Trocknungsmethoden für wassergelagerte Geweihobjekte. Diplomarbeit

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1 Trocknungsmethoden für wassergelagerte Geweihobjekte am Beispiel einer neolitischen Geweihaxt mit Holzrest aus dem Bielersee Diplomarbeit vorgelegt dem Fachbereich 5, Gestaltung Studiengang Restaurierung/Grabungstechnik der Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin von: Kristina Gau Berlin,

2 1. Betreuer: Prof. Dr. Matthias Knaut Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin 2. Gutachter: Prof. Dr. Christian Stadelmann Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin 2

3 Zusammenfassung: Thema der Diplomarbeit ist die Erstellung eines Konservierungskonzeptes für eine wassergelagerte neolithische Geweihaxt mit erhaltenem Rest des hölzernen Holmes aus dem Bielersee, Kanton Bern. Die Diplomarbeit befasst sich mit der Recherche möglicher Trocknungsmethoden und Konservierungsverfahren für Artefakte aus Geweih und Holz. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf den materialspezifischen Eigenschaften von Geweih und Holz und den bekannten Erhaltungszuständen von Geweihartefakten aus Tauchgrabungen vor und nach der Bergung. Resultierend aus den Recherchen und den praktischen Versuchen wird ein Konservierungskonzept für die Geweihaxt mit erhaltenem Rest eines hölzernen Holmes vorgestellt, welches für vergleichbare Artefakte ebenfalls zur Anwendung kommen kann. Dabei handelt es sich um die Konservierung mit Glycerin, die an originalem Probenmaterial aus Geweih erprobt worden ist. Abstract: Theme of this thesis is the creation of a conservation concept for a waterlogged Neolithic antler axe with preserved remains of the wooden handle from the lake of Biel, Canton of Bern. The thesis deals with the research of possible drying methods and conservation procedures for preserving artifacts of antler and wood. It places an emphasis on the material specific properties of antler and wood, and the well-known conservation status of antler artifacts from underwater excavations before and after recovery. As a result of the research and the practical experiments a conservation concept for the antler axe with preserved remains of the wooden handle is presented that can be applied for comparable artifacts as well. It is the preservation with glycerol, which has been tested on samples from genuine antler. 3

4 Danksagung Bei den nachfolgend benannten Personen möchte ich mich herzlich für ihre Unterstützung und Hilfe bei der Erstellung der vorliegenden Diplomarbeit bedanken. Prof. Dr. Matthias Knaut, Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin Prof. Dr. Christian Stadelmann, Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin Dr. Cynthia Dunning, Kantonsarchäologin Bern, Archäologischer Dienst des Kantons Bern, Schweiz Christoph Rogalla von Bieberstein, Ressortleiter Konservierung, Archäologischer Dienst des Kantons Bern, Schweiz Dipl. Rest. Johanna Klügl, Archäologischer Dienst des Kantons Bern, Schweiz Prof. Gordon Turner-Walker, School of Cultural Heritage Conservation Yunlin, Taiwan Dr. Albert Hafner, Archäologischer Dienst des Kantons Bern, Schweiz alle weiteren Kollegen beim Archäologischen Dienst des Kantons Bern 4

5 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Objektdaten Objektbeschreibung Zustandsbeschreibung Archäologischer Kontext Fundzusammenhang Herstellungstechnik von Geweihäxten Verwendung von Geweihäxten Vergleichsfunde Rekonstruktion der Geweihaxt mit Holm Materialeigenschaften Geweih Bildung von Geweih Aufbau des Kollagen Aufbau des Hydroxylapatit Identifikation von Geweih Physikalische Eigenschaften von Geweih Zerfallsprozesse von Geweih im nassen Milieu Problematik bei der Trocknung von nassem Geweih Holz Aufbau von Holz Bestimmung der Holzart Zerfallsprozesse von Holz in nassem Milieu Problematik bei der Trocknung von nassem Holz Recherche möglicher Trocknungsmethoden Lösemitteltrocknung Kontrollierte Lufttrocknung mit konditionierten Salzen Kontrollierte Lufttrocknung mittels Vakuumverpackung Konservierung mit Polyethylenglycol Glycerin-Behandlung mit anschließender kontrollierter Lufttrocknung Superkritische Trocknung mit Kohlendioxid Zuckerkonservierung für Nassholz Zusammenfassung der Grundproblematik bei der Trocknung von nassen Geweihobjekten in Kombination mit Holz Eignung der diskutierten Methoden für die Geweihaxt mit Holzrest Wahl der Konservierungsmethode

6 11 Recherche geeigneter Festigungsmittel und Klebstoffe Mowilith Paraloid B Primal WS Wahl des Festigungsmittels und Klebstoff Untersuchungen und Nachweise Gewicht und Maße Röntgenuntersuchung Mikroskopische Untersuchung Schimmelanalyse Holzartbestimmung Erhaltungszustand des Holzes Erhaltungszustand des Geweihs REM-Analyse Bestimmung des Kollagengehaltes Zusammenfassung des Erhaltungszustandes Wasserqualität des Bielersees und mögliche Abbaumechanismen Versuchsreihe der Konservierung Das Probenmaterial Aufbau und Durchführung der Versuchsreihe Auswertung zur Versuchsreihe der Konservierung Zusammenfassung der Versuchsreihe Konzept für die Konservierung Konservierungs- /Restaurierungsempfehlung Planung der durchzuführenden Maßnahmen Hinweise zur Aufbewahrung und Transport Schlussbetrachtung Erkenntnisse Ausblick Verzeichnisse Verzeichnis der verwendeten Materialien Verzeichnis der verwendeten Geräte Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Literaturverzeichnis Verzeichnis der Abkürzungen A Anhang

7 1 Einleitung Bei der Trocknung von wassergelagerten Geweihobjekten handelt es sich um ein weites Forschungsfeld im Bereich der Konservierung und Restaurierung mit weltweitem Interesse. Durch die jährlichen Tauchgrabungen im Bielersee des Kantons Bern verfügt der Archäologische Dienst Bern über eine Vielzahl von Geweihartefakte, die es zu konservieren gilt. Die unterschiedlichen Erhaltungszustände, resultierend aus den verschiedensten Fundzusammenhängen sowie mögliche Materialkombinationen aus Geweih und Holz, erzeugen eine hohe Komplexität an Voraussetzungen für eine mögliche Konservierungsmethode. Ziel dieser Arbeit ist die Überprüfung der im Archäologischen Dienst Bern bereits angewendeten Methoden zur Trocknung von Geweih- und Kompositobjekten aus Geweih und Holz sowie die Suche nach möglichen neuen Methoden, welche in Zukunft zur Anwendung kommen können. Es wird dabei ein besonderer Wert auf praktische Anwendbarkeit der Methode und die Unschädlichkeit für den Erhalt der Objekte gelegt. Durch das in dieser Arbeit vorgestellte Restaurierungskonzept soll die Geweihaxt mit erhaltenem Rest eines hölzernen Holmes bei entsprechender Durchführung in einen stabilen und ausstellungsfähigen Zustand überführt werden. Dabei wird besonderer Wert darauf gelegt, dass im Geweih keine Rissbildung auftritt und dieses eine authentische Farbe aufweist. Das Geweih sollte dabei weder zu dunkel noch zu hell sein und einen möglichst originalen Eindruck erwecken. Obwohl das Holz trotz einer Schwindung weiterhin seine archäologische Auswertbarkeit behalten würde, wird eine möglichst geringe Schwindung angestrebt. Die Farbe sollte auch hier durch die Konservierung nicht zu dunkel werden. Um den originalen Kontext zu sichern, wird ein Separieren des Holzes von dem Geweih nicht empfohlen. 7

