Naturwissenschaftliche Forschung in einem Museumsverbund: Das Curt-Engelhorn-Zentrum Archäometrie in Mannheim

Transkript

1 Universität und Museum, Arbeitstagung des Museumsverbandes Baden-Württemberg e.v. Tübingen, 18. / 19. November 2011 Naturwissenschaftliche Forschung in einem Museumsverbund: Das Curt-Engelhorn-Zentrum Archäometrie in Mannheim Ernst Pernicka Universität Tübingen und Curt-Engelhorn-Zentrum Archäometrie, Mannheim

2 Die Reiss-Engelhorn-Museen Mannheim zwischen Eventbetrieb, Bildungseinrichtung und Forschungsinstitut

3

4 Was ist Archäometrie? Im Encarta-Lexicon findet man folgende Definition: Archäometrie (griechisch archaios: alt, metron: Maß), naturwissenschaftliche Methoden und Verfahren zur Auffindung und Untersuchung von Gegenständen im Bereich der Archäologie, Vorgeschichtsforschung, Völkerkunde, Kunst- und Kulturgeschichte. Ziel der Archäometrie ist es, anhand von Material und Herstellungstechniken definitive Aussagen über die Herkunft und Echtheit von Fundstücken (vornehmlich Artefakte) machen zu können sowie deren Alter und Entstehungszeit erschließen zu können.

5 Das Curt-Engelhorn-Zentrum für Archäometrie verbindet als An- Institut der Universität Tübingen erstmals in Deutschland und Baden-Württemberg eine Museumsinstitution mit einer Universität in Form einer public-private partnership. Initiatoren und Kooperationspartner Baden-Württembergisches Ministerium für Wissenschaft und Kunst Curt-Engelhorn-Stiftung für die Reiss-Engelhorn-Museen Universität Tübingen Stadt Mannheim VolkswagenStiftung

6 Multikollektor ICP-MS QICP-MS mit Laserablation Reinraumlabor

7 Gammaspektrometer Reaktor Mainz Alphaspektrometer Radiochemische Präparation EDXRF

8 Atmosphärisches Rasterelektronenmikroskop (ESEM) mit großer Probenkammer

9 Forschungsschwerpunkte am Curt-Engelhorn-Zentrum Archäometrie Entstehung und Ausbreitung der Metallurgie im östlichen Mittelmeerraum Frühbronzezeit im östlichen Mittelmeerraum mit Troia als zentralem Ort und Drehscheibe für die Vermittlung von Materialien und Technologien nach Europa

10 Ausdehnung der Unterstadt von Troia VI Jüngstes Ergebnis der Ausgrabungen: Das dritte Tor im Grabensystem

11 Ausdehnung der Unterstadt von Troia VI Verbreitung spätbronzezeitlicher Keramik

12 Charakterisierung von Kupfer-, Gold- und Obsidianvorkommen in Armenien

13 Ergebnisse des Surveys bereits bekannte bzw. neue Anlagen untersucht (11 Region Dilijan, 20 Vardenis/Sotk) > davon wurden bisher 7 Anlagen ausgegraben, 6 sondiert, 1 erwähnt > 18 Anlagen von uns erstmalig besucht, die keine Erwähnung bisher fanden 571 Keramikscherben und mehr als 100 Obsidianartefakte

14 Goldvorkommen in Armenien Majk op Maikop Nordkaukasische K. Kura-Arax Martkopi-Bedeni Trialeti Bronzezeitliche Kulturen im Kaukausgebiet

15 Goldbergbau von Sotk

16 Archäometallurgische und paläoanthropologische Untersuchungen des Gräberfeldes von Varna, Bulgarien Grab 43 des Gräberfeldes von Varna I

17 Archäometallurgische und paläoanthropologische Untersuchungen des chalkolithischen Gräberfeldes von Varna, Bulgarien

18 Cu % Klassifikation 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 Ag %

19 Cu in Gew.% Klassifikation 0,50 Kette I-1738 (Grab 36) 0,40 0,30 0,20 0,10 Typ III/1738 Typ IV/1738 Typ III/1738 Typ I+III 0,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 Ag in Gew.% Ergebnisse der RFA-Messungen im Vergleich mit einer vorläufigen typologischen Einteilung verschiedener Perlen. Die chemische Zusammensetzung korreliert sehr gut mit den typologischen Gruppen. Komplex 36, Varna I.

20

21 Gewinnung von Kupfer und Silber aus Fahlerzen in der Vorgeschichte und im Mittelalter E. Pernicka Universität Tübingen und Curt-Engelhorn-Zentrum Archäometrie, Mannheim

22 Klassifikation und Herkunft verschiedener Metalle in der frühen Bronzezeit Mitteleuropas Untersuchungen zum naturräumlichen und kulturellen Umfeld des Hortfundes von Nebra Ausbreitung der Zinnbronzetechnologie in Südosteuropa Produktion und Verbreitung von Kupfer im Ostalpenraum in der Bronzezeit Prähistorischer und historischer Bergbau in den Ostalpen und im slowakischen Erzgebirge Legierungen der späten Bronzezeit im nördlichen Alpenvorland

23 Die Himmelsscheibe von Nebra Himmelsscheibe Cu Sn Fe Co Ni Zn As Ag Sb Pb Bi 97 2,56 0,016 < 0,005 0,215 < 0,1 0,214 0,011 0,014 0,03 < 0,006 Beifunde (Median) 10,0 < 0,01 0,01 0,175 < 0,1 0,186 0,016 0,035 < 0,01 < 0,005 Gold Au ca. 79 Ag ca. 21 Cu ca. 0,3

24 Woher stammt das Kupfer? Vergleich des Spurenelementmusters von Nebra mit Erzen aus den bronzezeitlichen Kupferbergwerken von Mitterberg und Kitzbühel (Österreich).

