Vidrio de bosque

El vidrio de bosque (Waldglas en alemán) es un tipo de vidrio medieval producido en el noroeste y centro de Europa aproximadamente entre los años 1000 y 1700 d. C., utilizando ceniza de madera y arena como principales materias primas y elaborado en fábricas conocidas como invernaderos, ubicadas en zonas forestales. Se caracteriza por una variedad de colores amarillo verdosos; los primeros productos solían tener un diseño tosco y mala calidad. Se utilizaba principalmente para vasijas de uso cotidiano y, cada vez más, para vidrieras eclesiásticas. Su composición y fabricación contrastan marcadamente con la vidriería romana y prerromana, centrada en la vidriería mediterránea y la vidriería bizantina e islámica contemporánea en Oriente.Durante el dominio romano, las materias primas y los métodos de fabricación del norte de Europa eran los de la tradición romana, utilizando el mineral natrón. Durante varios siglos tras la caída del Imperio Romano de Occidente, alrededor del año 450 d. C., el reciclaje del vidrio romano constituyó la mayor parte de la industria local, y la artesanía vidriera decayó. A medida que el Imperio Carolingio se expandía por el noroeste de Europa, aproximadamente en el año 800 d. C., su demanda de vidrio aumentó, pero el suministro de materias primas tradicionales era costoso y esporádico. El deseo imperial de superar la calidad de los productos del decadente Imperio Bizantino y del sofisticado Imperio Islámico condujo a la experimentación con nuevas materias primas y al desarrollo de una nueva tecnología vidriera.Arqueológicamente, se han encontrado numerosos invernaderos medievales en Europa occidental y central, especialmente en las montañas de Alemania. Debido a la posterior reutilización del material de construcción, la mayoría se encuentran en mal estado de conservación, pero existen evidencias de que tanto la fabricación como el trabajo del vidrio se realizaban a menudo en el mismo sitio.Es importante distinguir entre la fabricación de vidrio a partir de materias primas y el trabajo del vidrio, que consiste en la producción de artículos terminados mediante la fusión de piezas de vidrio crudo o de desecho que pueden haberse fabricado en otro lugar o mediante el reciclaje de vidrio viejo. El vidrio consta de cuatro componentes principales:

1. Un antiguo – proporcionar la red de átomos que forman la matriz del vidrio. Esto es sílice (SiO₂), que en tiempos antiguos se añadió como cuarzo aplastado, y desde tiempos romanos en adelante en la forma de arena.
2. Un flujo de alcali – para bajar la temperatura a la que se funde la silica, lo que hace posible utilizar temperaturas de trabajo actualmente disponibles. En tiempos antiguos, la ceniza de plantas ricas en sodio que crecen en zonas áridas alrededor del Mediterráneo oriental proporciona soda (Na₂CO₃Como el flujo. En tiempos romanos se utilizó el natrón mineral, una mezcla natural de sales de sodio alcalino, proveniente de la zona de Wadi El Natrun de Egipto. Los cristaleros islámicos post-romanos volvieron a utilizar cenizas de plantas ricas en sodio, mientras que en el norte de Europa se desarrolló un método que utiliza ceniza de madera para proporcionar potasa (K₂CO₃Como el flujo. El óxido de calcio (lime, CaO) también puede actuar como un flujo.
3. Un estabilizador – parar el disolver de vidrio en agua y aumentar la resistencia a la corrosión. El más eficaz es la cal (CaO) pero el alumina (Al₂O₃) y magnesia (MgO) pueden lograr esto a algún efecto. Estos minerales ya pueden estar presentes en diferentes cantidades de arena.
4. Un colorante o opacificador – Estos pueden estar presentes naturalmente en el vidrio debido a impurezas en las materias primas o pueden ser añadidas deliberadamente al vidrio fundido como minerales o como escoria de procesos de metalurgia. Las contribuciones más importantes son de hierro, cobre, cobalto, manganeso, estaño, antimonio y plomo. La opacidad puede deberse a burbujas en el vidrio o a la inclusión de agentes opacificantes como la estaño y la antimonio. El color resultante y la opacidad de una determinada composición también pueden ser controladas por las condiciones de temperatura y redox dentro del horno.

