domingo, 24 de octubre de 2010

En la piel de la Mona Lisa

¿Cómo lograba Leonardo da Vinci el sutil esfumado de sus pinturas? Un proceso de análisis no destructivo, basado en un fenómeno físico muy conocido llamado Fluorescencia, está permitiendo descubrir la técnica del maestro.


El lunes 2 de Noviembre a las 15h00, Laurence de Viguerie realizó la defensa de su tesis en la Escuela Doctoral en Física y Química de Materiales de la Universidad Pierre et Marie Curie. Esta tesis trata sobre un sorprendente efecto físico.

Un átomo (o una molécula o nanoestructura) de una sustancia expuesta a la luz puede absorber un fotón y pasar a un estado de mayor energía. Este proceso lo dejará en un estado inestable,y es así como, después de algún tiempo, volverá a su estado inicial. Pero para ello tendrá que liberar la energía que ganó al comienzo, y entre varios procesos competitivos, puede hacerlo volviendo a emitir luz.

Aquí parece que no pasara nada especial. El átomo absorbe y emite luz. No es gran cosa. Sin embargo, este simple mecanismo es el responsable de un sorprendente efecto conocido desde tiempo inmemorial, por el cual una sustancia parece relucir cuando se la expone a la luz.

En un par de artículos publicados en 1852 [1] y 1853 [2], el matemático y físico inglés Sir George Gabriel Stokes (1819 - 1903) describe este efecto y propone llamarlo "fluorescencia". Stokes destaca la diferencia con el fenómeno de fosforescencia, donde las sustancias parecen brillar con luz propia, diciendo que en la fluorescencia, si bien la "luz es emitida a la manera de los cuerpos auto-luminosos, [ello sólo ocurre] en dependencia de rayos activos, y sólo mientras el cuerpo se encuentre bajo su influencia." [3]. Pero se cuida de aclarar que
... [fluorescencia] no es más que una palabra, que no implica la adopción de ninguna teoría".
Ahora sabemos que la diferencia entre fluorescencia y fosforescencia es sólo cuestión de cuanto tiempo le lleva al átomo volver a su estado inicial. En el primer caso, lo hace en pocos nanosegundos [4], mientras que en la fosforescencia, el decaimiento ocurre en una escala de tiempo más cercana a nuestra experiencia y -por lo tanto- perceptible.

La tesis de Laurence de Viguerie trataba sobre una forma de fluorescencia muy particular, donde un átomo emite uno de sus electrones al absorber un fotón en el rango de los rayos X (que después de todo no es más que luz,  pero de una frecuencia muy superior a la del rango visible). A continuación, otro de sus electrones "cae" dentro del hueco dejado por aquel, emitiendo un fotón en el proceso. Ahora bien, los electrones en un átomo sólo pueden estar en algunas órbitas específicas y, por lo tanto, el fotón emitido sólo puede tener algunas frecuencias características dadas por las diferencias de energía entre los estados iniciales y el estado final del electrón que corrió a llenar el hueco [5].


De esta manera, si se ilumina una sustancia con rayos X, cada elemento que la compone va a emitir luz con una serie única e irrepetible de frecuencias características, como si se tratase de una huella digital. Y dependiendo de cuanto de esa elemento haya en la sustancia, así será la intensidad de la luz emitida. Se tiene así una técnica de análisis no destructivo  muy útil y que se suele emplear en áreas tan diversas como arqueología y física forense. Los primeros en proponer su uso fueron Richard Glocker (1890-1976) y Hans-Wilhelm Schreiber en un artículo publicado en Annalen der Physik en 1928 [6].

Pero, ¿qué tiene que ver esta tesis claramente científica con el mundo del arte? Pues ni más ni menos que en ella esta técnica de "Espectroscopía de Fluorescencia por Rayos X" se utilizó para estudiar el rostro de Mona Lisa, además de otras ocho caras pintadas por Leonardo da Vinci (1452-1519). Ellas son la Virgen de las Rocas, San Juan Bautista, La Anunciación, Baco, la Belle Ferronnière, y Santa Ana, la Virgen y el niño.

