Integration of Laboratory and Field Measurements on Soil and Bronze Artifacts: Facilitating Conservation Treatment and Management of Archaeological Collections

ABSTRACT

Chloride ion, pH, and voltage (redox potential) measurements were conducted in the field and conservation laboratory on soil and copper alloy artifacts deriving from two archaeological sites of the Japanese Institute of Anatolian Archaeology, Kaman-Kalehöyük (Kırşehir) and Büklükale (Kirikkale), in Central Anatolia, Turkey. The project established the impact of the burial environmental conditions on the state of the recovered metal artifacts and applied this information to the subsequent conservation management of the metal artifacts in the collection. These measurements may be used to determine the degree of stability of the metal artifacts for their long-term preservation. Based on the test results a conservation plan may be drafted according to three options: (1) active conservation intervention (e.g., treating with a chemical corrosion inhibitor or desalination); (2) preventive conservation through control of the environment; and (3) no protective measures necessary. Recommendations for conservators include simple tests on soil and representative artifacts as a guide to predict decay behavior for post-excavation collection management. These test protocols may be applied to the interpretation of material degradation at all archaeological sites and may be adapted for other porous materials. A decision-making model is provided in a flow chart.

RÉSUMÉ

Des mesures de l'ion chlorure, de pH et de tension (potentiel redox) ont été faites sur le terrain et en laboratoire de restauration sur des artefacts en terre et en alliage de cuivre provenant de deux sites archéologiques du Japanese Institute of Anatolian Archaeology, Kaman-Kalehöyük (Kırşehir) et Büklükale (Kirikkale), en Anatolie Centrale, en Turquie. Le projet a établi l'impact des conditions environnementales d'enfouissement sur l'état des artefacts métalliques récupérés et a appliqué ces informations à la gestion en aval de la conservation des artefacts métalliques de la collection. Ces mesures ont pu être utilisées pour déterminer le degré de stabilité des artefacts métalliques pour leur conservation à long terme. Sur la base de ces résultats, un plan de conservation a pu être rédigé suivant trois options : (1) intervention de conservation active (ex. traiter avec un inhibiteur de corrosion chimique ou par désalinisation); (2) conservation préventive par le contrôle de l'environnement; et (3) aucune mesure de protection nécessaire. Les recommandations pour les restaurateurs incluent des tests simples sur la terre et les artefacts représentatifs servant de guide pour prédire la manière dont ceux-ci se décomposent en vue de la gestion des collections après excavation. Ces protocoles d'essai ont pu être appliqués à l'interprétation de la dégradation des matériaux sur tous les sites archéologiques et ont pu être adaptés pour d'autres matériaux poreux. Un modèle de prise de décision est proposé sous la forme d'organigramme. Traduit par Isabelle Cloutier.

RESUMO

Medições de ião de cloreto, de pH e voltagem (potencial redox) foram realizadas no campo e no laboratório de conservação no solo em artefactos de liga de cobre provenientes de dois sítios arqueológicos do Instituto Japonês de Arqueologia Anatólia, Kaman-Kalehöyük (Kırşehir) e Büklükale (Kirikkale), na Anatolia Central, Turquia. O projeto estabeleceu o impacto das condições ambientais do enterro no estado dos artefactos metálicos recuperados e aplicou esta informação à subsequente gestão de conservação dos artefactos metálicos na coleção. Estas medições podem ser utilizadas para determinar o grau de estabilidade dos artefactos metálicos para a sua preservação a longo prazo. Com base nos resultados dos testes, pode ser elaborado um plano de conservação de acordo com três opções: (1) intervenção ativa de conservação (por exemplo, tratamento com um inibidor ou dessalinização químicos de corrosão); (2) conservação preventiva através do controlo do ambiente; e (3) não são necessárias medidas de proteção. As recomendações para os conservadores incluem testes simples no solo e artefactos representativos como um guia para prever o comportamento de decaimento para a gestão da coleção pós-escavação. Estes protocolos de teste podem ser aplicados à interpretação da degradação dos materiais em todos os sítios arqueológicos e podem ser adaptados para outros materiais porosos. Um modelo de tomada de decisão é fornecido num fluxograma. Traduzido por Teresa Lança.

RESUMEN

Se realizaron mediciones de iones de cloruro, pH y voltaje (potencial redox), en el campo y en el laboratorio de conservación, a suelos y artefactos de aleaciones de cobre provenientes de dos sitios arqueológicos del Instituto Japonés de Arqueología de Anatolia, Kaman-Kalehöyük (Kırşehir) y Büklükale(Kirikkale), en Anatolia Central, Turquía. El proyecto estableció el impacto de las condiciones ambientales del entierro en el estado de conservación de los artefactos metálicos recuperados y aplicó esta información a la posterior gestión de conservación en la colección. Estas medidas pueden utilizarse para determinar el grado de estabilidad de los artefactos metálicos en su conservación a largo plazo. En base a los resultados de las pruebas, se puede formular un plan de conservación de acuerdo con tres opciones: (1) intervención de conservación curativa (ej., tratamiento con un inhibidor de corrosión químico o desalinización); (2) conservación preventiva por medio del control ambiental; y (3) no se necesitan medidas de protección. Las recomendaciones para los conservadores incluyen pruebas simples del suelo y de artefactos representativos, como guía para predecir el comportamiento del deterioro, para el manejo de la colección a posteriori de la excavación. Estos protocolos de prueba se pueden aplicar a la interpretación del deterioro del material en todos los sitios arqueológicos y pueden adaptarse a otros materiales porosos. Se proporciona un modelo de toma de decisiones a través de un diagrama de flujo. Traducción: Soledad Tancoff; revisión: David Cohen, Amparo Rueda, Irene Delaveris.

KEYWORDS:

• Chloride
• voltage
• pH
• copper alloy
• corrosion
• decision-making model
• redox potential
• Pourbaix diagram

Acknowledgements

We gratefully acknowledge the support of our colleagues Dr. Sachihiro Omura, Dr. Masako Omura, and Dr. Kimiyoshi Matsumura at the Japanese Institute of Anatolian Archaeology.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author(s).

Additional information

Notes on contributors

Ian Donald MacLeod

Ian Donald MacLeod has worked as a shipwreck diving conservator and a museum director over the past 40 years. From in-situ corrosion studies and laboratory treatments he was able to explain why the same alloys can present massively different conservation problems. He used sacrificial anodes to treat cannon, anchors, and a marine steam engine in seawater. Email address: [email protected]

Alice Boccia Paterakis

Alice Boccia Paterakis has served as Director of Conservation at the Japanese Institute of Anatolian Archaeology in Turkey since 2008 (http://www.jiaa-kaman.org/en/). She holds a PhD from the Institute of Archaeology, London, and a Master of Conservation (MAC) from Queen’s University, Ontario, Canada. Email address: [email protected]