Badanie wieku Całunu
Wojciech Kucewicz 
Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Jakub S. Prauzner-Bechcicki
Uniwersytet Jagielloński w Krakowie
Odrębnym problemem intrygującym badaczy jest wiek Całunu. Jego udokumentowana historia znana jest od roku 1356, kiedy krzyżowiec Geoffrey de Charny przekazał go kanonikom w Lirey we Francji. Historycy znajdują wiele dowodów na to, że Całun Turyński był znany już wcześniej jako Mandylion z →Edessy, a następnie jako całun przechowywany w →Konstantynopolu do czasu jego zrabowania w 1204 r.
Do określenia wieku przedmiotów wykonanych z materiałów organicznych stosuje się techniki datowania radiowęglowego. Polegają one na pomiarze zawartości izotopu węgla 14C w pobranej próbce. Ilość tego izotopu w organizmach żywych utrzymuje się na stałym, znanym powszechnie poziomie (1 izotop węgla 14C przypada na każdy bilion atomów węgla 12C) ze względu na zachodzący w organizmach żywych proces wymiany węgla z otoczeniem. W organizmach martwych nie zachodzi to zjawisko i pod wpływem rozpadów promieniotwórczych liczba izotopów 14C zaczyna się zmniejszać. Czas połowicznego rozpadu węgla 14C wynosi 5730 lat. Wystarczy więc zmierzyć zawartość izotopu 14C, aby określić, od jakiego czasu próbka jest martwa. Tę metodę można wykorzystać do określenia wieku Całunu, ale należy zdawać sobie sprawę z faktu, że są to badania niszczące. Pomysł przeprowadzenia takiej analizy pojawił się zaraz po sukcesie badań zespołu Projektu Badawczego Całunu Turyńskiego (ang. Shroud of Turin Research Project, →STURP).
Już w roku 1982 zespół ten zaproponował drugą serię 26 różnych badań, w tym datowania radiowęglowego. Faktem nie bez znaczenia było odkrycie nowej techniki pomiarowej przez D.E. Nelsona i C.L. Bennetta (Nelson, Korteling, Stott 1977), którzy w roku 1977 zaproponowali zastosowanie do datowania radiowęglowego akceleratorowej spektrometrii mas AMS (ang. Accelerator Mass Spectrometry). Zaletą tej techniki jest nieduża masa próbki (ok. 100 razy mniejsza niż w innych technikach) potrzebna do przeprowadzenia badań. Ten argument wydaje się kluczowy w odniesieniu do tak unikalnego płótna, jakim jest Całun.
Pod wpływem nacisku laboratoriów dysponujących techniką AMS odstąpiono od kompleksowych analiz i zdecydowano, że zostaną przeprowadzone tylko badania radiowęglowe w trzech laboratoriach (Tucson, Zurych i Oksford), a sprawdzeni i doświadczeni naukowcy z zespołu STURP zostali odsunięci od tych prac.
Protokół zasad pomiaru ogłoszono 17 kwietnia 1988 r., a już cztery dni później pobrano próbki Całunu. Ten pośpiech i brak doświadczenia spowodowały chaos w dokumentacji pobierania próbek. W ostatniej chwili, bez rozważenia argumentów naukowych, zdecydowano się na odcięcie do analiz skrawka Całunu z lewego górnego rogu. Wydaje się, że nawet pobieżna analiza wyników badań z roku 1978 wskazuje, że próbkę pobrano z najbardziej niereprezentatywnego miejsca tkaniny.
Wyniki ogłoszono 13 października 1988 r. Wszystkie trzy laboratoria określiły wiek Całunu na okres między rokiem 1260 a 1390 (przy 95% poziomie ufności) (Damon et al. 1989). Jest to mniej więcej czas, od którego istnieje jego udokumentowana historia. Ta szokująca informacja (spodziewano się, że badania wieku Całunu wskażą na początek naszej ery) obiegła natychmiast cały świat i uznano ją za niepodważalny dowód na to, że niezwykła tkanina jest dziełem fałszerza z czasów średniowiecza. Tymczasem w historii badań Całunu jest to badanie, które najbardziej kontrastuje z wynikami przytłaczającej większości przeprowadzonych innych testów zarówno przed rokiem 1988, jak i po nim.
Niestety analiza dokumentacji pomiarów i ich wyników wskazuje, że badania nie zostały przeprowadzone z należytą starannością. Zgodnie z protokołem zasad prowadzenia pomiaru próbki miały być badane przez wszystkie laboratoria w tym samym czasie z zakazem kontaktowania się między sobą. Analizy miały być przeprowadzone „w ciemno”, tzn. przygotowano również trzy inne próbki starożytnych płócien do równoległych badań. Niestety laboratoria wykonały badania w różnym czasie, co podaje w wątpliwość zachowanie tajemnicy, a próbki kontrolne łatwo było odróżnić od próbek Całunu.
