google-site-verification=mPlVZxFT00cp3wt61Vyp9f3WIbemYS89aj4HBoXqnpQ
Journal of Sistan and Baluchistan Studies

Journal of Sistan and Baluchistan Studies

MULTI-ANALYTICAL CHARACTERIZATION OF RED ROCK PAINTING PIGMENTS FROM NORTH KHORASAN, NORTHEASTERN IRAN

Document Type : Original Research Article

Authors
1 Department of Conservation and Archaeometry, Tabriz Islamic Art University, Tabriz, Iran.
2 IMCTH, North Khorasan Province, Bojnord, Iran.
Abstract
This study presents the first multi-analytical archaeometric investigation of red rock art pigments from three painted shelters in North Khorasan Province, Iran — Bash Mahalleh, Zeynekanlu, and Nargeslou, whose motifs span chronologically and stylistically distinct traditions from the Late Chalcolithic/Early Bronze Age to the Iron Age and historical periods. Nine pigment micro-samples (three per site) and one local geological red-earth reference were analyzed using SEM–EDS, micro-Raman, and FTIR spectroscopy. The results consistently identify hematite (α-Fe2O3) as the primary chromophore, confirming the use of natural iron-rich ochres across all studied sites. No alternative iron oxides or synthetic red pigments were detected. Microstructural data reveal dispersed pigment particles within a heterogeneous calcareous matrix, indicating the direct exploitation of local earth resources without advanced processing or intentional refinement. Furthermore, a ubiquitous calcium oxalate monohydrate patina was identified on the painted surfaces, suggesting secondary biogenic weathering or the degradation of ancient organic materials. Despite marked stylistic and chronological differences among the painted shelters, the mineralogical uniformity of the pigments suggests broadly similar technological choices, likely constrained by the regional availability of iron-rich earth resources, thereby providing the first archaeometric framework for interpreting pigment technology in northeastern Iranian rock art. While preliminary spectral data show similarities between the rock art pigments and the geological sample, definitive provenance attribution requires expanded trace-element sourcing.
Keywords

مشخصه‌یابی چندتحلیلی رنگدانه‌های سرخ نقاشی‌های صخره‌ای در خراسان شمالی، شمال‌شرق ایران

چکیده: این پژوهش نخستین مطالعه چندتحلیلی باستان‌سنجیِ رنگدانه‌های سرخِ نقوش صخره‌ای را از سه پناهگاه صخره‌ای نقاشی‌شده در استان خراسان شمالی ایران، شامل باش‌محله، زینکانلو و نرگسلو، ارائه می‌کند. نقوش این محوطه‌ها از نظر گاه‌نگاری و سبک‌شناختی، سنت‌های متمایزی را از اواخر مس‌وسنگ/اوایل عصر مفرغ تا عصر آهن و دوره‌های تاریخی دربرمی‌گیرند. نه ریزنمونه رنگدانه (سه نمونه از هر محوطه) و یک نمونه مرجع از خاک سرخ زمین‌شناختی محلی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به طیف‌سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (SEM–EDS)، طیف‌سنجی میکرو-رامان و طیف‌سنجی تبدیل فوریه فروسرخ (FTIR) مورد تجزیه‌وتحلیل قرار گرفتند. نتایج به‌طور پایدار هماتیت (α-Fe₂O₃) را به‌عنوان کروموفور اصلی شناسایی کردند و بدین‌ترتیب استفاده از اُخرای طبیعی غنی از آهن را در تمامی محوطه‌های بررسی‌شده تأیید نمودند. هیچ‌گونه اکسید آهن جایگزین یا رنگدانه قرمز مصنوعی شناسایی نشد. داده‌های ریزساختاری، پراکنش ذرات رنگدانه را درون یک ماتریس آهکی ناهمگن نشان می‌دهند که حاکی از بهره‌برداری مستقیم از منابع خاکی محلی، بدون فرآوری پیشرفته یا پالایش هدفمند، است. افزون بر این، وجود یک پاتینای اگزالات کلسیم تک‌آبه به‌طور گسترده بر سطوح نقاشی‌شده شناسایی شد که می‌تواند بیانگر هوازدگی زیستی ثانویه یا تخریب مواد آلی باستانی باشد. با وجود تفاوت‌های چشمگیر سبکی و گاه‌نگاری میان پناهگاه‌های نقاشی‌شده، یکنواختی کانی‌شناختی رنگدانه‌ها نشان‌دهنده انتخاب‌های فناورانه‌ای عمدتاً مشابه است که احتمالاً به‌واسطه دسترسی منطقه‌ای به منابع خاکی غنی از آهن محدود شده‌اند. از این منظر، پژوهش حاضر نخستین چارچوب باستان‌سنجی را برای تفسیر فناوری تولید و کاربرد رنگدانه‌ها در هنر صخره‌ای شمال‌شرق ایران فراهم می‌کند. اگرچه داده‌های طیفی مقدماتی شباهت‌هایی میان رنگدانه‌های نقوش صخره‌ای و نمونه زمین‌شناختی نشان می‌دهند، تعیین قطعی منشأ آنها مستلزم انجام مطالعات گسترده‌تر مبتنی بر ردیابی عناصر کم‌مقدار است.