El resumen de la tesis es muy claro respecto del objeto de estudio:
La técnica del esfumado de Leonardo da Vinci le permitía, por medio de un sutil juego de luces y sombras, crear un efecto de ensueño "sin líneas o curvas de nivel, como si fuera de humo". Para lograr las sombras de la piel, Leonardo da Vinci usaba veladuras superpuestas, capas delgadas de pintura transparente, con pigmentos oscuros y muy ricos en compuestos orgánicos.
Laurence de Viguerie realizó su estudio en y con el grupo de Philippe Walter, en el “Laboratoire du Centre de Recherche et de Restauration des Musées de France” [7]  en colaboración con the European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) y el apoyo del Museo del Louvre. Los resultados de esta investigación fueron recientemente publicados en la revista Angewandte Chemie [8].

Entre las distintas recetas utilizadas por Leonardo, estaba la de aplicar capas muy delgadas de pintura, posiblemente usando su propia mano en lugar de un pincel, y que en algunos casos llegaban a ser de apenas uno o dos micrómetros de espesor (es decir, una millonésima de metro). Por ejemplo, en la mejilla de la Mona Lisa, Leonardo aplicó capas casi transparente de un esmalte marrón compuesto de un pigmento terroso de óxido de hierro oscurecido con óxido de manganeso. Añadía capa tras capa de esta pintura translúcida, hasta 30 de ellas, para lograr transiciones casi imperceptibles entre luz y sombra. Tras cada aplicación, Leonardo debía esperar a que secase para aplicar la siguiente.

Tal como detalla De Viguerie [9], Leonardo también iba a contracorriente.
"Un tratado de pintura de la época desaconsejaba el uso del manganeso para las sombras, pues secaba mal, pero Leonardo utilizó gran cantidad en su San Juan Bautista, en lugar del negro de carbón que solía emplearse".
El grupo de Philippe Walter también ha utilizado esta técnica para estudiar las pinturas de Marco d'Oggiono (1470 - 1549) [10], el poco talentoso alumno de Leonardo, cuya obra copió repetidamente. Y ahora estaría investigando la obra de Rafael [9].

El 14 de Octubre pasado, por sus avances en el estudio, restauración y preservación de obras de arte antiguas utilizando de técnicas analíticas avanzadas, Philippe Walter (en la foto) recibió el premio Franklin-Lavoisier en una ceremonia que tuvo lugar en la Chemical Heritage Foundation de Philadelphia.


  1. G. G. Stokes: On the Change of Refrangibility of Light I, Philosophical Transactions of the Royal Society of London 142, 463-562 (1852)  [doi].
  2. G. G. Stokes: On the Change of Refrangibility of Light II, Philosophical Transactions of the Royal Society of London 143, 385-396 (1853): [doi].
  3. Ver [2], nota al pie en página 387.
  4. Un nanosegundo es a un segundo, como un segundo es a unos 31 años y 8 meses, aproximadamente. 
  5. Imagen de dominio público.
  6. R. Glocker, H. Schreiber: Quantitative Röntgenspektralanalyse mit Kalterregung des Spektrums Annalen der Physik, 390, 1089-1102 (1928).
  7. LC2RMF, CNRS/Ministère de la culture et de la communication.
  8. L. de Viguerie, P. Walter, E. Laval1, B. Mottin, V. A. Solé: Revealing the "sfumato" Technique of Leonardo da Vinci by X-Ray Fluorescence Spectroscopy, Angewandte Chemie 49 (55), 6125-6128 (August 16, 2010). [doi]
  9. Ver en N. Domínguez: Los rayos X desvelan los secretos que Leonardo usó en la Gioconda, Publico.es (Madrid: Julio 16, 2010)
  10. L. de Viguerie, V. A. Sole and P Walter: Multilayers quantitative X-ray fluorescence analysis applied to easel paintings, Analytical and Bioanalytical Chemistry 395 (7), 2015-2020. [doi]

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