En la época posromana, los problemas políticos en la zona de Wadi El Natrun interrumpieron el suministro de natrón, por lo que fue necesario desarrollar alternativas. Los vidrieros orientales volvieron a utilizar cenizas vegetales ricas en sodio y, durante un tiempo, abastecieron al sur de Europa utilizando las rutas comerciales romanas existentes. Los vidrieros venecianos, que habían heredado las habilidades vidrieras romanas, monopolizaron el comercio de cenizas vegetales y prohibieron a los artesanos trabajar fuera de la ciudad. El resto de Europa, al norte de los Alpes, tuvo que encontrar otra forma de producir vidrio. Los componentes del vidrio, tanto el primero como el estabilizador, se encuentran en todas las regiones en forma de arena o cuarzo, y en diversas formas de cal. Los europeos del norte experimentaron con cenizas de madera, helechos y helechos como fuente de fundente alcalino. En su apogeo, la industria vidriera romana producía vidrio de alta calidad, fino, incoloro y transparente, con una composición uniforme. Las vasijas de vidrio de la Selva que se conservan más antiguas se caracterizan por una amplia variedad de composiciones y una calidad inferior, a menudo de color verdoso a marrón, paredes gruesas y con inclusiones y burbujas en el tejido. Esto sugiere que el uso de ceniza de madera no fue simplemente una cuestión de cambiar las materias primas, sino que requirió una tecnología completamente nueva, con los consiguientes problemas de desarrollo.Mientras que el vidrio romano y anterior (de composición Si/Na/Ca) presentó una marcada uniformidad a lo largo de una amplia área y siglos, el vidrio medieval (de composición Si/K/Ca) se caracteriza por una variedad de composiciones. Esto puede explicarse en cierta medida examinando cómo la temperatura de fusión del vidrio depende de las proporciones relativas de sus componentes, que, para simplificar, se reducen a tres. En la práctica, el vidrio contiene muchos más componentes que complican el sistema. El estudio de estos sistemas ternarios, junto con el análisis de oligoelementos, resulta útil para los arqueólogos a la hora de establecer la procedencia del vidrio.Se cree que en la época premedieval, el lote de materias primas se calentaba a una temperatura en la que se fundía parcialmente. Las partes no fundidas se retiraban, se lavaban los componentes no reactivos y se añadían al siguiente lote. Debido a la fuerte influencia de las composiciones de Si/Na/Ca en la temperatura de fusión, el vidrio resultante presentaba una composición bastante uniforme, independientemente de la fórmula de las materias primas utilizadas. Las temperaturas de fusión de los vidrios de Si/K/Ca no se ven tan afectadas por la composición, lo que resulta en vidrios con una composición más variada. Por lo tanto, las características autolimitantes del sistema de Na, que permitían que el método tradicional de lotes parciales produjera composiciones consistentes, dejaron de aplicarse, y fue necesario desarrollar una nueva forma de controlar la consistencia. La amplia variedad de composiciones, junto con los relatos históricos de la fabricación de vidrio, sugieren que el nuevo método implicaba fundir un lote completo de materias primas, eliminando los componentes no reactivos como espuma.

Aproximadamente desde el año 1400 d. C., en un esfuerzo por competir con la calidad del vidrio veneciano, se descubrió que el óxido de calcio (CaO) añadido como fundente a la mezcla de arena y potasa en forma de conchas, piedra caliza o mármol proporcionaba un vidrio más claro, gracias a la reducción de la cantidad de potasa necesaria junto con sus colorantes asociados.

