Neutronen helfen das kulturelle Erbe der Eisenzeit zu retten

2016-04-08 – Nachrichten aus dem Physik-Department

Eine interdisziplinäre Zusammenarbeit untersucht unter maßgeblicher Beteiligung des Physik-Departments, wie die rasche Korrosion von archäologischen Eisenfunden wirksam verhindert werden kann.

Pfeilspitze aus der Eisenzeit
An dieser Pfeilspitze aus der Ausgrabungsstätte in Manching sind die Rostspuren deutlich zu sehen. – Photo: Archäologische Staatssammlung / F. Wagner

In Bayern freuen sich Archäologen über zahlreiche Zeugnisse aus der Vergangenheit, ganz besonders aus der Zeit der Kelten, die vom 8. bis zum 1. Jahrhundert vor Christus Mitteleuropa bevölkerten. Nicht umsonst heißt diese Periode „Eisenzeit“, denn aus diesem Material sind viele Objekte aus großen Ausgrabungsfeldern wie dem in Manching. Sehr zum Leidwesen der Archäologen nehmen diese Funde nach der Ausgrabung im Kontakt mit der Luft oft sehr schnell Schaden. Grund dafür ist der Chlorgehalt, der dazu führt, dass die eisernen Zeugen aus der Vergangenheit zwar in der Erde viele Jahrhunderte überdauerten, aber an der Luft sehr schnell rosten. Die Chloridionen entstammen der umgebenden Erde und gehen Verbindungen mit der Eisenoberfläche ein.

Um die Artefakte zu konservieren, muss dieser Chlorgehalt so schnell und so effektiv wie möglich auf eine unschädliche Menge reduziert werden. Dazu sind zwei Methoden gebräuchlich: Das längere Lagern in einer alkalischen Lösung und das Erhitzen auf hohe Temperaturen bis etwa 700 ºC in einer Atmosphäre aus Stickstoff und Wasserstoff.

Der Physiker Friedrich Wagner und die Chemikerin Ursula Wagner vom TUM Physik-Department arbeiten zusammen mit Rupert Gebhard, dem Direktor der Archäologischen Staatssammlung in München, bereits seit längerem an diesem Problem. In der neuesten Publikation haben sie die Temperaturmethode mit der Prompten Gammaaktivierungsanalyse (PGAA) genauer untersucht, um die optimalen Bedingungen für die Konservierung zu finden. Die PGAA hat den großen Vorteil, dass die Stücke zerstörungsfrei untersucht werden können und danach nur schwach radioaktiv sind und so problemlos nach kurzer Zeit wieder in das Museum gebracht werden können.

Untersuchungsobjekt war eine 40 cm lange Eisenstange aus dem keltischen Oppidum in Manching, die schon 1999 ausgegraben wurde. Wie erwartet fanden sie die höchste Reduzierung des Chlorgehalts um 85 % bei 750 ºC und die geringste bei 350 ºC um 30 %. Überraschend fanden sie aber relativ große Unterschiede in den einzelnen Stücken, die zunächst nicht zu erklären waren.

Friedrich und Ursula Wagner haben noch mit dem Nobelpreisträger Rudolf Mößbauer an der TUM zusammen gearbeitet und sind deshalb Experten auf dem Gebiet der ebenfalls zerstörungsfrei operierenden Mößbauer-Spektroskopie, die sehr genau zwischen zweiwertigem und dreiwertigem Eisen sowie verschiedenen Eisenoxiden und Hydroxiden unterscheiden kann. In Kombination mit der Röntgenbeugung konnten sie so den thermisch bedingten chemischen Umwandlungen auf die Spur kommen. Bei 750 ºC beispielsweise entsteht eine Mischung aus Wüstit und Magnetit mit metallischem Eisen.

Ganz zufrieden sind die Autoren der neuen Publikation aber noch nicht: „Unsere Messungen werfen neue Fragen auf: So blieb zunächst unklar, was die durch die PGAA sehr genau gemessenen großen Streuungen des Chlorgehaltes hervorruft. Das werden wir noch weiter untersuchen.“

Veröffentlichung

Study of archaeological iron objects by PGAA, Mössbauer spectroscopy and X-ray diffraction
F. E. Wagner, R. Gebhard, W. Häusler, U. Wagner, P. Albert, H. Hess, Z. Révay, P. Kudejová, K. Kleszcz

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