Paolo Mazzoleni

COLLABORAZIONI CON GRUPPI DI RICERCA INTERNAZIONALI

a)I risultati di tale collaborazione sono attestate anche da pubblicazioni su riviste scientifiche.

b)Institute of Archaeology - Università di VARSAVIA - Prof. R. Chowaniec. Tale cooperazione è attestata anche dalle pubblicazioni, presentazioni a giornate di studio e conferenze, e dalla presentazione di progetti scientifici tra le due università tra i quali il “progetto di collaborazione Italia-Polonia (Canaletto)” e il progetto europeo “The Language of Artefacts. IntegratedApproaches to the Materiality of Culture. Innovative Academic Training Profile” con i seguenti partner universitari: Leuven, Catania, Lyon, Tartu, Copenhagen, Messina e Warsaw (all. 3.4.a-a1).

1. Institute of Geochemistry, Mineralogy and Mineral Resources dell’Università di PRAGA - Prof. J. Jehlička.
2. Department of archaeologydell’Università di GENT - Prof. P. Vandenabeele.
3. ARCADIA UNIVERSITY- The College of Global Studies Arcadia Sicily Center – Prof. D. Tanasi.

f)Departamento de Mineralogía y Petrologíadell’Università di GRANADA - Prof. G. Cultrone.

g)Rutherford Appleton Laboratory, Oxford, UK - Dott. W. Kockelmann e Dott.ssa S. Imberti, responsabili dei diffrattometri a tempo di volo ROTAX e INES presso la Facility ISIS.

h)Laboratoire Leon Brillouin - Prof. J. Texeira.

1. Department of Earth Sciences; Faculty of Geology, University of Barcelona - Prof. D. G. Torrente.
2. European Synchrotron Radiation Facility - ESRF (France) e Universite Grenoble Alpes, Grenoble, France - Dott. Bardelli F.

INDICATORI BIBLIOMETRICI

Numero Pubblicazioni Scopus 85 – 77 articoli; 6 conference paper; 1 review

Numero citazioni 708

H-index 14

45 articoli sono pubblicati in riviste nel quartile Q1 (fonte Scimago)

21 articoli sono pubblicati in riviste nel quartile Q2 (fonte Scimago)

14 articoli sono pubblicati in riviste nel quartile Q3 (fonte Scimago)

4 articoli sono pubblicati in riviste nel quartile Q4 (fonte Scimago)

BREVE DESCRIZIONE DELLA PRINCIPALI LINEE DI RICERCA

La ricerca è stata incentrata su tematiche del settore concorsuale 04/A1 e del settore scientifico-disciplinare GEO 09 in particolare relative alle applicazioni mineralogico-petrografiche per i beni culturali e l’ambiente.

I risultati conseguiti formano oggetto  di: 

• 84 Articoli su riviste indicizzate Scopus e WOS (#AI);
• 20 Articoli su riviste non indicizzate (#A)
• 36 Articoli in atti di convegno (#AC)
• 12 Contributi su voluni (#CV)
• 109 Abstract in atti di convegno (#AB)

Le principali linee di ricerca sono di seguito brevemente descritte:

Studio di manufatti di interesse storico e archeologico

Ceramiche

Le finalità della ricerca sono: a) l’individuazione e la caratterizzazione delle produzioni ceramiche locali di insediamenti siciliani dalla preistoria fino al medioevo; b) il riconoscimento di importazioni principalmente dalla Grecia; c) lo studio delle tecniche di produzione delle ceramiche ed in particolare la formulazione e la preparazione degli impasti e le temperature di cottura; d) la caratterizzazione dei pigmenti e delle tecniche delle pitture murarie; e) lo studio dei vetri archeologici.

Oltre alle metodologie analitiche più comunemente utilizzate (microscopia ottica, la microscopia elettronica, la diffrattometria a raggi x e la fluorescenza a raggi x) la ricerca ha visto l’uso di approcci analitici più innovativi  ma frequentemente si sono applicate tecniche innovative quali lo scattering neutronico a piccolo angolo (SANS) la diffrazione neutronica (TOF-ND), la spettroscopia EXAFS, la spettroscopia FT-IR e la spettrometria Raman anche con l’utilizzo di attrezzature portatili  (spettroscopia Raman, XRF portatile). 

In molti casi è stata utilizzata l’analisi statistica multivariata anche servendosi delle metodologie proposte da Atchison per i dati composizionali.