	egipcio XV siglo BC	Roman primer siglo AD	Europeo siglo XIII DC	Siria siglo XIV	Moderno
Silica, SiO2	65	68	53	70	73
Soda, Na2O	20	16	3	12	16
Potash, K2O	2	0.5	17	2	0.5
Lime, CaO	4	8	12	10	5
Magnesia, MgO	4	0.5	7	3	3
Material de pila	planta ceniza quartz	natron arena	ceniza de madera arena/quartz	planta ceniza arena/quartz	sintética componentes

Composiciones típicas de algunos vidrios históricos y antiguos: los componentes se indican en porcentaje de peso; además de los enumerados, los vidrios antiguos también habrían contenido hasta un 1 % de óxido de hierro y hasta un 3 % de óxido de aluminio, además de colorantes y opacificantes.Al experimentar con la nueva tecnología, los vidrieros forestales tuvieron dificultades para alcanzar los altos estándares de claridad y color de los métodos romanos, debido principalmente a la gran variabilidad de los elementos que controlan el color en las materias primas. La arena y el suelo europeos suelen ser ricos en hierro y manganeso. El hierro confiere al vidrio un tono azul verdoso en las condiciones habituales de la atmósfera de un horno, pero también puede dar un color amarillo. El manganeso tiene su propio color púrpura que puede equilibrar el color del hierro para producir vidrio incoloro. Por ejemplo, el vidrio elaborado con madera de haya cultivada en suelos pobres y ricos en cal (p. ej., Kleinlutzel, Jura) tiene un alto contenido de manganeso y, por lo tanto, es casi incoloro, mientras que el de una zona rica en arcilla (p. ej., Court-Chalvet, Jura) es verde oliva. De este modo, se puede producir una variedad de colores, y la experimentación permitió a los vidrieros progresar desde los primeros colores verde-amarillo-marrón turbios hasta el vidrio transparente e incoloro. Las condiciones locales permitieron que algunas zonas produjeran vidrio más fino en una etapa más temprana. En Bohemia, a finales del siglo XVI, se utilizaban los poderes decolorantes del manganeso para producir un vidrio transparente apto para el grabado. La cantidad de carbono que queda en la ceniza de madera también puede afectar el color del vidrio al modificar la atmósfera del horno. Se ha demostrado que el vidrio de la Catedral de York tiene un 90 % de color natural, sin colorantes añadidos.Otros colores claros se producían mediante la adición deliberada de óxidos metálicos, a menudo subproductos de la metalurgia local: óxido de cobre para obtener verde o turquesa, y cobalto para un azul intenso. El rojo era particularmente difícil de producir, ya que se utilizaban partículas de cobre en condiciones redox cuidadosamente controladas. Hay poca evidencia del uso de opacificantes a base de antimonio o estaño, o del uso de plomo para modificar otros colores.Solo existen dos descripciones históricas de la vidriería europea en la época medieval. En 1120, el presbítero Teófilo, escribiendo en Alemania, proporcionó recetas e instrucciones detalladas, y en 1530 Jorge Agrícola escribió sobre la vidriería actual. Otra información útil proviene de hallazgos arqueológicos y reconstrucciones experimentales y teóricas. Sin embargo, en Turingia, las familias Greiner y Mueller fundaron Lauscha y varias otras casetas de vidrio.La arena probablemente se recolectaba del lecho de los ríos, donde estaba relativamente limpia y su tamaño de partícula era más uniforme. La tala, el transporte, el secado y el almacenamiento de la madera, tanto para la producción de cenizas como para el uso como combustible para los hornos, requerían mucha mano de obra y un alto nivel de organización.Teófilo recomienda el uso de troncos de haya, cuyos análisis han demostrado una alta proporción de CaO cuando se cultivan en suelos calcáreos. Independientemente de la madera utilizada, la cantidad de potasa y CaO que aporta, así como otros componentes que pueden afectar el color y la opacidad, varía considerablemente según la edad y la parte del árbol, la composición química del suelo, el clima, la época del año en que se cortó el árbol y la sequedad de la madera al quemarse, factores sobre los que el vidriero tenía poco control. Esta variabilidad explica los problemas que los vidrieros tenían para producir vidrio de calidad consistente. Se debían preparar y mezclar grandes cantidades de ceniza para lograr la homogeneidad necesaria para obtener una composición de vidrio predecible. Un rendimiento típico de ceniza de haya es de tan solo un 1%, por lo que, utilizando la receta de Teófilo de dos partes de arena por una de ceniza, se necesitarían 63 kg de madera de haya para producir un kilogramo de vidrio. Se ha estimado que, incluyendo el combustible, se necesitarían entre 150 y 200 kg de madera por kilogramo de vidrio.