8 In Kapitel 2 sind die wichtigsten Objektdaten zur Identifizierung der Geweihaxt mit erhaltenen Resten des hölzernen Holmes steckbriefartig aufgelistet. In der Objektbeschreibung in Kapitel 3 folgt eine kurze Beschreibung des ersten optischen Eindruckes, zusammen mit Informationen über die aktuelle Aufbewahrung. Der Zustand der Geweihaxt und des Holzes vor der Konservierung ist in Kapitel 4, der Zustandsbeschreibung, erläutert. Das nachfolgende Kapitel 5, der Archäologische Kontext, umfasst insgesamt vier Unterkapitel. Im Fundzusammenhang wird kurz auf die Grabung im Bielersee eingegangen. Es folgt die Beschreibung der möglichen Herstellungstechniken und Verwendung von Geweihäxten. Zum Schluss werden als Vergleichsfunde neolithische Geweihäxte vorgestellt, die eine vergleichbare Erscheinung besitzen und ebenfalls aus dem Bielersee stammen. Um sich für eine geeignete Behandlungsmethode für die Geweihaxt mit erhaltenem Rest des hölzernen Holmes entscheiden zu können, müssen die unterschiedlichen Materialeigenschaften von Geweih und Holz möglichst genau bekannt sein. Sie werden daher in Kapitel 6 für das jeweilige Material getrennt beschrieben. Dabei wird auf die Entstehung, den Aufbau, die Identifikation bzw. Bestimmung des Materials, die Zerfallsprozesse im Wasser und die jeweilige Problematik bei einer Trocknung eingegangen. Für das Material Geweih werden des Weiteren die physikalischen Eigenschaften beschrieben. Die Ergebnisse der Literaturrecherchen zur den möglichen Trocknungsmethoden werden in Kapitel 7 vorgestellt. Es werden die in der Literatur genannten und die in der Schweiz bereits angewendeten Methoden näher erläutert und auf ihre Anwendbarkeit für Artefakte aus Geweih und Holz diskutiert. Es handelt sich dabei um die Lösemitteltrocknungen, kontrollierte Lufttrocknung mit konditionierten Salzen und mittels einer Kunststofffolie, Konservierung mit Polyethylenglycol, Behandlung mit Glycerin mit anschließender kontrollierter Lufttrocknung, Trocknung mit superkritischem 8

9 Kohlenstoffdioxid und die Zuckerkonservierung. Die Beschreibung der Grundproblematik bei der Trocknung von nassen Geweihobjekten in Kombination mit Holz erfolgt in Kapitel 8. Anschließend wird in Kapitel 9 die Eignung der diskutierten Methoden für die Geweihaxt mit Holzrest vorgestellt und dabei zusammenfassend auf die Anwendbarkeit der zuvor beschriebenen Methoden für die einzelnen Materialien eingegangen. Als Resultat der beiden vorangegangenen Kapitel folgt in Kapitel 10 die Begründung für die Wahl der Konservierungsmethode, die als geeignet angesehen wird. Das Kapitel 11 umfasst die Recherche geeigneter Festigungsmittel und Klebstoffe für die Materialien Geweih und Holz. Dabei werden drei Klebstoffe näher vorgestellt und nachfolgend die getroffene Wahl des Festigungsmittels und Klebstoffes erläutert. Zum besseren Verständnis der Geweihaxt mit Holzrest werden die durchgeführten Untersuchungen und Nachweise in Kapitel 12 beschrieben. Es handelt sich dabei um das Gewicht und die Maße der Geweihaxt, die durchgeführte Röntgenuntersuchung und die mikroskopischen Untersuchungen, welche die Schimmelanalyse und die Holzartbestimmung umfasst. Es folgt die Bestimmung des Erhaltungszustandes des Holzes, der für die Wahl einer geeigneten Konservierungsmethode von Bedeutung ist. Der Erhaltungszustand des Geweihs wird neben der optischen Begutachtung mit Hilfe der REM-Analyse auch durch die Bestimmung des Kollagengehaltes untersucht. Anschließend wird die vorliegende Wasseranalyse des Bielersees von 2005 ausgewertet und zum Schluss die Versuchsreihe zur Konservierung in Kapitel 13 erläutert. Das Kapitel 14 umfasst das Konzept für die Konservierung, in dem die mögliche Vorgehensweise diskutiert wird. Basierend darauf wird in Kapitel 15 eine Konservierungs- und Restaurierungsempfehlung gegeben und die Planung der durchzuführenden Maßnahmen vorgestellt. In Kapitel 16 folgen Hinweise zur Aufbewahrung und Transport und in Kaptiel 17 die Schlussbetrachtung mit den gewonnen Erkenntnissen und dem Ausblick. 9

10 2 Objektdaten Objekt: Geweihaxt mit Holzrest Labor-Nr: Fundzettel-Nr.: HTW-Eingangsnummer: CD-Nr: Material: Geweih, Holz Fundstelle: Fundort: Neue Station im Bielersee Sutz-Lattrigen, Kt. Bern Datierung: Neolithikum Eigentümer: Rest. Bearbeitung: Bearbeitungsort: Archäologischer Dienst des Kantons Bern Kristina Gau Archäologischer Dienst des Kantons Bern Maße Eingangszustand: Länge: 164,0 mm Höhe: 31,0 x 58,7 mm Breite: 40,0 x 44,1 mm Durchmesser Rose: 58,8 x 32,0 mm Schäftungsloch Unterseite: 18,0 x 27,8 mm Schäftungsloch Oberseite: 19,6 x 25,4 mm Gewicht: 271,0 g 10

11 3 Objektbeschreibung Bei dem zu konservierenden Objekt handelt es sich um eine neolithische geschäftete Geweihaxt bzw. Hammer-Axt mit dem erhaltenen Rest eines hölzernen Holmes 1 (Fundzettel-Nr ). Sie wurde während einer Tauchgrabung in 2008 als Lesefund aus dem Bielersee, Kanton Bern geborgen (vgl. Kapitel 5.1 Fundzusammenhang, S. 19). Seit der Bergung wurde die Axt im Kühlschrank in einem RAKO 2 Behälter mit Deckel in deionisiertem Wasser bei ca. 5-7 C gelagert. Die Axt ist von der Seite betrachtet leicht tropfenförmig. Die Oberfläche ist geglättet und lässt daher kaum geweihtypische Rippungen erkennen. Das Schäftungsloch hat eine oval-rechteckige Form. Das rechte Ende der Axt wird von der Rose des Geweihs gebildet. Der übliche Rosenkranz 3, die krause Perlung um die Rose herum, ist nicht vorhanden, wodurch die Rose eine abgerundete und geschlossene Oberfläche aufweist. Die linke Seite ist geöffnet und die Spongiosa 4 liegt frei. Im vorderen Bereich ist nur noch eine dünne Schicht der Spongiosa erhalten, die zur Rose hin stärker ausgebildet ist. Die Vorderseite der Geweihaxt hat eine bräunlich-schwarze Farbe und es sind leichte Spuren der ursprünglichen Rippung zu erkennen. Auf dieser Seite hat sie die geringste Länge, wodurch die Spongiosa am offenen Ende sichtbar wird. Die Rückseite weist eine helle, grünlich-gelbe Verfärbung auf. Die Geweihaxt ist in diesem Bereich am längsten. Im Bereich der Rose ist die Oberfläche partiell leicht abgebaut, wodurch die Spongiosa zu erkennen ist. Auf der Oberseite der Geweihaxt schließt der erhaltene Rest des hölzernen Holmes in dem Schäftungsloch ungefähr mit der Oberfläche der Axt ab. Der Holm hat hier eine auffallend gerade Schnittfläche und steckt leicht schräg im Schäftungsloch. Auf der Unterseite ist er im Schäftungsloch vertieft und es ist dadurch ein Teil der Innenwandung sichtbar. 1 Holm: der Stil einer Axt 2 Polypropylenbehälter 3 DESCHLER-ERB 1998, schwammartig aufgebaute Knochensubstanz aus feinen Knochenbälkchen 11