Risultati di particolare importanza riguardano lo studio microstrutturale dei reperti ceramici e dei materiali lapidei effettuata mediante tecniche di Small Angle Neutron Scattering (SANS) . Il bulk di tali campioni è stato investigato con lo spettrometro PAXE presso il reattore ORPHEE (Laboratoire Léon Brillouin, LLB, Saclay, Francia). Nel caso di ricerche sui materiali ceramici di interesse archeologico, le misure SANS sono state anche eseguite su più serie di campioni di riferimento prodotti in laboratorio utilizzando argille di composizione nota e in condizioni di cottura controllata allo scopo di stimare parametri mesoscopici da confrontare con quelli ottenuti nel caso della serie di campioni archeologici. Le evidenze di geometrie frattali messe in luce dai parametri di scattering è da ritenersi dovuta alle reazioni con formazione delle fasi Ca-silicatiche che si sviluppano secondo una geometria ramificata che evolve in funzione della temperatura di cottura. Il raggio di girazione Rg e la dimensione frattale delle interfacce sono quindi stati utilizzati con successo per dare una stima della temperatura massima di cottura. Nel caso dello studio SANS di rocce calcarenitiche utilizzate nell’architettura storica, la dimensione frattale delle interfacce si è rivelata essere un parametro appropriato per la descrizione della porosità dei campioni.

Relativamente allo studio della composizione mineralogica delle ceramiche archeologiche sono state eseguite misure non distruttive di diffrazione di neutroni a tempo di volo (TOF-ND) utilizzando lo spettrometro INES presso ISIS (Rutherford Appleton Laboratory, RAL, Oxford, UK). I risultati composizionali elaborati anche attraverso l’analisi quantitativa Rietveld sono stati confrontati con i dati ottenuti la diffrazione a raggi X. 

Altre metodologie di analisi non distruttive o microdistruttive utilizzate al fine di ottenere dati composizionali del corpo ceramico sono state la spettrometria d’assorbimento infrarosso in trasformata di Fourier (FT-IR) e la spettrometria Raman portatile e microscopica mentre i dati chimici sono stati ottenuti in maniera qualitative e/o quantitativa tramite fluorescenza a raggi x portatile. Anche in questo caso i risultati sono stati confrontati con quelli ricavati con metodologie distruttive.

Riguardo lo studio petrografico dei materiali ceramici questo è stato implementato attraverso lo sviluppo e l’uso di software per il riconoscimento automatico dei caratteri tessiturali e per l’interpretazione delle mappe chimiche ottenute al SEM-EDS.

L’analisi delle superfici decorate di frammenti ceramici archeologici è stato affrontato con un approccio multimetodologico. In particolare sono state utilizzate la microscopia elettronica a scansione a dispersione di energia (SEM-EDS), la fluorescenza a raggi X portatile, la spettroscopia ad assorbimento di raggi X con luce di sincrotrone (SR-XAS; European Synchrotron Radiation Facility, Grenoble, F), l’assorbimento infrarosso in Trasformata di Fourier (FT-IR) e la spettrometria Raman sia microscopica che portatile. L’approccio analitico si è rivelato particolarmente adatto dal momento che il rivestimento rende spesso difficile la caratterizzazione dei pigmenti con metodi convenzionali. Le misure non-distruttive SR-XAS sono state effettuate con la beamline italiana GILDA-CRG (BM08) presso l’ESRF (European Synchrotron Radiation Facility, Grenoble, F) su campioni di ceramica attica a vernice nera e sulle ceramiche invetriate medioevali. Le analisi di spettroscopia ad assorbimento di raggi X consentono di determinare informazioni strutturali su specifici elementi che determinano la colorazione (stato di ossidazione, caratteri strutturali dei siti, distanze interatomiche etc.) permettendo  di avere importanti informazioni sulle tecniche di produzione.

Sono state studiate le ceramiche da preistoriche a medievali provenienti da numerosi ed importanti siti archeologici siciliani italiani, greci e maltesi. 

Il grande numero di siti indagati e la consistente quantità di reperti analizzati hanno permesso, attraverso la definizione di una banca dati, di fornire importanti dati per lo studio delle produzioni siciliane di ceramiche di interesse archeologico.

Vetri

La ricerca sui vetri archeologici ha permesso di definire i caratteri composizionali dei reperti di età Tardo Romana – Bizantina provenienti da un importante sito della città di Catania e di fornire informazioni sulle tecniche di produzione e sulle materie prime utilizzate. Le analisi SEM e FT-IR hanno consentito di riconoscere le fasi legate ai processi di degrado.

Malte, intonaci e pigmenti

L’analisi di malte e intonaci di differente età ha fornito informazioni sulle tecniche di produzione consentendo di distinguere differenti epoche di costruzione.