Opisująca wyniki publikacja, która ukazała się w prestiżowym czasopiśmie „Nature” (Damon et al. 1989), też nie została przygotowana z należytą starannością. Brakuje m.in. dokładnych informacji na temat wagi próbek, a także ich rozmiarów. Pobieżne porównanie wyników przedstawionych w tabelach 1 i 2 wykazuje różnicę w wyliczeniu błędu pomiarowego (odchylenia standardowego) przy wyznaczaniu wieku Całunu przez laboratorium z Tucson. Na podstawie danych z tabeli 1 można wyliczyć, że wynosi on ± 17 lat, natomiast autorzy podają w tabeli 2 wartość ± 31 lat. W tekście nie wyjaśniono przyczyny takiej różnicy, natomiast jest ona ważna przy wyznaczaniu testów statystycznych, które mają służyć do potwierdzenia, że badana próbka jest jednorodna statystycznie. Autorzy zastosowali test zgodności χ2, najczęściej wykorzystywany przy takich badaniach, otrzymując wynik 6,4. Natomiast gdyby uwzględnić błąd pomiarowy wyliczony z tabeli 1, wynik byłby 9,1. Pierwsza z tych wartości pozwala stwierdzić, że prawdopodobieństwo rozrzutu wyników pomiarowych ma charakter losowy i wynosi 5%. Jest to minimalna wartość akceptowana przy badaniach statystycznych. Dla porównania prawdopodobieństwo, że rozrzut wyników pomiarowych ma charakter losowy dla trzech próbek kontrolnych, wynosiło 90%, 50% i 30% (Damon et al. 1989). Tymczasem, gdyby do wyliczeń użyć wartości χ2 wyznaczonej na podstawie danych z tabeli 1, prawdopodobieństwo to wynosiłoby ok. 1%, a zatem poniżej akceptowalności. Prowadzi to do wniosku, że uśrednianie wieku Całunu na podstawie wyników otrzymanych w trzech laboratoriach jest statystycznie nieuzasadnione. Badane próbki nie są jednorodne wiekowo. Zaobserwował to Brain Walsh (Walsh 2000), który wykazał, że wynik datowania radiowęglowego zależy liniowo od odległości mierzonej od krawędzi Całunu. Wiek próbek zmniejsza się liniowo w funkcji odległości od krawędzi tkaniny.
Bardzo istotnym czynnikiem, który mógł wpłynąć na wyniki datowania radiowęglowego, jest miejsce, z którego pobrano próbki do badań (lewy górny róg tkaniny). Naukowcy zwracają uwagę, że jest to obszar, który był dotykany przy każdym wystawieniu Całunu. Tłuszcz i zanieczyszczenia z rąk mogły powodować większą degradację płótna. Pojawiła się hipoteza, że obszar ten mógł być naprawiany w czasie restauracji tkaniny po pożarze w roku 1532 (Benford, Marino 2008). Naprawa miałaby polegać na wpleceniu w tym obszarze dodatkowych nitek bawełnianych, które zresztą faktycznie zaobserwowano w tym obszarze. Rzeczywiście, analizując zdjęcia wykonane w różnych widmach przez zespół STURP, wyraźnie widać, że miejsce pobrania próbek różni się od innych części płótna. John Morgan (Morgan 2012) na podstawie analizy cyfrowej zdjęć fluorescencyjnych wykazał, że obszar pobrania próbek do radiodatowania i obszar wzorcowy z centralnej części Całunu nie są statystycznie podobne. Z kolei analiza zdjęć rentgenowskich wykazała, że przynajmniej część próbki została pobrana z obszaru różniącego się wzorem wątku i gęstością (Whanger, Whanger 2005).
Gdyby przyjąć, że próbki zostały zanieczyszczone młodszym materiałem biologicznym, np. w czasie reparacji w roku 1532, to musiałby on stanowić 60-65% próbki. Żadne badania tego nie potwierdzają. Być może gdyby próbki pobrano z innego obszaru Całunu lub różnych miejsc, jak sugerował zespół STURP, wynik datowania radiowęglowego byłby zupełnie inny.