12 4 Zustandsbeschreibung Die Geweihaxt mit erhaltenem Rest des hölzernen Holmes ist in einem stabilen Zustand und sehr gut erhalten. Außer dem stark fragmentierten Holm scheint sie vollständig erhalten zu sein. Die Länge der Geweihaxt beträgt 164,0 mm von der Rose bis zum längsten Punkt auf der Vorderseite. Das Gewicht beträgt 271,0 g im Einlieferungszustand Die Vorderseite der Geweihaxt (siehe Abb. 1) weist eine grünlich-gelbe Verfärbung auf. Sie befand sich sehr wahrscheinlich in stetigem offenen Kontakt mit dem Wasser und es handelt sich demnach um die von der Wasseroberfläche aus gesehene Oberseite. Sie wird im Nachfolgenden als Vorderseite bezeichnet. Am linken Ende der geöffneten Seite befindet sich ein Riss mit etwa 27,0 mm Länge (siehe Abb. 9, S. 17). Die Vorderseite ist im Gegensatz zur Rückseite schlechter erhalten, was auf einen abrasiven Verschleiß 5 zurückzuführen ist (siehe Abb. 2, S. 13). Die grünlich-gelben Verfärbungen sind vermutlich durch Algenwachstum entstanden. Abb. 1: Vorderseite der Geweihaxt, Einlieferungszustand 5 Beschädigung der Oberfläche durch Wasser und reibende Materialien, wie etwa Sand. 12

13 Abb. 2: Detail der Vorderseite der Rose, Einlieferungszustand Die Rose hat einen Durchmesser von 54,7 x 31,0 mm. Die Abbildung 3 zeigt die Kartierung des Einlieferungszustandes mit den spezifischen Merkmalen der Oberflächenbeschaffenheit. Abb. 3: Kartierung der Vorderseite der Geweihaxt, Einlieferungszustand 13

14 Das oval-rechteckige Schäftungsloch weist, von der Vorderseite aus gesehen, zur Rose hin einen schrägen Verlauf auf (siehe Abb. 6, S. 15; vgl. Kapitel 12.2 Röntgenuntersuchung, S. 72). Bei der braun-schwarzen Rückseite der Axt handelt es sich um die Seite, die auf dem Seeboden aufgelegen hat (siehe Abb. 4). Sie ist mit ihrer zum Teil leicht erhaltenen Rippung nicht so stark abgebaut wie die gegenüberliegende Seite, da die Oberfläche durch den Seegrund geschützt war (siehe Abb. 5, S. 15). Aus Diesem Grund ist auf dieser Seite kein Algenwachstum entstanden. Abb. 4: Rückseite der Geweihaxt, Einlieferungszustand Auf der linken Seite ist der Blick auf den erhaltenen Rest der Spongiosa möglich. Es handelt sich dabei um eine dünne Schicht. Der größte Teil der Spongiosa ist nicht mehr vorhanden. Die Höhe der Axt beträgt im linken Bereich 31,0 mm und nimmt zur Rose hin bis auf 58,7 mm zu. 14

15 Abb. 5: Detail der Rückseite der Rose, Einlieferungszustand Abb. 6: Kartierung der Rückseite der Geweihaxt, Einlieferungszustand Die Abbildung 6 zeigt die Zustandskartierung der Rückseite. Der hölzerne Holm ist stark fragmentiert und hat eine helle Färbung. Auf der Oberseite ist die Struktur des Holzes gut erkennbar (siehe Abb. 7, S. 16; vgl. Kapitel Holzartbestimmung, S. 76). Ob es sich bei der geraden Schnittkante um einen originalen Zustand des Schaftes handelt, kann nicht eindeutig geklärt werden (siehe Abb. 8, S. 16). Jedoch wird davon ausgegangen, dass es ein alter Schnitt 15

16 ist, da durch den wassergetränkten Zustand ein Schnitt entgegen der Faserrichtung ohne ein starkes Ausfransen der Fasern nur schwer bis unmöglich ist. Obwohl der maximale Wassergehalt nicht gemessen werden kann, wird das Holz in einen stark abgebauten Zustand kategorisiert (vgl. Kapitel 12.4 Erhaltungszustand des Holzes, S. 79). Eine eindeutige Aussage über den originalen Durchmesser und die ursprüngliche Länge des Holmes kann nicht getroffen werden. Er wird im heutigen Zustand auf ca. 40,9 mm Länge geschätzt. Das Schäftungsloch hat auf der Oberseite einen Durchmesser von 25,4 x 19,6 mm. Die Oberfläche ist im Bereich der Rose auf der Oberseite stark abgebaut (siehe Abb. 7). Abb. 7: Oberseite der Geweihaxt, Einlieferungszustand Abb. 8: Detail der Oberseite des Schäftungslochs, Einlieferungszustand 16

17 Der Durchmesser des Holmes auf der Oberseite (Abb. 8, S. 16) beträgt etwa 18,4 x 11,2 mm. Auf der Unterseite hat das Schäftungsloch einen Durchmesser von 27,8 x 18,0 mm. Ein 51,5 mm langer und weniger als 1 mm breiter Riss verläuft vom Schäftungsloch ausgehend in Richtung des geöffneten Endes (siehe Abb. 9). Der Holm ist tief im Schäftungsloch positioniert und erscheint optisch in einem schlechteren Zustand als auf der Oberseite (siehe Abb. 10; Abb. 11, S. 18). Zum Teil besteht keine direkte Verbindung zu den Wänden des Schäftungslochs. Abb. 9: Kartierung der Risse in der Geweihaxt, Einlieferungszustand Abb. 10: Unterseite der Geweihaxt, Einlieferungszustand 17

18 Abb. 11: Detail der Unterseite des Schäftungslochs, Einlieferungszustand Die Oberfläche des Geweihs erscheint beim Anstechen mit einer Präpariernadel hart, was auf einen guten Erhaltungszustand schließen lässt (vgl. Kapitel 12.5 Erhaltungszustand des Geweihs, S. 81). 5 Archäologischer Kontext Die Geweihaxt wird ins Spät-/Endneolithikum datiert und stammt aus einer Ufersiedlung mit Pfahlbauten am Bielersee. Es ist eine weit verbreitete Geräteform aus dem Neolithikum und wird mit der Silexbearbeitung in Zusammenhang gebracht (vgl. Kapitel 5.3 Verwendung von Geweihäxten, S. 23). 18