Lo studio dei pigmenti utilizzati negli intonaci di edifici ellenistici di Gela e Licata, nelle pitture murarie etrusche di Tarquinia, nelle facciate di edifici barocchi e negli affreschi settecenteschi è stato effettuato tramite XRD, SEM e FT-IR, spettrometria Raman portatile e XRF portatile. L’approccio multi-metodologico ha permesso di individuare le fasi responsabili delle coloriture al fine di  individuare i pigmenti responsabili della colorazione e la loro composizione chimica fornendo importanti dati sulle materie prime e sulle tecniche di produzione.

Manufatti in pietra

L’analisi petrografica e geochimica ha permesso di avere informazioni dettagliate sia su statue marmoree sia su forme di fusione e su macine preistoriche e di età romana prodotte utilizzando rocce vulcaniche consentendo di ipotizzare le provenienze dei manufatti e di ricostruire le rotte commerciali in antichità.

Caratterizzazione dei materiali lapidei e analisi dei processi di degrado

Lo studio è finalizzato alla: a) individuazione delle aree di prelievo dei materiali lapidei usati in passato; b) definizione delle forme e dei meccanismi di alterazione e degrado; c) correlazione tra i caratteri tessiturali, microstrutturali, composizionali, petrofisici e meccanici delle rocce e loro attitudine al degrado; d) individuazione di prodotti protettivi utilizzati nelle diverse epoche storiche; e) studio delle interazioni tra prodotti protettivi nanostrutturati e di uso commerciale con i materiali lapidei impiegati nell'edilizia storica siciliana; f) caratterizzazione chimica, mineralogica  e petrografica dei materiali lapidei anche di pregio.

La ricerca è incentrata sull’analisi del ruolo svolto dai caratteri tessiturali, microstrutturali e composizionali nel determinare l’attitudine al degrado delle rocce. I casi studio analizzati riguardano le vulcaniti etnee e le calcareniti Iblee e della Sicilia centrale utilizzate largamente nella ricostruzione, seguita al terremoto del 1669, del centro storico di Catania e di altri importanti centri urbani della Sicilia centro-orientale. A tale fine sono state caratterizzate dal punto di vista mineralogico, petrografico, geochimico e petrofisico i materiali campionati direttamente sui monumenti o in cava appartenenti a differenti formazioni geologiche.

Le metodologie analitiche utilizzate per lo studio sono la microscopia ottica in luce trasmessa, riflessa e in fluorescenza UV, la microscopia elettronica, la diffrazione di raggi x, l’assorbimento infrarosso in Trasformata di Fourier (FT-IR), la fluorescenza a raggi x. La caratterizzazione petrofisica è stata effettuata tramite radiografie e tomografie a neutroni, microtomografie a raggi x, spettroscopia  di risonanza magnetica nucleare (NMR), scattering dei neutroni a piccolo angolo (SANS), porosimetria a mercurio, determinazione della velocità degli ultrasuoni e prove di assorbimento d’acqua per capillarità e per immersione totale. I rapporti tra i caratteri microstrutturali, tessiturali e composizionali e i processi di degrado sono stati messi in luce grazie ai test si invecchiamento accelerato mediante lampada UV con controllo microclimatico e  cristallizzazione salina sui diversi litotipi. Le variazioni delle più importanti caratteristiche geotecniche legate ai processi di degrado sono state studiate attraverso prove di carico uniassiale, di resistenza alla flessione e misure di velocità degli ultrasuoni.  

Sono state indagate le interazioni tra prodotti protettivi nanostrutturati e di uso commerciale con il materiale lapideo di cava impiegato nell’edilizia storica siciliana. In particolare sono state testate l’efficacia protettiva mediante le normative italiana ed europea (UNINORMAL – UNIEN), e le variazioni chimico-fisiche che subisce il materiale lapideo in seguito ai trattamenti protettivi.

I materiali lapidei anche di pregio sono stati caratterizzati dal punto di vista mineralogico e chimico con attrezzature portatili (Raman e XRF) al fine di ottenere informazioni che possano permettere il loro riconoscimento anche in manufatti non campionabili e di fornire la possibilità di un controllo di origine dei materiali lapidei commerciali.

