cold hammering

AnnealRemove the copper oxide on the surface

Remove the silver on the surface using a corrosive mineral mixture

Chocalhoscencerros

peça para análise

LIMPEZA

Pincel umedecido com acetona;

•Limpeza por desbaste atômico em reator de plasma ECR (Electron-Cyclotron-Resonance) em câmara de vácuo.•Plasma de argônio, 2 x 10-5 mbar.•Fonte RF 13,56Mz, 40W

Laboratório de Física de Plasmas, IFUSPErich Saettone, Prof. Ricardo M.O.Galvão

e- temperature = 12eV

ne = 5.1015 m-3

plasma potential = 25 VRF power = 40 W

Resultado da limpeza por plasma

He+ Eo

E'

RBS Rutherford Backscattering Spectrometry

Concentração absoluta (at/cm2) e perfil em profundidadeAlcance (feixe com 2MeV): H+ ~30µm, He+ ~2µmSensibilidade < 1012 Au/cm2

Rápido (~10min)

Raio X

H+PIXE Particle Induced X-Ray Emission

Concentração absoluta (at/cm2)Alcance (feixe com 2MeV): H+ ~30µmSensibilidade < 1012 Au/cm2 ou ~ppm bulkAlta resolução para elementos vizinhosRápido (~10min)

Análise de Materiais por Feixe IônicoFeixes (haz) de íons com ~2 MeV

LAMFI - Laboratório de Análise de Materiais com Feixes Iônicos

PIXEParticle Induced X-Ray Emission

RBSRutherford Backscattering Spectrometry

Estratégia de Análise

Região negra2 amostras

a) superficial (2,5μm)b) profunda (30μm)

Região dourada1 amostra

superficial (2,5μm)

Análise PIXE da mancha dourada

Análise PIXE da matriz negra

Espectro RBS da mancha dourada e sua simulação teóricafeixe de He+, 2,4 MeV (alcance ~2 µm)

Ag Ausuperfícies

Espectro RBS da mancha dourada e sua simulação teóricafeixe de H+, 2,4 MeV (alcance ~20 µm)

Au

AgCu

relative concentration

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

0 1 2 3depth (µm)

goldsilvercopper

Composição relativa da “mancha dourada”

Espectro RBS da região negra (matriz)feixe de He+, 2,4 MeV (alcance ~2 µm)

supe

rfíci

e C

u

supe

rfíci

e C

l

supe

rfíci

e O

Análise ICP-MS com laser ablation

ELAN 6000 - Perkin ElmerLaser Nd:YaG, 10mJ por “tiro”. Furos com 10 ou 30µm de profundidade e cerca de 30 µm de diâmetro. 320 “tiros” em 90s.

Escolhidos tres pontos na amostra:• mancha dourada• matriz superfície (região negra)• matriz fundo (região negra, ~20µm)

Perfil em profundidade para alguns elementos (Au, Cu, Ag, O, Cl..)

Uma análise para “todos” os elementos nos mesmos tres pontos.

ICP-MS

+

nebulizador tocha6000 °C

conesamostradore separador

lentefiltro e/m quadrupolo eletrostático

detector

aerosolsólido

gásátomos íons

desbaste por laser

Nd YAG

Ar

vácuo

ICP-MS

amostranebulizada

spray chamber

tocha deplasma 6000°C

válvulaalto vácuo

sampler andskimmer cones lente

filtro quadrupoloeletrostático

injetordetector

Vácuo 10-5 t

ICP-MS: limites de detecção (líquidos)

1-10 ppt

<1 ppt

0.1 - 1 ppb10 ppb

Análise ICP-MS com laser ablation (mancha dourada)

goldperu4

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6depth ±20% (µm)

107Ag

197Au

ratio to coppergoldperu4

1.0E+04

1.0E+05

1.0E+06

1.0E+07

1.0E+08

0 2 4 6 8 10depth ±20% (µm)

A63 CuA107 AgA197 Au

ouro

cobre

prata

Au/Cu

Ag/Cu

goldperupreto2

1.E+02

1.E+03

1.E+04

1.E+05

1.E+06

1.E+07

1.E+08

0 2 4 6 8 10 12depth (µm)

A63 CuA107 AgA197 AuA35 ClA60 Ni

Análise ICP-MS com laser ablation (matriz fundo)

Cu

Au

Ag

Cl

Ni

Análise ICP-MS com laser ablation (matriz fundo)

goldperupreto2

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

0.18

0.20

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18depth ±20% (µm)

197Au

107Ag

35Cl

60Ni

ratio to copper

Au/Cu

Ag/CuCl/Cu Ni/Cu

elem% rel cobre

1.E-03

1.E-02

1.E-01

1.E+00

1.E+01

1.E+02

Cu Cl S Au Ag Si Se Al K P Zn Ni As Te Pb Hg Gd Mo Ba Sm U Ga Mg Nd Dy Yb Er Ge Co Pd Pt Cd

elem%rel ouro

1.E-04

1.E-03

1.E-02

1.E-01

1.E+00

1.E+01

Cu Cl S Au Ag Si Se Al K P Zn Ni As Te Pb Hg Gd Mo Ba Sm U Ga Mg Nd Dy Yb Er Ge Co Pd Pt Cd Sb Sr Rh Hf Sn Fe

matriz raso matriz fundo dourado

Análise ICP-MS: razão elementar para o Cu e Au

??

?

?

1.E-03

1.E-02

1.E-01

1.E+00

1.E+01

1.E+02

1.E+03

Cu Cl S Au Ag Si Se Al K P Zn Ni As Te Pb Hg Gd Mo Ba Sm U Ga Mg Nd Dy Yb Er Ge Co Pd Pt Cd Sb Sr Rh Hf Sn Fe

Análise ICP-MS: razão elementar para o Si

1.E-03

1.E-02

1.E-01

1.E+00

1.E+01

1.E+02

1.E+03

Fe Ru Tm Eu Na Ho W Zr Pr Th La Lu Ta Tb Y Nb Ir In Os Rb Be Bi Cs Re Mn B Sc Cr Li V Ti

matriz raso matriz fundo dourado

Análise ICP-MS: fator de enriquecimentorelativo “negro raso”

0.1

1.0

10.0

100.0

K Na Au Ag Mg Cu Hg Cl Fe Bi Pt As Ir Ni Hf Cr S Eu Sr Yb Ho Sn

Elemento

FE: [

Elem

-x]/[

Si-x

]/[El

em-m

]/[Si

-m]

Negro Fundo

Dourado

REFERENCIA

AMOSTRA

SixSix

FE

][][

][][

= 1 mesma origem

> 1 outra origem

< 1 ?contaminação do solo

Análise ICP-MS com laser ablation

K Na Au Ag Mg Cu Hg Cl Fe Bi Pt(?) As(?)

Electrochemical Replacement Plating

elementos não associados com o solo local (FE>1)

NaCl + KNO3 + KAl(SO4)2 • 12H2O

K Na Au Ag Mg Cu Hg Cl Fe Bi Pt(?) As(?)

Al

Conclusões

Um fascinante exemplo de nanotecnologia Moche

Um exemplo do poder do uso combinado de várias técnicas analíticas derivadas da tecnologia da física nuclear para explorar uma amostra arqueológica;

[email protected]

www.if.usp.br/LAMFI

J. Phys. D. Applied Phys. 36 (2003) 842-48.

sipan esplendor e mistério das tumbas reais da cultura mochica

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