25 Woher stammt das Kupfer? Kupferlagerstätten in Europa

26 Woher stammt das Kupfer? Vergleichsdaten Kupferlagerstätten in Deutschland (M. Frotzscher)

27 Zinn Aunjetitzer Kultur ( v. Chr.)

28 Isotopie der Zinnvorkommen und der Himmelsscheibe Cornwall (30 Proben) Graupen (2 Proben) Erzgebirge (44 Proben) Vogtland (6 Proben)

29 Gold Probleme bei der Herkunftsbestimmung von Gold große Reinheit von natürlichem Gold große Variabilität des wichtigsten Begleitelementes Silber weitere Reinigung durch (oxidierendes) Aufschmelzen mögliche Legierung mit Kupfer Bleiisotopenverhältnisse meist wenig aussagekräftig wegen sehr geringer Bleigehalte Platinmetalleinschlüsse chemisch sehr variabel

30 Untersuchte Goldvorkommen n = 150 n = 9 Seifengold, Carnon, UK Seifengold, Thüringer Wald, D Berggold mit Bleiglanz, Cavnic, RO Foto: G. Borg Tauerngoldgänge, A

31 Gold samples from Cornwall Alluvial gold, RCM, Truro Map: modified after Dunham (1978) (1,2) R.Fal - Crow Hill, (3,4) R.Carnon - Devoran, Feock, (5) R.Tresillian - Ladock, (6) St Day United Mines - Gorland, (7) R.Luney - Polmassick, (8) Cornwall placer 1, (9) Cornwall placer 2

32 Nebra Gold der Phase 1 Homogenisation of gold through melting Copper and platinum possibly enhanced by inclusions Traces of laser ablation) on a gold grain from the Carnon river

33 Methodische Untersuchungen zur Archäometrie Verteilung von Spurenelementen in verschiedenen Verhüttungsprodukten aus Schmelzversuchen Quantitative Spurenelementanalyse mit ICP-MS und Laserablation Untersuchungen zur Variation der Zinn- und Kupferisotopenverhältnisse Möglichkeiten und Grenzen der Herkunftsbestimmung von Gold mittels ICP-MS Osmiumisotopenverhältnisse in Gold, Eisen und Buntmetallen Herstellungstechnologie und Herkunft des Eisens in Manching werkstoffkundliche Untersuchungen an Legierungen der frühen Bronzezeit Echtheitsbestimmung von archäologischen Metallobjekten mit dem Pb-210 Test Untersuchungen zu Wanderungsbewegungen von Menschen und Tieren anhand von Isotopenanalysen von Knochen

34 Innovative technische Basis der 14 C-Methodik im KTL Teilchenbeschleuniger

35 Radiokohlenstoff 14 C Datierung und 14 C-Analysen Altersbestimmung von organischen Proben (Holz, Holzkohle, Knochen, organische Reste, Stoffgewebe,...) in den letzten Jahren, Zusammenarbeit mit der Archäologie und den Geowissenschaften Identifizierung von fossilen Beiträgen in heutigen Kohlenstoff- Verbindungen Überprüfung der Einhaltung des Kyoto-Protokolls (Reduktion des fossilen Anteils im heutigen Kohlendioxid) Biogener Kohlenstoff-Anteil in Brennstoffen, Emissionshandel Schwankungen der Sonnenaktivität und natürliche Klimaschwankungen in Verbindung mit Baumringchronologien 14 C in der Biomedizin Weiterentwicklung der Methode, in Verbindung mit den Universitäten Heidelberg und Tübingen und mit der ETH Zürich

36 Geschäftsbetrieb Echtheitsuntersuchungen (Pb-210, Heliumtest, Isotopenverhältnisse von Zinn und Kupfer) Materialanalysen (EDXRF, NAA, Mikrobereichs-XRD) Technologische Untersuchungen (ESEM mit sehr großer Probenkammer) Isotopenanalysen (Pb, Sr, Nd, Os, Sn, Cu) 14 C-Datierung mit AMS Lumineszenzdatierung (Keramik, Schlacken, Sedimente, Porzellan)

37 Principles of the authenticity test with Pb-210

38 Ores metallic components (native, sulfidic, oxidic...) gangue (silicates) smelting = separation metal/non-metal metallic phase siderophile and chalcophile elements slag lithophile elements Pb, Bi, Po Rn U, Th, Ra, Rn The isotopes of an element are chemically identical

39 U-238 decay chain 210 Pb (β) HWZ 22a-5HWZ~3%~100a 210 Po (α) HWZ 138d, alpha spectrometry 210 Pb ( 210 Po) -- present: Younger than 100a FAKE (Assumption: no Ra present) 210 Pb ( 210 Po) -- not detectable: Older than 100 a AUTHENTIC (Assumption: no old or re-used metal) erd/nichtmetallische Spurenelemente schwermetallähnliche Spurenelemente Dating in a strict sense is not possible: The initial radioactivity level is unknown

40 An example: The Sky Disc of Nebra Authenticity test with Pb-210

41 Mineral composition of the corrosion layer One more important parameter for authenticity analysis: Analysis by X-ray diffraction

42 U/Th-He Datierung von Gold