19 5.1 Fundzusammenhang Gefunden wurde die Geweihaxt mit Rest des Holmes während einer Tauchgrabung im Bielersee in der Gemeinde Sutz-Lattrigen, Neue Station in Es handelte sich in dem Zusammenhang um eine Rettungsgrabung in den erodierten Teilen der Fundstelle. Bereits seit 1988 werden auf dem Gebiet Sutz-Lattrigen Tauchgrabungen im Bereich der früheren Ufersiedlungen durchgeführt (siehe Abb. 12). 6 Die Fundstelle Sutz-Lattrigen, Neue Station datiert etwa um v. Chr. Bei der Geweihaxt handelt es sich um einen Lesefund. Abb. 12: Karte der Grabungen im Bielersee; 2 Nidau-Schlossmatte/BKW; 7 Sutz-Lattrigen, Neue Station; 20 Lüscherz-Binggeli 7 6 HAFNER, SUTER 2004, 6. 7 HAFNER, SUTER 2000,

20 5.2 Herstellungstechnik von Geweihäxten Die Axt wurde aus dem basalen Stangenteil des Geweihs mit Rosenpartie gefertigt (siehe Abb. 14, S. 21). In diesem Bereich des Geweihs ist die Kompakta (Rinde) in aller Regel besonders stark ausgebildet, was sich positiv auf den Verwendungszweck auswirkt. 8 Zum Trennen des Stangenteils vom restlichen Geweih wurde die Kompakta mit einer Dechsel oder einem Meißel aus Stein oder Knochen eingekerbt, oder mit einer Schnur sowie Sand und Wasser eingeschliffen (siehe Abb.13). Anschließend wurde das Geweihteil abgebrochen. Die Oberfläche kann durch Zuschlagen mit einem Dechsel oder Meißel aus Knochen- oder Felsgestein oder durch Kerben mit Silex grob zugerichtet worden sein. Eine feinere Abb. 13: Zerlegung einer Geweihstange durch eine mit Sand behaftete Schnur 9 Nachbearbeitung erfolgt möglicherweise dann durch Schleifen auf einem Sandstein. Das ovale Schäftungsloch kann mit Hilfe von Knochenmeißeln, Steinmeißeln oder kleinen Dechseln mit Stein- oder Knochenklingen herausgearbeitet worden sein. 10 Zwar lässt sich ein Erweichen des Geweihs vor der Bearbeitung nicht nachweisen, Experimente haben jedoch gezeigt, dass z. B. das Durchtrennen von trockenem Geweih mit einem Dechsel nicht möglich ist. Es wird daher davon ausgegangen, dass vor der Bearbeitung das im Geweih enthaltene Kollagen mit Wasser, Urin oder Ähnlichem aufgeweicht worden ist. 11 Versuche mit verschiedenen Methoden haben gezeigt, dass sich ein Erweichen in kochendem Wasser, im Vergleich zum Einlegen in Wasser bei 8 MÜLLER-BECK 1993, Abbildung aus: KOKABI 1994, SCHIBLER 1995, MÜLLER-BECK 1993,

21 Raumtemperatur, am besten eignet. Diese Methoden sind aus Versuchen und ethnographischen Überlieferungen bekannt. Es wird davon ausgegangen, dass diese Methoden bereits im Mesolithikum zur Anwendung gekommen sind. Das Erweichen in Sauerampfer oder saurer Milch sind bislang nur aus Versuchsreihen bekannt. Die Verwendung von Sauerampfer eignet sich dabei noch am besten für die Bearbeitung von Geweih. Eine Bearbeitung im unerweichten Zustand erscheint äußerst unwahrscheinlich. Experimente haben gezeigt, dass bei der Nutzung von Flintwerkzeugen diese bei der Bearbeitung von Geweih weniger stark beschädigt werden als bei Knochen. 12 In der auf dieser Weise hergestellten Axt mit dem entsprechenden Schäftungsloch wurde anschließenden der Holm befestigt. Abb. 14: Das Hirschgeweih und die Bezeichnung seiner einzelnen Teile a Rosenstock; b Rose mit Rosenkranz; c Stangenbasis; d untere Stange; e Stangenmitte; f obere Stange; g Kronenbasis; h Krone; i Augsprosse; k Eissprosse; l Mittelsprosse; m Kronensprosse 13 Es ist davon auszugehen, dass die Axt aus dem Geweih eines Rothirsches gefertigt wurde. Er ist seit dem Mesolithikum der am stärksten verbreitete Hirsch bzw. die meist verbreitete Säugetierart. 14 Er gilt als die wichtigste 12 OSIPOWICZ: www-gregorz_osipowicz-bone_and_antlers.pdf, Stand: Abbildung aus: Schibler 1995, JARMAN 1972,

22 Jagdbeute. Zwischen 4000 und 2800 v. Chr. gibt es einen 100%igen Nachweis von Rothirschfunden in den Siedlungen im östlichen und westlichen Mittelland der Schweiz. Einzige Ausnahme ist nur der Nachweis des Vorhandenseins des Rothirsches in nur einer Siedlung von v. Chr. im westlichen Mittelland. Der am zweithäufigsten vertretene Hirsch ist das Reh gefolgt vom Elch. 15 Da sich die Geweihform und -größe dieser drei Hirsche jedoch stark unterscheiden, ist die Wahrscheinlichkeit sehr hoch, dass Geräte in der Regel aus Rothirschgeweih hergestellt wurden (siehe Abb. 22, S. 31). Aus den Ufersiedlungen in der Schweiz sind keine Äxte aus anderen Hirschgeweihen bekannt. 16 Die Geweihaxt hat eine geglättete Oberfläche. Dies ist ein häufiges Erscheinungsbild für Geweihäxte aus dem Bielersee, die oftmals vollständig überschliffen oder verziert sind. Durch das Entfernen der gerippten Oberfläche wird die Stabilität des Werkzeugs vermindert, da es dabei zur Verringerung der Materialstärke kommt. Aus diesem Grund gibt es die Hypothese, dass diese Art der Geweihäxte eher als Statussymbol und nicht als Werkzeug genutzt wurden. 17 Bei ähnlichen Geweihobjekten, die in die Kategorie Hacke gezählt werden, erfolgte die Glättung sehr wahrscheinlich durch landwirtschaftliche Arbeiten im Boden oder in Bergwerken. 18 Bei dem vorliegenden Geweihobjekt wird jedoch eher eine Nutzung als Hammer-Axt vermutet. Für den Holm wurde zur Zeit des Neolithikum vor allem das Holz von Ahorn und Esche genutzt. Es kam jedoch vereinzelt auch Buche, Kernobst, Eiche und Eibe zum Einsatz. 19 Die Analysen haben ergeben, dass es sich um Esche handelt (vgl. Kapitel Holzartbestimmung, S. 76). 15 SCHIBLER, HÜSTER-PLOGMANN 1995, Prof. Dr. SCHIBLER, Korrespondenz , vgl. Anhang A 7, S HAFNER, SUTER 2003, LAUWERIER 1999, GROSS-KLEE, 1995,

