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Lexikon der Geowissenschaften: Archäometrie

Archäometrie, dieser Begriff beinhaltet Forschungen, die zum Ziele haben, Material und Herstellungstechniken der in der Menschheitsgeschichte gefertigten Kultur- und Gebrauchsgüter kennenzulernen. Da es sich bei den Objekten der Bearbeitung vorwiegend um Gesteinsmaterialien, Keramiken, Gläser, Pigmente, Metalle und Schlacken, aber auch um Gewinnungsverfahren der Rohstoffe zur Herstellung antiker Gegenstände handelt, haben die klassischen und modernen mineralogischen Untersuchungsmethoden einen wesentlichen Anteil an der Archäometrie als einem Forschungsgebiet der Angewandten Mineralogie. Ein zentrales Thema der archäometrischen Forschung ist neben der Identifizierung der Werkstoffe, aus denen kulturgeschichtliche Objekte hergestellt sind, die Datierung, d.h. die zeitlich richtige Einordnung antiker Funde in eine relative oder absolute Zeitskala. Biogene Hartsubstanzen wie Knochen, Zähne und Elfenbein sind als die festesten und dauerhaftesten Teile der höheren Organismen älteste Zeugen der Existenz des Lebens auf entsprechenden Entwicklungsstufen. Sie enthalten als kristallinen Hauptbestandteil Hydroxylapatit, der sich in Abhängigkeit vom Einlagerungsmilieu im Laufe der Zeit chemisch und in seiner Struktur verändert. Hieraus resultieren zahlreiche Aussagen über Alter, Herkunft und Bearbeitung. Durch die Wechselwirkung mit Boden und Grundwasser finden Ionenaustauschvorgänge, Rekristallisation und Umkristallisation der Mineralkomponenten statt, was mit kristallographischen Methoden nachgewiesen werden kann.

Steinwerkzeuge aus Obsidian und Flint lassen sich unter bestimmten Voraussetzungen aufgrund ihrer Patinaschichten, deren Stärke temperatur- und zeitabhängig ist, datieren. Da die Schichtenbildung im wesentlich dem Diffusionsgesetz folgt, ist es möglich, bei Obsidianwerkzeugen ähnlicher chemischer Zusammensetzung die Hydratationsraten zu bestimmen, mit deren Hilfe eine Datierung durch Ausmessen der Schichtstärke der Patina vorgenommen werden kann. Antike Gläser zeigen einen laminaren Aufbau irisierender Patinaschichten, die sich mit jahreszeitlichen Temperaturschwankungen der Bodenschichten, in denen die Gläser eingebettet waren, in Verbindung bringen lassen und Altersdatierungen ermöglichen.

Die sog. Spaltspurendatierung nutzt zur Datierung auftretende Defekte, die bei den natürlichen radioaktiven Zerfallsprozessen in den Mineralphasen entstehen und die sich beim Anätzen polierter Flächen als Ätzgruben auf der Oberfläche zu erkennen geben. Aus dem Verhältnis zwischen Urangehalt, Alter und Spaltspurendichte einer Probe lassen sich mit dieser Methode antike Gläser und Obsidian, aber auch apatithaltige Materialien sowie Zirkon- und Urangläser zeitlich einordnen. Da für eine exakte Datierung hinreichende Mengen an Spaltspuren benötigt werden, sind Altersbestimmungen an Gläsern, denen als Färbemittel Uran beigemischt wurde, besonders günstig, da hier schon nach relativ kurzer Zeit mit einer hohen Spurendichte zu rechnen ist. Dies ermöglicht auch die Datierung kürzerer Zeiträume.

Neben der 14C-Methode, mit der v.a. Funde, die organische Substanz in Form von Holz, Pflanzenresten, Knochenkollagen etc. enthalten, datiert werden können, spielt bei der Altersbestimmung antiker Keramik insbesondere die Thermolumineszenzmethode eine wesentliche Rolle. Dieses Verfahren beruht auf der Tatsache, daß die in den keramischen Rohmassen auftretenden Quarz- und Feldspatkristalle durch die radioaktive Strahlung des in Spuren vorhandenen Urans, Thoriums und 40Kaliums in ihren Kristallgittern verändert werden. Diese Elemente senden bei ihrem Zerfall α- und β-Strahlen aus. Dadurch werden Elektronen aus den Atomhüllen freigesetzt und an Fehlstellen und Fremdionen der Kristallgitter von Quarz und Feldspat fixiert. Je länger der Zerfallsprozeß dauert, um so mehr Elektronen werden auf diese Weise "eingefangen". Wird das keramische Material später erhitzt, wozu man nur Mengen im Milligramm-Bereich benötigt, fallen die Elektronen wieder an ihre alten Plätze zurück. Die dabei ausgesandten Lichtquanten sind ein Maß für das Alter des Objektes. Die Thermolumineszenzmethode eignet sich besonders zur Datierung von Keramik, da während des Brennprozesses die natürliche Lumineszenz der Rohstoffe ausgelöscht und damit die radioaktive Uhr auf Null zurückgestellt wurde. Es lassen sich aber auch antike Bronzefunde über die gelegentlich noch erhaltenen keramischen Gußkerne auf diese Weise datieren.

Auch ergeben sich Datierungsmöglichkeiten durch das sich in seiner Richtung und Intensität ständig ändernde magnetische Erdfeld. Auf ähnliche Weise, wie man aus den Magnetisierungsmustern der Gesteine Hinweise auf Änderungen des Magnetfeldes der Erde während geologischer Zeiträume ableiten kann, lassen sich auch an keramischen Objekten die vom heutigen Erdfeld abweichende Inklination und Deklination einmessen und so eine auf magnetische Messungen fußende Zeitskala aufbauen, in die sich gleichartige, aber zeitlich unbestimmte Funde einordnen lassen. Voraussetzungen sind dabei allerdings genau datierbare, ortsfest gebrannte keramische Objekte, z.B. Herdstellen, Töpferöfen oder stark verklinkerte Brandschichten. Weitere archäometrische Aufgaben für die Mineralogie sind Untersuchungen von Pigmenten der antiken Malerei, der Münzmetalle und der Legierungen von metallischen Werkstoffen, die Ermittlung der Rohstoffquellen antiker Keramiken und Baustoffe, z.B. von Marmor, Probleme der Steinkonservierung im Rahmen der Erhaltung von Baudenkmälern, die Untersuchung von Steinschäden durch Umwelteinwirkungen, Echtheits- und Herkunftsprüfungen von Kunstgegenständen aus Keramik oder Stein sowie die Restaurierung und Konservierung von Museumsobjekten. [GST]

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