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Archäometallurgie

Im Fokus stehen dabei nicht nur die verschiedenen Metalle selbst, sondern auch metallurgische Reste wie Schlacken und technische Keramik, sowie die Lagerstätten. Die Erforschung bergbaulicher Gewinnungsverfahren gehören in der Regel zum Forschungsgebiet der Montanarchäologie, die eng mit der Archäometallurgie verbunden ist.

Da nahezu jedes pyrometallurgische Verfahren Spuren in Form von Metallresten, Schlacke und technischer Keramik, wie Tiegel, Gussformen, Ofenreste oder Düsen erzeugt muss geklärt werden welchem Verfahrensschritt diese Relikte zugeordnet werden können. Sie können nämlich aus dem primären Gewinnungsprozess, der Verhüttung, oder aus einem Verarbeitungsprozess, wie dem Legieren, Schmieden oder Gießen stammen. Um Informationen über prähistorische Handelsverbindungen und Handelswege zu erhalten müssen die möglichen Lagerstätten charakterisiert werden, indem Erze und metallurgische Relikte im Umfeld der Lagerstätten untersucht werden. Für die Rekonstruktion metallurgischer Prozesse und Handelswege sind deshalb Zwischenprodukte wie Barren oder Abfallprodukte wie Schlacken häufig sehr viel wertvollere Informationsträger als die eigentlichen Endprodukte, die Objekte aus Metall. Diese wiederum liefern Informationen über prähistorische und historische Metallverarbeitungsverfahren, die sich teilweise grundlegend von modernen Prozessen unterscheiden. Hier interessieren Verbundtechniken, wie Löten und Schweißen, Oberflächenbehandlungen, wie Vergolden, Verzinnen oder Färbetechniken, Herstellungstechnik durch Guss oder Umformung, und abschließende Wärmebehandlungen.

Die Untersuchungsmethoden in der Archäometallurgie basieren im Wesentlichen auf materialkundlichen und geowissenschaftlichen Verfahren und umfassen die chemische, strukturelle und isotopische Charakterisierung aller Produkte metallurgischen Prozesse, der sog. „Chaîne opératoire“. Welche Methoden im Einzelnen angewandt werden hängt dabei immer von der Fragestellung ab, da manche Fragen sich bereits mit einer einzigen Analyse geklärt werden können, während komplexere Fragestellungen eine Kombination unterschiedlicher Methoden erfordern. Alte Metalle weisen nicht den Reinheitsgrad moderner Metalle auf, sondern enthalten je nach Verhüttungsverfahren und verwendetes Erz eine ganze Reihe von Verunreinigungen, weshalb die Bestimmung der chemischen Zusammensetzung bereits eine wesentliche Information über Technik und Herkunft liefern kann. Metalle sind jedoch keine homogenen Stoffe, sondern bestehen aus einem Gemenge von unterschiedlichen metallischen und nichtmetallischen Phasen. Oft sind auch unterschiedliche Metalle miteinander verbunden.

Die Metallographie bzw. Materialographie, die auch die nichtmetallischen Werkstoffe umfasst, dient deshalb der Beschreibung des Aufbaus der Materialien und ist ein wichtiges Instrument um die Ergebnisse der pauschalchemischen Untersuchung richtig zu interpretieren. Ein wesentliches Instrument für die Zuordnung von alten Metallen zu ihrer potentiellen Erz Basis ist die Isotopenbestimmung, da sich die isotopische Zusammensetzung einiger chemischen Elemente vom Erz zum Metall nicht ändert. In der Archäometallurgie sind inzwischen verschiedene Isotopensysteme etabliert, wobei die Bestimmung der isotopischen Zusammensetzung des Bleis die längste Tradition besitzt und standardmäßig angewandt wird. Dadurch können bei allen Metallen, die Spuren von Blei aufweisen, die Isotopenverhältnisse bestimmt werden, welche wiederum abhängig vom Alter der Lagerstätte sind und somit Informationen über diese enthalten.

Grundsätzlich sind bei der Anwendung naturwissenschaftlicher Methoden bei kulturhistorisch bedeutenden Objekten Grenzen gesetzt, was besonders für die Metalle gilt, da z.B. Objekten aus Edelmetall wie Gold oder Silber ein viel höherer Wert zugesprochen wird als Objekten vom gleichen Typus aus einem anderen Material. Es dürfen deshalb häufig keine Proben entnommen werden und die Untersuchungen müssen deshalb zerstörungsfrei sein. Durch die Veränderungen der Oberflächen durch den Gebrauch oder die Bodenlagerung sind die Ergebnisse solcher Analysen jedoch in der Regel abweichend von der tatsächlichen Beschaffenheit des Metalls. Dadurch kommt es häufig zu Fehlinterpretationen. Die oft sehr ausgeprägte Korrosion bei archäologischen Metallen ist ein besonders limitierender Faktor da es dabei zu ganz erheblichen Veränderungen der Zusammensetzung kommen kann und bei manchen Objekten der metallische Zustand vollständig verloren ist.

Eine von Anfang an sehr kontrovers geführte Diskussion betrifft die mögliche Herkunft von Metallen. Man hat selbstverständlich von Beginn an bis heute Metall recycelt, wodurch es zur Vermischung von Metallen aus unterschiedlichen Lagerstätten kommt. Dies ist ein wichtiger, aber ein nicht grundsätzlich alles verhindernder Faktor. Ganz allgemein muss jedoch jedem klar sein, dass eine eindeutige Aussage nur bei einem negativen Ergebnis, also nur bei der Nichtübereinstimmung der Daten möglich ist. Selbst im Fall einer vollkommenden Übereinstimmung der chemischen und isotopischen Signatur von einem Metallobjekt mit einer bestimmten Lagerstätte kann nie ausgeschlossen werden, dass Metall aus einer anderen Lagerstätte möglicherweise genauso zusammengesetzt ist. Viele der in der Vergangenheit genutzten Lagerstätten sind heute entweder nicht mehr zugänglich oder nicht mehr vorhanden, weil der Bergbau aus jüngerer Zeit alle Spuren beseitigt hat.

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