23 5.3 Verwendung von Geweihäxten Bei der Bestimmung der Verwendungsart von Geweihobjekten müssen vor allem mögliche Gebrauchsspuren berücksichtig werden. Geweihäxte wurden in der Steinzeit möglicherweise für die Zerlegung von Silexknollen genutzt (siehe Abb.15). Der Vorteil des Geweihs gegenüber dem Knochen ist scheinbar die höhere Elastizität (vgl. Kapitel Physikalische Eigenschaften von Geweih, S. 36). Dies hatte zur Folge, dass die Schäftungslöcher weniger bruchgefährdet sind. 21 Abb. 15: Mögliche Verwendung bei der Zerlegung von Silexknollen 20 Bei einem harten Werkzeug aus Geweih kann darauf geschlossen werden, dass dieses noch mindestens bis zum Herbst oder Winter vom Tier getragen wurde (vgl. Kapitel Bildung von Geweih, S. 30). 22 Ob das Tier dafür erlegt oder ob aufgesammelte Geweihe genutzt wurden, kann dadurch jedoch nicht eindeutig geklärt werden. Es wird davon ausgegangen, dass es vorwiegend zur Verarbeitung von aufgelesenen Abwurfstangen gekommen ist. 23 Jedoch standen auch schädelechte Geweihe von erlegten oder verendeten Tieren zur Verfügung. 24 Diese Tatsache bietet keinen Hinweis darauf, zu welcher Jahreszeit das Geweih verarbeitet wurde. Es besteht sowohl die Möglichkeit, dass es bereits im Herbst zu Werkzeugen umgearbeitet wurde als auch, dass das Geweih für eine längere Zeit gelagert und somit möglicherweise erst im Sommer verwendet worden ist. 25 Bei genauerer Betrachtung der Geweihäxte wird deutlich, dass scheinbar nur bestimmte Geweihformen für die Ver- 20 Abbildung aus: SCHLENKER 1994, SCHLENKER 1994, 42 / Das Geweih ist wird nach dem Abstreifen des Bastes voll ausgehärtet. Die maximale Härte durch die Verknöcherung wird etwa im Herbst/Winter erwartet. 23 KOKABI 1994, SUTER 1981, PAYNE 1972,

24 arbeitung in Frage gekommen sind. Wie bereits oben beschrieben, sind die Äxte aus dem basalen Bereich des Geweihs gefertigt worden. Durch das Verarbeiten der Rose des Geweihs ist das eine Ende des Werkzeuges abgerundet und die Oberfläche geschlossen. Im Vergleich dazu ist das andere Ende geöffnet und die erhaltenen Reste der Spongiosa liegen frei. Außer im Bereich des Schäftungslochs ist die Oberfläche an den Seiten der Geweihaxt geschlossen und es konnten keine Bearbeitungsspuren entdeckt werden. Dies lässt die Vermutung zu, dass vor allem das schädelechte Geweih von juvenilen Rothirschen verarbeitet wurde. 26 Bei jungadulten 27 oder maturen 28 Tieren ist die Augsprosse ausgebildet (siehe Abb. 14, S. 21), wodurch eine geschlossene originale Oberfläche durch ein Abtrennen nicht vorhanden wäre. Nur äußerst selten kommt im jungadulten Alter ein Spieß mit Rose vor. 29 Eine Möglichkeit der Verarbeitung von einem Geweih mit Augsprosse ist gegeben, wenn diese hoch genug von der Rose ansetzt, dass das Schäftungsloch in diesem Bereich ausgearbeitet werden kann. Das in den Abbildungen (S. 25) dargestellte Beispiel macht deutlich, dass in diesem Fall die Augsprosse mit ihrem spongiosen Anteil sehr nah an der Rose platziert ist und ein Schäftungsloch mindestens die Maße 32,0 x 13,0 mm hätten. Zwar kann nicht ausgeschlossen werden, dass der Bereich der Augsprosse zum Schäftungsloch umgearbeitet wurde, jedoch wird im Fall der Geweihaxt aus Sutz-Lattrigen, Neue Station und den genannten Vergleichsobjekten nicht davon ausgegangen (vgl. Kapitel 5.4 Vergleichsfunde, S. 26). Um das Schäftungsloch herum müsste die Oberfläche, im Vergleich zu dem restlichen Geweih, starker bearbeitet sein. Dies ist jedoch nicht der Fall. Es wird vermutet, dass sich nicht jede Geweihstange zur Anfertigung einer Hammer-Axt eignet und in neolithischer Zeit sehr wahrscheinlich eine Selektion geeigneter Geweihe erfolgt sein wird. 26 Das Geweih von juvenilen Tieren im zweiten Lebensjahr heißt Spiess. Es weist keine Verzweigung auf, hat keine Rose und ist etwa 40 cm lang. 27 drittes und viertes Lebensjahr 28 neuntes bis zwölftes Lebensjahr 29 SUTER 1982,

25 Abb. 16: Geweihstange mit Rose und Augsprosse Abb. 17: Geweihstange mit abgesägter Augsprosse 25

26 5.4 Vergleichsfunde Zwei vergleichbare Funde stammen aus einer Grabung in Zürich-Seefeld. Die dort gefundenen Geweihäxte haben in etwa die gleiche Form. Der Hauptunterschied liegt im scheinbar vollständig erhaltenen Holm (siehe Abb. 18, Objekt 1). 30 Abb. 18: Zwei beillochgeschäftete Hammer-Äxte aus einem basalen Stangenteil mit Rosenpartie und erhaltenem Holmteil 31 Neben der zu bearbeitenden Geweihaxt mit dem erhaltenem Rest des Holmes aus Sutz-Lattrigen (Fundzettel-Nr ) gibt es noch zwei weitere Äxte mit Resten von Holmen aus dem Bielersee. Eine dieser Geweihäxte stammt aus der Grabung von Nidau, Schlossmatte (Fundzettel-Nr ) von 1991 (siehe Abb. 19, S. 28). Sie ist im Vergleich zu den Geweihäxten aus Sutz-Lattrigen jedoch erheblich größer. Eine dritte Geweihaxt stammt aus Lüscherz-Binggeli (Fundzettel-Nr ) aus der Grabung von 1987 und hat eine vergleichbare Form und Größe (siehe Abb. 20, S. 28). Sie ist jedoch länger und schmaler als die zu konservierende Axt und hat außerdem ein etwas runderes 30 SCHIBLER1995, Abbildung aus: Schibler 1995,

27 Schäftungsloch mit dem Rest eines Holmes. Obwohl es durch die Verwendung des Naturmaterials Geweih keine exakten Duplikate geben kann, sind zum Vergleich in der Tabelle I die wichtigen Details der zwei Vergleichsobjekte und der zu konservierenden Geweihaxt aufgeführt. Die Bestimmung der Holzart der Holme wurde mit Hilfe eines makroskopischen Verfahrens (vgl. Kapitel Bestimmung der Holzart, S. 44) durchgeführt. Der Zustand der beiden Vergleichsobjekte ist stark unterschiedlich und zum Teil schwer zu beurteilen. Vor allem bei der Geweihaxt aus Nidau-Schlossmatte wurden umfangreiche Ergänzungen und farbliche Retuschen durchgeführt. Dies weist darauf hin, dass das Geweih nach der Konservierung in einem eher unstabilen Zustand gewesen sein mag. Genauere Informationen über die Konservierung und den Erhaltungszustand konnten nicht gefunden werden. Die Geweihaxt aus Lüscherz-Binggeli scheint im Vergleich in einem stabileren Zustand zu sein. Das Geweih ist oberflächlich jedoch auch hier abgebaut. Auf der Oberseite befinden sich im Bereich des Schäftungslochs zwei Risse. Im Gegensatz zu beiden Vergleichsobjekten scheint die Geweihaxt mit Rest des Holmes aus Sutz-Lattrigen, Neue Station in einem stabileren und besser erhaltenen Zustand zu sein. Das Holz ist in allen drei Fällen in einem ähnlich stark abgebauten Zustand und der Holm liegt jeweils nur fragmentarisch vor. Fund- Nr. Geweihteil und Oberfläche Stangenbasis geglättet Stangenbasis geglättet Stangenbasis geglättet Länge max. (mm) Rose max. (mm) 194,0 52,0 x 43,5 182,0 44,0 x 36,8 164,0 54,7 x 31,0 zettel- Schäftungsloch mit Holzrest art ovalrechteckig ovalrechteckig ovalrechteckig Loch Ober-, Unterseite (mm) 31,5 x 29,0; 30,0 x 26,0 23,0 x 19,0; 24,0 x 19,0 25,4 x 19,6; 27,8 x 18,0 Tab. I: Maße der Vergleichsobjekte und der Geweihaxt mit erhaltenem Rest des Holmes Holz- Esche Esche Esche 27