Luego, la ceniza y la arena preparadas se calentaban juntas, pero no se fundían, a una temperatura relativamente baja (hasta unos 900 °C o 1650 °F) en un proceso conocido como fritado. Teófilo especifica "durante el espacio de un día y una noche". Este proceso, que podía monitorearse mediante cambios de color al aumentar la temperatura, provocaba una disminución del volumen antes de cargar los crisoles para la etapa final de fusión, minimizando así la necesidad de abrir el horno y, además, consolidando la ceniza ligera y pulverulenta que podía dispersarse en el horno y causar contaminación.

La etapa final consistía en fundir el material fritado en crisoles dentro de un horno cubierto para obtener vidrio fundido. El horno debía operar a la temperatura más alta posible, ya que la fusión rápida y la menor necesidad de fundente mejoraban la calidad del vidrio. El cambio de natrón a potasa requirió un aumento de la temperatura de fusión de aproximadamente 200 °C a aproximadamente 1350 °C, lo que requirió un cambio fundamental en la tecnología de los hornos y el desarrollo de cerámica de alta temperatura. A esta temperatura más alta, la arcilla normal reaccionaría químicamente con el vidrio.Una vez fundido, el vidrio se soplaba en recipientes o cilindros que luego se abrían para formar láminas de vidrio para ventanas. La etapa final consiste en recocer el vidrio terminado para evitar daños por contracción.

Aparte de las descripciones de Teófilo y Agrícola, la única representación de un invernadero forestal primitivo proviene de Bohemia, datada aproximadamente en 1380 (la Miniatura de Mandeville). Esta muestra un horno donde se realizaban todos los procesos de alta temperatura de la fabricación de vidrio en una única estructura que contenía varios hornos, cuyas temperaturas variables podían controlarse según fuera necesario mediante una atención constante. Las materias primas se mezclaban en un pozo cercano y se transportaban en bandejas para ser fritadas en uno de los hornos, con una temperatura óptima de hasta 1100 °C. La frita se fundía a alta temperatura, hasta 1400 °C, en crisoles en un segundo horno, y una vez listo, el vidrio se soplaba para formar objetos. Estos se colocaban en el horno de recocido para su enfriamiento. Toda la estructura estaba encerrada en un edificio de madera, y es probable que la madera se almacenara y se secara sobre el horno. Se han encontrado restos de una estructura similar de finales del siglo XV en Eichsfeld, Alemania. Otro diseño hallado arqueológicamente en el siglo XVII es el «horno mariposa». Estos hornos se fabricaban con piedra y los crisoles con arcilla importada, altamente refractaria. Su estilo difiere de los hornos islámicos de Oriente y del sur de Europa, el estilo «colmena», donde la cámara de recocido se encuentra por encima del horno principal, en lugar de al mismo nivel.El ciclo de cocción del horno se optimizaría en términos de consumo de combustible, producción y mano de obra, y a medida que la tecnología avanzaba, los invernaderos más grandes operaban de forma casi continua. Se estima que un invernadero grande podría consumir típicamente 67 toneladas de madera a la semana, operando durante 40 semanas al año.

