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Silberisotopenanalyse

Anwendung

Die Isotopenverhältnisse von chemischen Elementen in natürlichen Gesteinen und kulturhistorischen Objekten können variieren. Ursache hierfür sind zum einen der radioaktive Zerfall von instabilen Isotopen, zum Beispiel von Rubidium, Uran oder Rhenium, der zu variablen Isotopenzusammensetzungen von Strontium, Blei oder Osmium führt. Zum anderen werden auch stabile Isotope auf Grund ihrer Massenunterschiede im Verlauf von physikalischen (Diffusion, Verdampfung), chemischen (Verhüttung, Oxidation, Reduktion) und biologischen Prozessen voneinander getrennt. Solche Prozesse sind sowohl bei der Herstellung von kulturhistorischen Objekten (Metallen, Legierungen, Schlacken, Keramik, Glas) als auch während der Bildung von deren Ausgangsmaterialien (Erze, Minerale) von großer Bedeutung.

Sie verleihen den Reaktionsprodukten einen jeweils spezifischen isotopischen Fingerabdruck. Dieser enthält möglicherweise zwei Informationen: zum Einem über die Beschaffenheit der Elementquelle und zum Zweiten über den Transferprozess von der Quelle zum Reaktionsprodukt. Mit Hilfe des isotopischen Fingerabdrucks in den jeweiligen Materialien, können dann Fragen hinsichtlich Herkunft, Herstellungstechnik oder Echtheit beantworten werden. Die Messung der Verhältnisse stabiler Isotope zur Beantwortung archäologische Fragestellungen steht in den Anfängen, und Details der Isotopensystematiken müssen noch erforscht werden.

Für die Herkunftsbestimmung liefert ein einzelnes Isotopensystem oft keinen eindeutigen Fingerabdruck, da Lagerstätten selbst große Variationen in den Isotopenzusammensetzungen aufweisen können. Durch die Integration zusätzlicher Daten von anderen Isotopensystemen, weitere geochemischen Methoden oder auch aus den Geschichtswissenschaften können Hypothesen überprüft werden. Der CEZA stehen hierfür eine „state of the art“ analytische Ausrüstung, umfangreiche Datenbanken und Naturwissenschaftler zur Beratung und Interpretation der Analysedaten zur Verfügung.

Grundlagen

Silber hat lediglich zwei Isotope, sodass die untersuchten Materialen über das Isotopenverhältnis 109Ag/107Ag charakterisiert werden müssen. Diese Anwendung der Isotopenverhältnisse von Silber zur Bearbeitung archäologischer und geologischer Problemstellungen steht ganz am Anfang und nur wenige systematische Untersuchungen wurden bisher durchgeführt. In der Natur tritt Silber gediegen und häufig in Verbindung als Sulfid (z. B. Argentit), Arsenid (z.B. Proustit) oder Antimonid (z.B. Pyrargyrit) auf. Wichtige Silberträger, in denen Silber ein wichtiger Nebenbestandteil ist, sind Fahlerze, Bleiglanz und Gold. Diese Minerale sind hydrothermalen Ursprungs und solche Vorkommen werden durch sekundäre Verbindungen ergänzt, die während der Verwitterung entstehen.

Diese Vielfalt lässt eine große Variation der Isotopenzusammensetzung des Silbers in der Natur erwarten. Silber und Gold werden oft gemeinsam in hydrothermalen Systemen und Oberflächenwässer transportiert. Silberisotopendaten in natürlichem Gold können daher verwendet werden, um die Quellgesteine von sekundärem Gold zu finden und um die physikalisch-chemische Prozesse, die zu Goldablagerungen führen, zu erforschen. Die oben erwähnten Minerale können auch Ausgangsprodukt von archäologischen Silber- und Goldartefakten (Münzen, Schmuckgegenstände, Reliquien) sein, die möglicherweise die Silberisotopensignatur der Quelle reflektieren. Höchstwahrscheinlich können auch Aussagen zu Herstellungstechniken und deren zeitliche Veränderung gemacht werden. Somit könnte es möglich sein zum Beispiel moderne von historischen Verfahren und damit echte von unechten Artefakten zu unterscheiden.

Die CEZA bietet an die Isotopenverhältnisse von Silber in gediegen und archäologischen Gold sowie in Silberartefakten und Verhüttungsprodukten zu bestimmen. Einzelheiten zur analytischen Methode und ein Beispiel zur Anwendung der Silberisotopenzusammensetzung können der folgenden wissenschaftlichen Publikation entnommen werden:

Brügmann, G.Brauns, M. & Maas, R., 2019, Silver isotope analysis of gold nuggets: An appraisal of instrumental isotope fractionation effects and potential for high-resolution tracing of placer gold. Chemical Geology516, 59–67, https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2019.03.015.

Probenbeschaffenheit

Die Probengröße hängt von den Elementkonzentrationen in der Probe ab, die allerdings sehr variabel sein kann! Bei Metallproben (Bronzen, Silber, Gold, Zinn) oder bei Kassiteriten empfehlen wir eine Probenmenge von 50 mg. Rein technisch betrachtet können 1 mg oder weniger ausreichen. Allerdings stellt sich bei dieser geringen Menge die Frage, inwieweit sie repräsentativ für die Gesamtprobe ist und die Analysenergebnisse sinnvoll zu interpretieren sind. Repräsentative Probenmengen von Kupfer-, Zinn- und Silbererzen sollten mindestens 0,5 g betragen, da solche Materialien von Natur aus sehr heterogen sind.

Forschungsschwerpunkte

Materialien