Opisane powyżej uchybienia przy wyborze próbek do datowania radiowęglowego, a także przy analizie statystycznej wyników prowadzą do wniosku, że rezultaty badań z roku 1988 trudno jest uznać za wiarygodne. Niestety sposób przeprowadzenia datowania radiowęglowego zamknął naukowcom dostęp do bezpośredniego badania Całunu. Dalsze prace prowadzone są jedynie na próbkach, które zostały pobrane do roku 1988. W artykułach opublikowanych w 2020 r. (Walsh, Schwalbe 2020; Di Lazzaro et al. 2020) nie tylko podsumowano przyczyny, dla których nie można uznać, że datacja radiowęglowa spełnia współczesne wymagania dokładności, ale także zaproponowano kontrolne sprawdzenie tą metodą wieku płótna holenderskiego i zwęglonych (w czasie pożaru z 1532 r.) włókien, które usunięto z Całunu w 2002 r.
Od tego czasu próbuje się znaleźć inne metody, które mogłyby określić wiek Całunu. Raymond Rogers, członek zespołu STURP, badał zawartość waniliny we włóknach lnu, która zależy od wieku próbki i temperatury, w której jest ona przechowywana (Rogers 2005). Zawartość ta zmniejsza się aż do całkowitego zaniku. Według jego szacowań rozkład 95% waniliny następuje w temperaturze 20ºC po 3095 latach, w temperaturze 23ºC po 1845 latach, a 25ºC po 1319 latach. Badając fragmenty włókien z Całunu, nie znalazł tam waniliny, natomiast odkrył ją w próbkach innych tkanin z okresu średniowiecza. Można więc stwierdzić, że Całun musi być znacznie starszy od tkanin średniowiecznych.
Inną metodę badania wieku starożytnych tkanin lnianych zaproponował →Giulio Fanti z Uniwersytetu w Padwie (Fanti, Malfi 2014; Fanti, Basso 2017). Zgromadził on kilkanaście próbek tkanin lnianych, których wiek był znany. Przy pomocy badań mikroskopowych sprawdził jakość powierzchni nitek i włókien, a w szczególności zniszczenia powierzchni i zanieczyszczenia, aby wykluczyć te próbki, które znacząco różniły się od pozostałych. W ten sposób stworzył bazę do wyznaczenia krzywych kalibracyjnych różnych właściwości włókien w funkcji czasu. Przede wszystkim przeanalizował właściwości wytrzymałościowe włókien, słusznie zakładając, że wytrzymałość tkanin będzie zmniejszała się z ich wiekiem. Giulio Fanti badał kilka parametrów wytrzymałościowych: moduł Younga przy zwiększaniu i zmniejszaniu naprężenia, czyli parametr określający sprężystość włókien, współczynnik strat przy zwiększaniu i zmniejszaniu naprężenia, czyli stosunek energii rozproszonej do energii zakumulowanej, oraz wytrzymałość na rozciąganie. Włoski naukowiec wyznaczył zależności tych parametrów w zależności od wieku próbek, a następnie zbadał te same parametry dla włókien z Całunu i w ten sposób oszacował ich wiek. Wyznaczony na podstawie tych analiz wiek Całunu to okres pomiędzy rokiem 14 przed Chr. a 534 po Chr. (przy 95% poziomie ufności) (Fanti, Malfi, Crosilla 2015).
Giuilio Fanti, korzystając ze swego zbioru tkanin starożytnych, zaproponował też inną metodę badań wieku tkanin, wykorzystując do tego spektroskopię w podczerwieni FT-IR ATR (ang. Fourier Transform Infrared Attenuated Total Reflectance), pozwalającą na wyznaczanie widma absorbcji promieniowania podczerwonego przez badany materiał (np. lniane płótno) (Fanti, Malfi, Crosilla 2015; Fanti et al. 2013). Na podstawie kształtu widma można określić rodzaje wiązań atomowych występujących w próbce. Zaobserwowano, że intensywność niektórych obszarów widma malała z wiekiem tkaniny, a innych rosła. Wyznaczając stosunek powierzchni tych pasm, można zdefiniować parametry, które zmieniają się w funkcji czasu. Stworzoną w ten sposób zależność zdefiniowanych parametrów od czasu można wykorzystać jako krzywą kalibracyjną do wyznaczania wieku płócien lnianych. Również tą metodą posłużył się Fanti do określenia wieku Całunu. Według tych badań tkanina pochodzi z przedziału lat od 650 przed Chr. do 150 po Chr. (Fanti, Malfi, Crosilla 2015).