Caratterizazione di gemme mediante spettroscopia micro-Raman e strumentazione portatile

La ricerca è focalizzata alla caratterizzazione spettroscopica mediante micro Raman di diversi tipi di gemme preziose (smeraldi, zaffiri e rubini), e allo studio delle inclusioni per acquisire informazioni sulla provenienza. Nel caso delle ambre siciliane a tale analisi è stata accoppiata la spettrometria NMR al fine di caratterizzare le fasi organiche presenti. La tecnica permette di discriminare gemme naturali da quelle sintetiche e dalle imitazioni. Nell’ambito di un progetto con il prof. Peter Vandelabeele (Department of Geology and soil science Ghent University Institute of Geochemistry), il prof. Jan Jelicka (Dipartimento di Mineralogy and Mineral Resources Università di Praga) e i Prof. Lottici e Bersani (dipartimento di Fisica e Scienze della Terra dell’Università di Parma), sono state effettuate misure non distruttive mediante raman portatile su gioielli di diverso periodo storico ( greci, romani e  XVII XVIII sec.) provenienti dal Museo Paolo Orsi di Siracusa e dal  Museo regionale di Messina. In molti casi la classificazione composizionale dei gioielli è risultata coerente con le attribuzioni archeologiche, mentre in altri casi i risultati ottenuti rivelano l’uso di simulanti naturali e artificiali o di falsi. Infine è stato effettuato il confronto tra i risultati ottenuti con strumentazione da laboratorio e quelli con strumentazione portatile, al fine di evidenziare i vantaggi di quest’ultima nel caso di oggetti inamovibili. I dati sono stati implementati anche con le analisi chimiche ottenute con spettroscopia XRF portatile al fine di rivelare l'elemento cromoforo.

Ricerche minero-petrografiche e geochimiche sui sedimenti argillosi e loro applicazioni

La ricerca ha riguardato l’analisi granulometrica, mineralogica e geochimica di successioni argillose affioranti in Sicilia e Calabria al fine di: 1) definire i processi di alterazione, trasporto sedimentazione e diagenesi che influiscono sulla composizione dei sedimenti argillosi; 2) individuare la composizione delle aree di provenienze dei sedimenti; 3) determinare le potenzialità di utilizzo nell’industria ceramica; 4) studiare le materie prime usate nella produzione di ceramiche di interesse storico-archeologico.

Le principali successioni sedimentarie studiate sono le Argille varicolori, le Argille Scagliose, l’Unità di Monte Soro, il Flysch Numidico, l’Unità di Longobucco, le Argille Plio-Pleistoceniche siciliane e calabresi.

Dal punto di vista geologico i dati hanno fornito indicazioni sulla provenienza dei sedimenti permettendo ricostruzioni paleo-geografiche e paleo-ambientali e sulle condizioni diagenetiche alle quali i sedimenti sono tati sottoposti. Le applicazioni all’industria ceramica sono state ottenute al fine di individuare quali produzioni possono essere previste e le eventuali correzioni composizionali necessarie per l’ottenimento di prodotti di elevata qualità.

Infine, l’analisi di numerosi campioni (più di 200) di sedimenti argillosi provenienti dalle formazioni geologiche affioranti in Sicilia centro orientale ha portato alla formazione di una banca dati indispensabile per l’individuazione delle produzioni ceramiche locali della Sicilia e della Calabria.

Analisi degli effetti indotti dal PM e dalle ceneri vulcaniche sull’ambiente e sulla salute

La ricerca è finalizzata all’analisi dei possibili effetti sull’ambiente e sulla salute umana legati al PM e alle emissioni di ceneri vulcaniche durante le frequenti eruzioni esplosive dell’Etna.

Lo studio degli effetti del PM è stato svolto in collaborazione con ricercatori di ambito biologico e medico e con chimici utilizzando analisi epidemiologiche ed esperimenti in vitro. Parallelamente lo studio del PM ha fornito indicazioni di questo sulle ricadute ambientali e sui beni culturali.

Per quanto riguarda lo studio delle ceneri vulcaniche si è posta l’attenzione sulle specifiche modificazioni chimiche e mineralogiche della superfice delle particelle vetrose a seguito dell’ interazione di queste con l’aerosol del plume vulcanico. A tale fine sono state eseguite numerose analisi XPS (Spettroscopia fotoelettronica a raggi X), TEM (Transmission electron microscopy) e Micro-Raman. Lo stato di ossidazione e le caratteristiche di coordinazione del ferro sono state investigate tramite XAS (X-ray Absorption Spectroscopy), EPR (Electron Paramagnetic Resonance) e HFEPR (high field high frequency EPR). Le interazioni tra ceneri e ambiente sono state stimate grazie ai rilasci chimici (misurati con ICP-MS e ICP-OS) durante esperimenti di leaching in acqua ultrapura mentre informazioni sulla salute dell’apparato respiratorio sono state ottenute grazie a esperimenti con l’uso della soluzione di Gamble. Attualmente sono in corso esperimenti in vitro di esposizione di cellule dell’apparato respiratorio alle sostanze rilasciate delle ceneri nei primi stadi di leaching.