La enorme cantidad de madera necesaria para producir vidrio de esta manera exigía que los invernaderos se ubicaran en zonas forestales y que el bosque se gestionara con cuidado mediante la poda y el desmoche para maximizar el recurso maderero y optimizar el tamaño de las piezas utilizadas. Aun así, periódicamente, el invernadero debía reubicarse, a medida que el bosque se agotaba. La industria del vidrio debía competir por el suministro de madera con otras industrias, como la minería, y con la demanda interna. En la Inglaterra del siglo XVI, se impuso un embargo sobre el uso de madera como combustible para la fabricación de vidrio. Los invernaderos solían ubicarse en bosques propiedad de la iglesia. Uno de los principales usos del vidrio forestal era la elaboración de vidrieras eclesiásticas.

• Corazón de Piedra (cuento de hadas alemanas) - una obra de vidrio en el Bosque Negro es un elemento clave de este cuento popular alemán

• Agricola, G. 1556, De Re Metallica, Book XII, Basel, (translated by H.C. and L.H. Hoover) Reimpresión de Dover 1950.
• Cable, M., 1998, La operación de hornos de fundición de vidrio con fuego de madera. En: P. McCray y D. Kingery (eds.), The *Prehistory and History of Glassmaking Technology, 315-330.
• Crossley, D., 1998, The English glassmaker y su búsqueda de materias primas en los siglos XVI y XVII. In: P. *McCray y D. Kingery (eds.), The Prehistory and History of Glassmaking Technology, 167–179.
• Eramo, G., 2006, The glass-making crucibles of Derrière Sairoche (1699-1714 AD, Ct. Bern, Switzerland): a petrological approach. Journal of Archaeological Science 33, 440–452.
• Freestone, I., 1992, Theophilus y la composición del vidrio medieval. In: P. Vandiver er al. (eds.), Materials Issues in Art and Archaeology III, 739–745.
• Hammersley, G., 1973, The Charcoal Iron Industry and its Fuel. Economic History Review ser 2,26,593–613.
• Newton, R.G.,1978, agentes de color utilizados por los cristaleros medievales. Tecnología de vidrio 19, 59-60.
• Pollard, A.M. y Heron, C., 1996, Química Arqueológica. Sociedad Real de Química.
• Rehren, Th., 2000, Rationales in Old World base glass compositions. Journal of Archaeological Science 27, 1225–1234.
• Schalm, O., Calluwe, D., Wouters, H., Janssens, K., Verhaeghe, F., " Pieters, M., 2004, Chemical composition and deterioration of glass excavated in the 15-16th century fishermen town of Raversijde (Belgium), Spectrochimica Acta Part B 59, 1647-1656.
• Seibel, F., 2000, The Mandeville Miniature: Correct or Faulty?. In: Annales du 14e Congres de l'Association Internationale pour l'histoire du Verre, 2000, 208–209.
• Shortland, A., Schachner, L., Freestone, I. and Tite, M., 2006, Natron como un flujo en la primera industria de materiales vítreos: fuentes, principios y razones de declive. Journal of Archaeological Science 33, 521-530.
• Smedley, J., Jackson, C.M. y Booth, C.A., 1998, Volver a las raíces: las materias primas, las recetas de vidrio y las prácticas de vidrio de Theophilus. En: P. McCray y D. Kingery (eds.), The Prehistory and History of Glassmaking Technology, 145–165.
• Stern, W.B. and Gerber, Y., 2004. Vidrio Potasio-Calcio: Nuevos datos y experimentos. Arqueometría 46, 137-156.
• Tait, H., 1991. Cinco Mil Años de Cristal. British Museum Press, Londres.
• Theophilus, On Divers Arts. Editado y traducido (1963) por J.G.Hawthorne y C.S.Smith (Dover Publications, Nueva York)
• Wedepohl, K.H., 2000, El cambio en la composición de los tipos de vidrio medieval que se producen en fragmentos excavados de Alemania. In: Annales du 14e Congres de l'Association Internationale pour l'histoire du Verre, 1998, 253–257.
• Wedepohl, K.H., 2005. El cambio en la composición de los tipos de vidrio medieval que se producen en fragmentos excavados de Alemania. En: Annales du 16e Congres de l'Association Internationale pour l'histoire du Verre, 2003, 203–206.