کلیدواژه: هنر صخره‌ای، اُخرای سرخ، هماتیت، SEM–EDS، میکرو-رامان، شمال‌شرق ایران.

Afshari, H. & Forouzan, F. (2021). The Study of the Social Life of Former Nomads Living in the Homian Plain, Based on the Study of Rock Motifs of Mehrdad Stone. Rahpooye Honar-Ha-Ye Tajassomi, 4(2), 73-83. https://doi.org/10.22034/ra.2021.244948
Ahari Mostafavi, M & Asadi, M. (2021). Study on the Formal Features of the Lithographs of Luristan Dusheh Cave. Rahpooye Honar-Ha-Ye Tajassomi, 4(3), 15-24. https://doi.org/10.22034/ra.2021.526731.1035
Azandaryani, E. H., Qolami, H., Mohammadi Far, Y., & Razmposh, A. (2015). Discovering New Rock Paintings at Shmsali and Gorgali Rock Shelters in Kohgiluye and Bouier Ahmad Province, Southern Iran. Arts, 4(2), 61-67. https://doi.org/10.3390/arts4020061
Cariati, F., Rampazzi, L., Toniolo, L., & Pozzi, A. (2000). Calcium oxalate films on stone surfaces: experimental assessment of the chemical formation. Studies in Conservation, 45(3), 180-188.
Chalmin, E., Menu, M., & Vignaud, C. (2003). Analysis of rock art painting and technology of Palaeolithic painters. Measurement Science and Technology, 14(9), pp. 1590-1597.
Del Monte, M., Sabbioni, C., & Zappia, G. (1987). The origin of calcium oxalates on historical buildings, monuments and natural outcrops. Science of the Total Environment, 67(1), 17-39.
Eastaugh, N., Walsh, V., Chaplin, T., & Siddall, R. (2008) The Pigment Compendium: A Dictionary of Historical Pigments. Oxford: Elsevier Butterworth-Heinemann.
Fazel, L. (2011). Tang Tadvan and Tang Tihui: New Discoveries of Rock Art in Fars Province. Pazhohesh-haye Bastanshenasi Modares, (4-5), 69-78.
Ghasimi, T., Barfi, C., & Norouzi, R. (2014). Newly found pictograms from Abdozou Rockshelter, Firouzabad, southern Zagros, Iran. Rock Art Research, 31(2), 199-204.
Ghasimi, T., Ghasemi, P., Vafaei, A., & Ghezelbash, E. (2016). Recent rock art finds from north of Kavar in Fars, Iran. International Journal of Archaeology, 4(6-1), 8-21.
Gomes, H., Collado, H., Garcês, S., Lattao, V., Nicoli, M., Eftekhari, N., Marrocchino, E., & Rosina, P. (2024). Archeometrical Characterization of Rock Art Pigments from Puerto Roque Open-Air Rock Art Shelter (Valencia De Alcantara, Extremadura, Spain). Heritage, 7, 1123–1139. https://doi.org/10.3390/heritage7030053
Hradil, D., Grygar, T., Hradilová, J. and Bezdicka, P. (2003). Clay and iron oxide pigments in the history of painting. Applied Clay Science, 22(5), 223–236.
Karimi, F. (2007). A new perspective on Iranian rock carvings based on field studies, Bastan-pazhohi, 3, 20-34
Maryanti, E., Ilmi, M. M., Nurdini, N., Setiawan, P., Syah, Y. M., Saiyasombat, C., Kadja, G. T. M., & Ismunandar (2022). Hematite as unprecedented black rock art pigment in Jufri Cave, East Kalimantan, Indonesia: the microscopy, spectroscopy, and synchrotron X-ray-based investigation. Archaeological and Anthropological Sciences, 14, 122. https://doi.org/10.1007/s12520-022-01591-6
Mastrotheodoros, G.P., & Beltsios, K.G. (2022). Pigments—Iron-based red, yellow, and brown ochres. Archaeological and Anthropological Sciences, 14, 35. https://doi.org/10.1007/s12520-021-01482-2
Mauran, G., Lebon, M., Détroit, F., Caron, B., Nankela, A., Pleurdeau, D., & Bahain, J.-J. (2019). First in situ pXRF analyses of rock paintings in Erongo, Namibia: results, current limits, and prospects. Archaeological and Anthropological Sciences, 11, 4123–4145. https://doi.org/10.1007/s12520-019-00787-7
Mohammadi Ghasrian, S. (2007). Studies of rock patterns in Iran: problems and solutions, Bastan-pazhohi, 3, 15-17.
Molaie Kordshouli, H., Zare, Y., & Khosravanian, R. (2022). Ancient Pictographs in Bakhtegan County of Fars Province, Iran. Journal of Sistan and Baluchistan Studies, 2(2), 53-61. https://doi.org/10.22034/jsbs.2022.346804.1032  
