Knochen

Die morphologisch unterscheidbaren Hauptgruppen sind Röhrenknochen (z.B. die Langknochen der Extremitäten), platte Knochen (z.B. Becken oder Schulterblatt) und kurze Knochen (z.B. Hand- oder Fußwurzelknochen).

Die äußere Schicht (Kompakta) ist bei Röhrenknochen bis zu mehrere Millimeter dick und sehr resistent gegenüber Biegebeanspruchungen. Bei kleineren und flachen Knochen ist diese Schicht dünner und wird Kortikalis genannt. Im Inneren der Knochen befindet sich schwammartiges, aus Knochenbälkchen bestehendes Gewebe, die Spongiosa. Sie sorgt für Stabilität bei gleichzeitiger Reduktion des Gewichts im Vergleich zu kompaktem Knochen.

Knochen ist ein Kompositgewebe mit einem mineralischen Anteil von ca. 70 % und einem organischen Anteil von ca. 20 %. Der mineralische Anteil sorgt für Druckfestigkeit und entspricht im Wesentlichen dem Calciumphosphat Hydroxylapatit (Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂). Da er jedoch Karbonatkomponenten und zahlreiche Substitutionen von Mengen- und Spurenelementen enthält, entspricht er aus mineralogischer Sicht eher einem Karbonatapatit (Dahllit) bzw. einem biologischen Apatit. So ersetzt z.B. das für die Strontium-Isotopenanalyse genutzte Spurenelement Strontium das Hauptelement Calcium. Die für Kohlenstoff- und Sauerstoff-Isotopenanalysen sowie ¹⁴C-Datierungen herangezogenen Karbonatgruppen (CO₃^2-) können an die Stelle der OH- oder PO₄^2--Gruppen treten.

Der organische Anteil sorgt für Elastizität und Torsionsfestigkeit des Knochens. Er besteht zu 90 % aus dem Strukturprotein Kollagen vom Typ I. ¹⁴C-Datierungen sowie leichte stabile Isotopenanalysen von Kohlenstoff und Stickstoff werden an Kollagen durchgeführt.

Knochen ist lebendes Gewebe und wird zeitlebens umgebaut. Dabei werden aus der Nahrung und aus dem Trinkwasser aufgenommene Haupt- und Spurenelemente eingelagert. An Knochen ermittelte archäometrische Analysedaten entsprechen deshalb einem über mehrere Jahr hinweg gebildetem Mittelwert.

Probenbeschaffenheit

Die Art der zu untersuchenden Knochen und die Größe der Proben hängt von den zu beantwortenden Fragestellungen und den eingesetzten Methoden ab. Isotopenanalysen und Datierungen werden bevorzugt an Kompakta oder Kortikalis durchgeführt. Analysen an Spongiosa sind zu vermeiden, da die geringe Dicke und die großen Oberflächen der Knochenbälkchen, dieses Material sehr anfällig gegenüber diagenetischen Veränderungen während der Bodenlagerung macht.

Typische Probenarten und Größen für die am CEZA gängigen Analysen an Knochen sind:

¹⁴C-Datierung und stabile Kohlenstoff- und Stickstoff-Isotopenanalyse

• Knochenstück von möglichst 4-5 cm Länge, mindestens 1g
• Bei wesentlich kleineren Probenmengen bitte Rücksprache mit dem Labor halten
• Bei größeren Probenserien möglichst auf einheitliche Skelettelemente achten. Für stabile Isotopenanalysen bevorzugen wir Rippenfragmente. Die Beprobung anderer Knochen ist ebenfalls möglich, insbesondere, wenn die Überlieferungsumstände dies erfordern.
• Die Kollagenextraktion erfolgt an der Kompakta bzw. Kortikalis
• Knochen mit sehr hohem Spongiosaanteil bei gleichzeitig sehr dünner Kortikalis (Hand- und Fußwurzelknochen, Wirbelkörper, Gelenkenden von Langknochen etc.) sind zu vermeiden.

Strontium-Isotopenanalyse

• Aufgrund diagenetischer Veränderungen während der Bodenlagerung spiegelt das aus bodengelagerten Knochen extrahierbare Strontium oftmals nicht die Isotopenzusammensetzung des biogenen, d.h. auf die zu Lebzeiten aufgenommene Nahrung zurückgehenden Strontiums wider. Aus Knochenproben sind daher eher Informationen über das im Boden mobile Strontium ableitbar, alsdass sie über langfristige Aufenthaltsorte eines Menschen im Erwachsenenalter informieren können.
• Knochen können — neben anderen Probenmaterialien — Anhaltspunkte für die Isotopenzusammensetzung des lokal biologisch verfügbare Strontium geben. Im Falle archäologisch überlieferter Knochen entspricht dies oft zumindest anteilig dem im Boden labilen Strontium. Rezentes bzw. nicht bodengelagertes Material repräsentiert das während der letzten Lebensjahre aufgenommene Strontium.
• Als Probenmaterial dient vor allem kompakter Knochen. Für eine Analyse (inkl. Vorreinigung) genügen ca. 10-12 mg. Der Handhabbarkeit wegen empfehlen wir eine Probenmenge von mind. 1 g, bzw. ein Stück von mind. 1-2 cm Kantenlänge.