28 Abb. 19: Geweihaxt mit Holzfragment, Nidau-Schlossmatte/BKW, Abb. 20: Geweihaxt mit Holzfragment, Lüscherz-Binggeli, Rekonstruktion der Geweihaxt mit Holm Da der hölzerne Holm nur fragmentarisch vorliegt soll die nachfolgende Rekonstruktion (siehe Abb. 21) zeigen, wie die Geweihaxt mit Holm sehr wahrscheinlich ursprünglich ausgesehen hat. Die Länge und der Durchmesser des Holmes konnten nicht eindeutig rekonstruiert werden. Aus Stabilitätsgründen wird jedoch vermutet, dass der Holm oben länger und mit einem größeren Durchmesser als der heute erhaltene Rest gewesen war. Abb. 21: Rekonstruktion der Geweihaxt mit Holm 32 Abbildung: Archäologischer Dienst des Kantons Bern 33 Abbildung: Archäologischer Dienst des Kantons Bern 28

29 6 Materialeigenschaften Die Geweihaxt besteht aus Rothirschgeweih und hat in dem Schäftungsloch ein noch erhaltenes Fragment des Holmes. In diesem Kapitel soll der spezifische Aufbau der Materialien, die Identifikation, die Zerfallsprozesse im Wasser und die jeweiligen Problematiken für eine Trocknung von Geweih und Holz beschrieben werden. Die unterschiedlichen Eigenschaften beider Materialgruppen sind ausschlaggebend für die Wahl einer geeigneten Trocknungsmethode, die möglichst den Anforderungen beider Materialien entsprechen sollte. 6.1 Geweih Geweih wird in der Literatur zum Teil auch als knochige Struktur bezeichnet und in der Restaurierung oft in Verbindung mit Knochenobjekten genannt, da es strukturell und chemisch einen vergleichbaren Aufbau besitzt. Jedoch unterscheiden sich beide Materialien in ihrer Entstehung und dadurch in ihren materialspezifischen Eigenschaften. Geweih besteht aus einer harten äußeren Kompakta und einem inneren Hohlraum mit der Spongiosa. Durch die zahlreichen Kanäle für die Blutgefässe weist es eine raue Struktur auf. Die spezifische Materialzusammensetzung von Geweih ist beschrieben durch die Kombination aus dem mineralischen Bestandteil bestehend aus Hydroxylapatit (HAP), das etwa zwei Drittel der Masse ausmacht sowie dem organischen Bestandteil Kollagen (vgl. Kapitel Aufbau des Kollagen, S. 31; Kapitel Aufbau des Hydroxylapatit, S. 34). 34 Im nachfolgenden Kapitel wird auf die Entstehung von Geweih, die chemische Zusammensetzung und die spezifischen Materialeigenschaften eingegangen. 34 HIRON et al. 2004,

30 6.1.1 Bildung von Geweih Bei Geweih handelt es sich um einen Auswuchs aus dem Stirnbein von Reh, Dammwild, Rothirsch, Rentier und Elch. Es wird jährlich im März abgestoßen und anschließend neu gebildet. Die Knochensubstanz wird von einem Fortsatz des Stirnbeins, dem sogenannten Rosenstock der männlichen hirschartigen Tiere (Cervidae), gebildet. Nur beim Rentier trägt auch das Weibchen ein Geweih (siehe Abb. 22, S. 31). Die nachfolgenden Beschreibungen beziehen sich auf das Geweih des Rothirsches (Cervus elaphus). Zu Beginn besteht das Geweih aus einem Knorpelgewebe. Es ist von einer Hautschicht, dem Bast, umgeben. 35 Die Wachstumsrate beträgt bis zu etwa 20 mm pro Tag. Sie wird von einer Vielzahl von Knochenbildnern unterstützt. Diese werden in dem Gewebe versenkt, wodurch sich Knochenzellen bilden. Die Blutversorgung während des Wachstums erfolgt innerlich durch den Rosenstock und äußerlich durch Gefäße im Bast. Dieser wird nach dem Wachstum abgestreift und die Blutversorgung dadurch beendet. 36 Das sogenannte Fegen erfolgt im Frühherbst vor der Brunftzeit, die im September/ Oktober beginnt. 37 Zwar sind die Spätsommer-Geweihe im Prinzip schon verknöchert, aber erst nach der Brunftzeit weisen sie durch die Austrocknung ihre definitive Härte auf. 38 Die blutführenden Arterien erzeugen die charakteristische gerippte Struktur des Geweihs. Durch diesen Wachstumsablauf kommt es erst im Laufe des Jahres zur Verknöcherung des gebildeten Geweihs. Der Zyklus ist beendet, wenn das Geweih abgestoßen wird. 39 Bei der Bildung von Geweih handelt es sich um einen hormonell gesteuerten Vorgang, der etwa Tage dauert. Das Geweih wird mit zunehmendem Alter des Tieres jedes Jahr stärker und verzweigter. Dieser Vorgang kehrt sich jedoch nach der Blütezeit des Hirsches wieder um, wodurch die Länge und die Endenzahl abnimmt. Im ersten Lebensjahr bildet sich bereits der Rosenstock. 35 KOKABI 1994, MACGREGOR 1985, BOENIGK, SCHUMACHER 1980, SUTER 1981, MACGREGOR 1985,

31 Dessen Durchmesser nimmt bei allen Geweihträgern mit dem Alter zu. Die größte Rosenstocklänge wird zur Zeit des Erstlingsgeweihs erreicht. Bei jedem Abwurf erfolgt eine Verkürzung (vgl. Anhang A1 Entwicklung des Rothirsches, S. 131). 40 Abb. 22: Geweihformen von (a) Reh, (b) Damwild, (c) Rothirsch, (d) Rentier und (e) Elch Aufbau des Kollagen Kollagen ist ein Strukturprotein des Bindegewebes. Die Kollagenfasern im Knochen werden als Typ I bezeichnet. Das Kollagen in verschiedenen Geweben des Körpers und in den unterschiedlichen Tierarten unterscheidet sich in seiner physikalischen Charakteristik. Jedoch hat es grundsätzlich die gleiche chemische Zusammensetzung. Hartes Gewebe, wie Geweih, hat eine organische Struktur, in dem Calciumsalze eingelagert sind (vgl. Kapitel Aufbau des Hydroxylapatit, S. 34). Die Abbildung 23 (S. 32) zeigt den Aufbau des Makropolymers Kollagen. Es besteht aus monomeren Einheiten von Aminosäuren, die eine Polypeptidkette bilden. 40 DESCHLER-ERB 1998, Abbildung aus: MacGregor 1985,