Nicoli, M., Eftekhari, N., Vaccaro, C., Collado Giraldo, H., Garcês, S., Gomes, H., Lattao, V. and Rosina, P. (2023) 'A multi-analytical evaluation of the depositional pattern on open-air rock art panels at "Abrigo del Lince" (Badajoz, Spain)', Environmental Science and Pollution Research, 30, 24344–24360. https://doi.org/10.1007/s11356-022-23589-2
Oktaviana, A.A., Joannes-Boyau, R., Hakim, B., Burhan, B., Sardi, R., Adhityatama, S., Hamrullah, Sumantri, I., Tang, M., Lebe, R., Ilyas, I., Abbas, A., Jusdi, A., Mahardian, D.E., Noerwidi, S., Ririmasse, M.N.R., Mahmud, I., Duli, A., Aksa, L.M., McGahan, D., Setiawan, P., Brumm, A., & Aubert, M. (2024). Narrative cave art in Indonesia by 51,200 years ago. Nature, 631, 814–818. https://doi.org/10.1038/s41586-024-07541-7
Ortega-Avilés, M., Vandenabeele, P., Tenorio, D., Murillo, G., Jiménez-Reyes, M., & Gutiérrez, N. (2005). Spectroscopic investigation of a "Virgin of Sorrows" canvas painting: A multi-method approach. Analytica Chimica Acta, 550, 164–172. https://doi.org/10.1016/j.aca.2005.06.059
Petrova, O. I., Pankin, D. V., Povolotckaia, A. V., Borisov, E. V., Beznosova, M. O., Krivul’ko, T. A., & Kurochkin, A.V. (2017). Identification of pigments in colored layers of a painting by Raman spectroscopy. Optics and Spectroscopy, 123(6), 965-969.
Pisu, F.A., Porcu, S., Carboni, R., Mameli, V., Cannas, C., Naitza, S., & Chiriu, D. (2025). Innovative method for provenance studies in cultural heritage: A new algorithm based on observables from high-resolution Raman spectra of red ochre. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 329, 125581.
Privitera, A., Sardara, M., & Sodo, A. (2025). Raman approach to investigate painted decorations and manufacture technology of fake Greek and Italic pottery: a contribution to authentication. The European Physical Journal Plus, 140(3), 234.
Rafifar, J. (2002). Arasbaran (Sungun) petroglyphs. Iranian Journal of Anthropology, 1(1), 45-75.
Rampazzi, L., Andreotti, A., Bonaduce, I., Colombini, M.P., Colombo, C., & Toniolo, L. (2004). Analytical investigation of calcium oxalate films on marble monuments. Talanta, 63(4), 967-977.
Rastineh, U.A., B. Kasiri, M., Ajorloo, B., & Ebrahimi, Q. (2017). Identification the Structure of Colorants Used on the Late Bronze Age Ceramics of Eastern Lake Urmia Based on the Specimen from Kul Tepe. Ajabshir. Journal of Research on Archaeometry, 3(1), 17-27. https://doi.org/10.29252/jra.3.1.17
Sabbioni, C., & Zappia, G. (1991). Oxalate patinas on ancient monuments: the biological hypothesis. Aerobiologia, 7(1), 31-37.
Sadeghi, S., Javanmardzadeh, A., Hadian Dehkordi, M., & Rezaloo, R. (2023). Evaluating the Motifs and Pigments of the Charta Pictographs in Kuhdasht, Lorestan. Iranian Journal of Archaeological Studies, 13(1), 51-64.
Singh, M. R., & Yadav, R. (2023). Formation of calcium oxalate patinas as protective layer on basaltic stone surfaces of 17th century Raigad Hill Fort, India. Heritage, 6(7), 5374-5392.
Soltani, M. (2010). Iconographic and Chronological Analysis of the Petroglyphs of Qasr-e-Qand, Nikshahr. MA thesis in Archaeology, Sistan and Baluchestan University.
Vahdati, A. A. (2021a). Hunting in the Forest Steppe: An Examination of the Painted Panel at Takke Rock-Shelter, Bojnord, Northeastern Iran. Journal of Archaeological Studies, 12(24), 252–270.
Vahdati, A. A. (2021b). Newly found rock painting sites in the Upper Atrak Valley, Northern Khorasan, North-eastern Iran. Archaeological Research in Asia, 28, 100317. https://doi.org/10.1016/j.ara.2021.100317
White, R. L. (2023). Infrared spectroscopic investigations of calcium oxalate monohydrate (Whewellite) dehydration/rehydration. Minerals, 13(6), 783.
Volume 6, Issue 2
Special Issue on Rock Art Studies in Iran, Central Asia, and South Asia
December 2026
Pages 75-84

  • Receive Date 02 January 2026
  • Revise Date 19 August 2026
  • Accept Date 22 August 2026
  • Publish Date 20 December 2026