Trzecią zaproponowaną przez Fantiego i jego współpracowników metodą było wykorzystanie spektroskopii Ramana (Fanti, Malfi, Crosilla 2015; Bonizzoni et al. 2016), polegającej na pomiarze promieniowania będącego efektem nieelastycznego rozpraszania fotonów na cząstkach badanej próbki. Tu również można zaobserwować, podobnie jak w poprzedniej metodzie, że niektóre pasma obserwowanego widma zmieniają swoje natężenie w zależności od wieku próbki. Wiek Całunu wyznaczony w tej metodzie to przedział między 370 r. przed Chr. a 430 r. po Chr. Połączenie obu metod optycznych, FT-IR i ramanowskiej, pozwala wyznaczyć czas powstania tkaniny w przedziale 172 przed Chr. i 452 po Chr., natomiast uwzględnienie jeszcze wyniku otrzymanego metodą bazującą na pomiarach wytrzymałościowych włókien (łączona metoda optomechaniczna) ustala ostatecznie przedział wieku Całunu na 120 przed Chr. – 292 po Chr. (Fanti, Malfi, Crosilla 2015).
Nowe metody pomiaru wieku Całunu nie są na razie zbyt dokładne, ale wyraźnie wskazują na przedział czasowy, który jest bardziej spójny z innymi badaniami płótna. Biorąc pod uwagę obserwowany obecnie dynamiczny postęp w rozwoju technik badawczych, można mieć nadzieję, że już w niedalekiej przyszłości uda się wiarygodnie i w sposób nieinwazyjny przeprowadzić ponownie badania wieku Całunu.
Bibliografia
Benford M.S., Marino J.G., Discrepancies in the Radiocarbon Dating Area of the Turin Shroud, „Chimica Oggi” 2008, Vol. 26(4).
Bonizzoni L. et al., Ageing of Flax Textiles: Fingerprints in Micro-Raman Spectra of Single Fibres, „Microchemical Journal” 2016, Vol. 125, s. 69-74, http://dx.doi.org/10.1016/j.microc.2015.11.011.
Damon P.E. et al., Radiocarbon Dating of the Shroud of Turin, „Nature” 1989, Vol. 337, s. 611-615, https://doi.org/10.1038/337611a0.
Di Lazzaro P. et al., Statistical and Proactive Analysis of an Inter-Laboratory Comparison: The Radiocarbon Dating of the Shroud of Turin, „Entropy” 2020, Vol. 22(9), s. 926, https://doi.org/10.3390/e22090926.
Fanti G., Malfi P., Multi-Parametric Micro-Mechanical Dating of Single Fibers Coming from Ancient Flax Textiles, „Textile Research Journal” 2014, Vol. 84, No. 7, s. 714-727, http://dx.doi.org/10.1177/0040517513507366.
Fanti G., Basso R., Mechanical Characterization of Linen Fibers: The Turin Shroud Dating, „International Journal of Reliability, Quality and Safety Engineering” 2017, Vol. 24, No. 2, 1750006, http://doi.org/10.1142/s0218539317500061.
Fanti G., Malfi R., Crosilla F., Mechanical and Opto-Chemical Dating of the Turin Shroud, „MATEC Web of Conferences” 2015, Vol. 36, https://doi.org/10.1051/matecconf/20153601001.
Fanti G. et al., Non-Destructive Dating of Ancient Flax Textiles by Means of Vibrational Spectroscopy, „Vibrational Spectroscopy” 2013, Vol. 67, s. 61-70, http://dx.doi.org/10.1016/j.vibspec.2013.04.001.
Morgan J.M., Digital Image Processing Techniques Demonstrating the Anomalous Nature of the Radiocarbon Dating Sample Area of the Shroud of Turin, „Scientific Research and Essays” 2012, Vol. 7(29), s. 2641-2655, http://dx.doi.org/10.5897/SRE12.375.
Nelson D.E., Korteling R.G., Stott W.R., Carbon-14: Direct Detection at Natural Concentration, „Science” 1977, Vol. 198, s. 507-508, http://doi.org/10.1126/science.198.4316.507.
Rogers R.N., Studies on the Radiocarbon Sample from the Shroud of Turin, „Thermochimica Acta” 2005, Vol. 425, No. 1-2, s. 189-194, https://doi.org/10.1016/j.tca.2004.09.029.
Walsh B., Schwalbe L., An Instructive Inter-Laboratory Comparison: The 1988 Radiocarbon Dating of the Shroud of Turin, „Journal of Archaeological Science: Reports” 2020, Vol. 29, 102015, http://dx.doi.org/10.1016/j.jasrep.2019.102015.
Walsh B., The 1988 Shroud of Turin Radiocarbon Tests Reconsidered, [w:] Proceedings of the 1999 Shroud of Turin International Research Conference, Richmond 2000.
Whanger A.D., Whanger M., Excerpt from Radiological Aspects of the Shroud of Turin, Durham 2005, [on-line:] http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download;jsessionid=83B9B9F08E2E0761C979F67F562007F7?doi=10.1.1.64.8908&rep=rep1&type=pdf – 29 X 2021.
Źródło ilustracji
1. „Kim jest Człowiek z Całunu?” [folder wystawy], Kraków 2012