32 Abb. 23: Aufbau der kollagenen Faser: 1 Faserbündel, 2 Faser, 3 Fibrille, 4 Mikrofibrille, 5 Tropocollagen, 6 _-Helix 42 Die Aminosäuren im Protein sind durch kovalente Peptidbindungen miteinander verbunden. Jedes Polypeptide besteht aus tausenden Aminosäuren, zusammengesetzt aus der Hauptgruppe von 20+ Aminosäuren. Die Polypeptide werden durch intermolekulare Anziehung und Wasserstoffbrücken zusammengehalten. Kollagen besteht zu etwa 25 % aus den Aminosäuren Prolin und Hydroxyprolin, welche für die Stabilität und Härte des Kollagenmoleküls verantwortlich sind. Je höher die Konzentration von Hydroxyprolin, desto höher die Resistenz des Moleküls gegenüber Hitze und chemischer Denaturierung. Etwa 30 % des Kollagens besteht aus der Aminosäure Glycin, welches regelmäßig als jeder dritte Rest angelagert ist. 43 Die Seitenkette dieser Aminosäure besteht aus einem einzelnen Wasserstoffatom. 44 Durch seine chemische Struktur ist eine uneingeschränkte Rotation der Polypeptidekette möglich, die dem Kollagen seine Flexibilität verleiht. Das Protein ist aus kristallinen und amorphen Bereichen aufgebaut. Die kristallinen Bereiche sind für das Eindringen von zerstörenden Lösungen 42 Abbildung von: sfa/fasern/d-molekular.php, Stand: FLORIAN 2007, HAINES 2006, 4. 32

33 und Enzymen weniger gut zugänglich als in den amorphen Bereichen. Ein Verlust dieser Bereiche macht das Protein anfällig für einen Zerfall. 45 Der Anteil des Kollagens im Geweih ist vor allem für die Zugfestigkeit, aber auch für eine gewisse Flexibilität verantwortlich (vgl. Kapitel Physikalische Eigenschaften von Geweih, S. 36). 46 Er variiert je nach der Stelle im Geweih und ist abhängig von den Lebensumständen des Tieres sowie der Vorbereitung der Probe für die Messung. 47 In der Literatur wird ein Kollagengehalt von etwa 33 % für den basalen Stangenteil und etwa 36 % für die Krone des Geweihs genannt (siehe Abb. 24). 48 Abb. 24: Chemischer Aufbau unterschiedlicher Kochenarten FLORIAN 1984, TURNER-WALKER 2008, Je nach verbleibendem Wassergehalt in der Probe können die Werte variieren. 48 CURREY 2006, Abbildung aus: CURREY 2006,

34 6.1.3 Aufbau des Hydroxylapatit Das Hydroxylapatit ist ein Tri-Calcium-Phosphat (Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH)), der mineralische Bestandteil des Geweihs. In rezentem Geweih variiert der Anteil zwischen etwa 65 und 66 % (siehe Abb. 24, S. 33). 50 Die Apatitkristalle sind zwischen den Kollagenfasern angeordnet. Chemisch betrachtet ist Hydroxylapatit relativ stabil. Jedoch kann ein saures Milieu zu einer Demineralisation führen. 51 Der Anteil des Calciumphosphates im Geweih ist für die Druckfestigkeit verantwortlich. 52 Auf der anderen Seite ist der mineralische Anteil jedoch auch dafür verantwortlich, dass das eigentlich hydrophile Geweih sehr empfindlich auf Veränderungen des Volumens reagiert (vgl. Kapitel Problematik bei der Trocknung von nassem Geweih, S. 40). 53 Auf die Wechselwirkungen zwischen dem Kollagen und dem Hydroxylapatit, die für die Stabilität des Geweihs von Bedeutung sind, wird in Kapitel (Zerfallsprozesse von Geweih im nassen Milieu, S. 38) eingegangen Identifikation von Geweih Bei den Geweihfunden aus archäologischen Tauchgrabungen handelt es sich vor allem um die Geweihe der oben genannten Hirscharten (vgl. Kapitel Bildung von Geweih, S. 30). Rezentes Geweih der verschiedenen Arten ist relativ leicht zu unterscheiden, da es sich jeweils anders entwickelt und unterschiedliche Formen annimmt. Die Größe und Komplexität des Geweihs ist abhängig von der Art, dem Alter des Tieres, der Ernährung, Gesundheit, dem Lebensraum und den klimatischen Verhältnissen. 54 Bei verarbeitetem Geweih ist diese Unterscheidung umso komplizierter, da in den meisten Fällen 50 CURREY 2006, O CONNER 1984, TURNER-WALKER 2009, HIRON et al. 2005, MACGREGOR 1985,

35 nur ein kleiner Teil des ursprünglichen Geweihs vorhanden und dieses oft auch oberflächlich bearbeitet ist. Mikroskopisch betrachtet erscheint Geweih dichter als Knochen, da die Havers-Kanäle weniger markant sind (vgl. Kapitel REM-Analyse, S. 82). 55 Eine Unterscheidung der Rasse kann womöglich durch DNA-Analyse erreicht werden. Neben der Charakterisierung mikroskopischer Merkmale gibt es die Möglichkeit, Knochen und Geweih durch die Dichtemessung zu bestimmen (vgl. Kapitel Physikalische Eigenschaften von Geweih, S. 36). Dabei muss jedoch ein vergleichbarer Erhaltungszustand vorliegen, damit die gemessenen Werte vergleichbar sind. Zwar gibt es Unterschiede in den organischen und mineralischen Komponenten von Geweih und Knochen, die Differenz liegt jedoch nur bei etwa 8 %. Dabei muss außerdem noch berücksichtigt werden, dass eine Abhängigkeit zum Wachstumsstadium, den Lebensumständen, dem Entwicklungszustand und der analysierten Stelle des Geweihs besteht, die keine eindeutige Zuordnung ermöglicht. 56 Ein relevanter Faktor bei der Bestimmung des Geweihs kann die Verbreitung der jeweiligen Rasse und die damit verbundene Verfügbarkeit in der entsprechenden Zeit spielen (vgl. Kapitel 5.2 Herstellungstechnik von Geweihäxten, S. 20; Kapitel 5.3 Verwendung von Geweihäxten, S. 23). Sollte eine Unterscheidung zwischen Geweih und Knochen mittels Computertomographie (CT) nicht möglich sein, gibt es ansonsten nur optische Bestimmungskriterien. Bei stark überarbeiteten Artefakten kann es daher dazu führen, dass das Rohmaterial unbestimmt bleibt FLORIAN 2007, DESCHLER-ERB 1998, DESCHLER-ERB 1998,

36 6.1.5 Physikalische Eigenschaften von Geweih Die physikalischen Eigenschaften beschreiben die Härte, die Biegefestigkeit und das Elastizitätsmodul von Geweih, die einen Einfluss auf die Trocknung haben können. Kommt es dabei zu Schrumpfungs- oder Ausdehnungserscheinungen, können Rissbildungen die Folge sein. Obwohl Geweih einen ähnlichen Aufbau wie Knochen hat, gibt es für die Verwendbarkeit entscheidende physikalische Unterschiede. Die Tabelle II zeigt den Vergleich der Biegefestigkeit und das Elastizitätsmodul von Knochen und Geweih in longitudinaler und transversaler Richtung im nassen und trockenen Zustand: Biegefestigkeit (MN/m 2 ) Elastizitätsmodul (GN/m 2 ) longitudinal transversal longitudinal transversal nass trocken nass trocken nass trocken nass trocken Knochen ( Rind) Geweih (Rothirsch) Tab. II: Die Biegefestigkeit und die Elastizität von Knochen und Geweih 58 Durch die Biegefestigkeit wird die maximale Spannung bezeichnet, die ein Werkstoff bei der Beanspruchung auf Biegung aufnehmen kann. Die Tabelle verdeutlicht, dass Geweih zwar im trockenen Zustand eine höhere Biegefestigkeit besitzt, jedoch nicht im nassen Zustand. Die Elastizität von Geweih ist in beiden Zuständen und Richtungen höher als von Rinderknochen. Vor allem in der transversalen Richtung ist dies zu beobachten. Bei dem Elastizitätsmodul handelt es sich um die Steifigkeit des Materials. Je geringer die Deformation bei einer angewendeten Last, desto steifer ist das Material. 59 Die im Allgemeinen höhere Biegefestigkeit von Geweih und die höhere 58 Abbildung nach: MacGregor 1985, MACGREGOR 1985,

37 Elastizität im Vergleich zum Knochen mag einer der Hauptgründe sein, warum Geweih in der Steinzeit als häufigstes Material für Werkzeuge genutzt wurde. Diese abweichenden Eigenschaften können jedoch auch zur Folge haben, dass die für Knochen angewendete Trocknungsmethoden für Geweih nicht einsetzbar sind. Vor allem durch die geringere Biegfestigkeit im nassen Zustand im Vergleich zu Knochen und der höheren Steifigkeit in der longitudinalen Richtung ist es noch anfälliger auf mögliche Ausdehnungen oder Schrumpfungen während des Trocknungsprozesses. Die im Allgemeinen kleine Porengröße des Geweihs macht es für Festigungsmittel mit großen Molekülen unmöglich, tief in die Substanz zu dringen (vgl. Kapitel 7.4 Konservierung mit Polyethylenglycol, S. 54). Die Dichte von Geweih ist geringer als die von Knochen. Diese ist jedoch abhängig von dem Erhaltungszustand und somit von Beeinträchtigungen vor und während der Sedimentation oder in diesem Fall durch den Einfluss des Wassers. Bei Objekten mit vergleichbarem Erhaltungszustand kann die Dichte mittels Computertomographie verglichen werden. Bei Untersuchungen an Bodenfunden aus August Raurica konnte keine Abhängigkeit des Erhaltungszustandes und der Dichte von der jeweiligen Oberflächenbearbeitung beobachtet werden. Im Gegensatz dazu spielen die Bodenverhältnisse scheinbar eine entscheidende Rolle. 60 Die Härte des Geweihs gibt Aufschluss über den Abbaugrad. Durch vorsichtiges Hineinstechen einer Nadel in die Geweihoberfläche kann ein Eindruck davon gewonnen werden, wie es sich in etwa um den Abbaugrad verhält. Diese Methode ist jedoch subjektiv und bietet daher nur einen Hinweis auf den aktuellen Zustand (vgl. Kapitel 12.5 Erhaltungszustand des Geweihs, S. 81). 60 DESCHLER-ERB 1998,

38 6.1.6 Zerfallsprozesse von Geweih im nassen Milieu Da in der Literatur oftmals nicht auf Geweih im Speziellen eingegangen wird, können ausschließlich Rückschlüsse aus den Informationen über Knochen gezogen werden. Da es sich bei Geweih um eine knochenartige kollagene Substanz handelt wird davon ausgegangen, dass ein ähnliches Verhalten zu erwarten ist. Der Erhaltungszustand von Knochen, die vollständig in Wasser gelagert sind, ist in den meisten Fällen erheblich besser als bei schwankenden Bedingungen im Erdreich. Jedoch kann es durch mineralische Ablagerungen zu starken Verfärbungen kommen. In besonders sauren Milieus wird mit einem Abbau von Knochen durch Demineralisierung gerechnet. Die Möglichkeit einer Zerstörung des Kollagens durch den ph-wert des Wassers sollte durch starke Konzentrationen von Eisen- und Schwermetallionen verringert werden können. Das Bakterium Clostridium histolyticum wird als ein weiterer Faktor für die Zersetzung von Kollagen genannt. Es handelt sich dabei um anaerobe Bakterien, die bei einem ph-wert zwischen 7-8 am aktivsten sind. Bei abweichenden ph-werten und dem Vorhandensein metallischer Ionen wird ihre Aktivität gehemmt. 61 Ist das Wasser aber erst einmal vollständig in die kleinen Poren eingedrungen und ist dieses mit Calcium- und Phosphat-Ionen angereichert, so wird das Wasser am erneuten Ausströmen gehindert und die Auflösung der Knochenminerale eingeschränkt. Ein Herauswaschen von Mineralien ist hauptsächlich bei wechselnden Nass- und Trockenphasen im Boden zu beobachten. Das Hydroxylapatit ist bei einem ph-wert von 7,8 im Boden am Stabilsten. Die Hydrolyse des Kollagens wird durch das Steigen oder Fallen des ph-wertes bzw. durch die Erhöhung der Temperatur verstärkt. Am Stabilsten erscheint das Kollagen bei einem ph zwischen 3 und 7,5. Bei einem ph-wert von 1 findet die Hydrolyse zehnmal so schnell und bei einem ph- 61 O CONNER 1984, 7. 38

39 Wert von 12 hundertmal so schnell statt. Zur Zerstörung von Knochen in Gräbern kommt es, wenn entweder das Kollagen oder das Hydroxylapatit angegriffen werden. In einem stabilen Zustand schützt das Hydroxylapatit die organischen Bestandteile vor mikrobiellen Angriffen und hemmt die chemische Hydrolyse. Im Gegenzug dazu umgibt das Kollagen das Hydroxylapatit und schützt es so vor der Auflösung durch Wasser. 62 Nasser oder feuchter archäologischer Knochen kann bis zu 50 % seines Volumens an Wasser in der spongiosen Porenstruktur eingelagert haben. 63 Der Einfluss des ph-wertes spielt im Boden wie im Wasser eine bedeutende Rolle und sollte in Kombination mit der Temperatur betrachtet werden. Durch die jahrelange Lagerung im Seewasser kann sich in den Poren des Geweihs oder Knochens Pyrit gebildet haben. Es handelt sich dabei um Eisensulfide, die sich in Gruppen (Framboiden) anordnen. Pyrit ist ein Nebenprodukt des Stoffwechsels von anaeroben sulfatreduzierenden Bakterien (SRB). 64 Dabei sind die chemischen und physikalischen Eigenschaften des Wassers entscheidend dafür, ob diese Art der Bakterien vorhanden ist (vgl. Kapitel 12.7 Wasserqualität des Bielersees und mögliche Abbaumechanismen, S. 91). Durch die Oxidation des Pyrits kann es unter anderem zur Zerstörung der Geweihsubstanz kommen (vgl. Kapitel Problematik bei der Trocknung von nassem Geweih, S. 40). 62 TURNER-WALKER 2008, TURNER-WALKER 2009, TURNER-WALKER 2008,