Archäologie und Analyse: Die Stunde der Laborexperten

Archäologie und Analyse: Die Stunde der Laborexperten

Von Marion Kretz-Mangold

Die kostbaren Funde sind geborgen, die Grabung ist geschlossen. Nun schlägt die Stunde der Spezialisten: Kleinste Spuren genügen, um große Geheimnisse zu lüften.

Der Helm des Herrn von Morken

Goldene Kostbarkeit: Der Spangenhelm, der einst einem mächtigen Franken gehörte, ist nicht nur wunderschön - er steckt auch voller Informationen. Labore auf der ganzen Welt haben sich darauf spezialisiert, solche archäologische Funde zu analysieren. Mauern, Metallsplitter, Stückchen von Stoff und Knochen oder der Müll aus einer römischen Abfallgrube: Alles Material, das Erkenntnisse über unsere Vorfahren liefert. Und das in einem Detailreichtum, von dem Archäologen noch vor wenigen Jahrzehnten nicht zu träumen wagten.

Goldene Kostbarkeit: Der Spangenhelm, der einst einem mächtigen Franken gehörte, ist nicht nur wunderschön - er steckt auch voller Informationen. Labore auf der ganzen Welt haben sich darauf spezialisiert, solche archäologische Funde zu analysieren. Mauern, Metallsplitter, Stückchen von Stoff und Knochen oder der Müll aus einer römischen Abfallgrube: Alles Material, das Erkenntnisse über unsere Vorfahren liefert. Und das in einem Detailreichtum, von dem Archäologen noch vor wenigen Jahrzehnten nicht zu träumen wagten.

Auch der Herr von Morken, dem der Helm einst gehörte, barg Geheimnisse, die niemand entschlüsseln konnte. Als sein Grab 1955 auf dem Kirchberg des kleinen Ortes Morken (Rhein-Erft-Kreis) entdeckt wurde, ahnten die Archäologen zwar, dass sie einen ganz besonderen Fund gemacht hatten. Dafür sprachen die kostbaren Grabbeigaben, die Goldmünze in seinem Mund, die Waffen, Schmuckstücke und Stoffe. Sie konnten aber nicht viel mehr tun, als die wenigen Skelettreste mitsamt den Funden zu bergen, ehe die Braunkohlebagger anrückten, Fotos und Zeichnungen zu machen und alles im Bonner Landesmuseum gut zu verwahren.

Von den Knochen des Herrn von Morken, der vor 1.400 Jahren starb, war nur ein Schatten im Boden geblieben: Der Lössboden hatte ihnen den Kalk entzogen. Anders die Funde aus den jungsteinzeitlichen Kollektivgräbern bei Erwitte-Schmerlecke (Kreis Soest). Die Überreste von Hunderten von Toten waren so gut erhalten, dass sie schon auf den ersten Blick Aufschluss über Alter, Geschlecht und Veränderungen am Skelett gaben. Ein Glücksfall für die Experten, denn Knochen sind wichtige "Daten-Träger", die Informationen über Krankheiten, Ernährung und sogar über Reisen in andere Länder bergen.

Die Wissenschaft ermöglicht inzwischen auch Einblicke im Mikro- und Nanobereich. Röntgenstrahlen durchleuchten Knochen, Minisonden erkunden das Innere von Schädeln und Nasennebenhöhlen. Unter hochauflösenden Durchlicht- und Rasterelektronenmikroskopen lassen sich feinste Veränderungen am Knochen erkennen – wie hier am Oberarmknochen eines Kindes aus Erwitte-Schmerlecke, der Anzeichen einer Mangelernährung aufweist. Ergebnis: Mit der Gesundheit der Menschen war es vor 5.000 Jahren nicht weit her, sie litten an Skorbut, Rachitis, Hirnhautentzündungen und Nierenerkrankungen.

Experten der Uni Göttingen setzen auch auf biochemische Methoden, um in den Knochen Biomarker für Erkrankungen wie Krebs oder Tuberkulose nachzuweisen - hilfreich, wenn die DNA der Krankheitserreger selbst verschwunden ist. Die Methode hat sich allerdings noch nicht durchgesetzt. Anders die Untersuchungen an der menschlichen DNA selbst: Die ist längst etabliert und kann sensationelle Erkenntnisse bringen. Das Paradebeispiel schlechthin: die Untersuchungen am fossilen Erbgut des Neandertalers. Sie halfen, die Geschichte der Menschheit umzuschreiben.

Vier Prozent unserer Gene stammen vom Neandertaler – denn Neandertaler und moderner Mensch haben tatsächlich Nachkommen miteinander gezeugt. Zu verdanken sind Erkenntnisse wie diese der Paläogenetik, einem noch relativ jungen Forschungszweig. Sie befasst sich mit der Analyse genetischer Proben, die Knochen, Zähnen oder Zahnstein entnommen werden - winzige Mengen, wie sie etwa der Oberarmknochen aus dem Bonner Landesmuseum lieferte,  genügen. Entscheidend ist die darin enthaltene mitochondriale DNA, die von den Müttern weitergegeben wird: Die Erblinie ist damit klar zu verfolgen. Diese mt-DNA wird mit der Polymerasekettenreaktion geklont und in einzelne Sequenzen zerlegt. Ein aufwändiges Verfahren. Daher dauerte es 14 Jahre, bis das komplette Genom des Neandertalers mit mehreren Milliarden Basenpaaren entschlüsselt wurde.

Immer neue Fakten liefert auch die Analyse von Isotopen - also der Atome, deren Kerne zwar gleich viele Protonen, aber eine unterschiedliche Anzahl an Neutronen haben. Ein Beispiel: Das nicht radioaktive C13 ist ein anderes Isotop von Kohlenstoff als das bekannte radioaktive C14. Auch Sauerstoff, Strontium und viele andere Elemente haben mehrere Isotope. Was sie für die Forscher interessant macht: In Zähnen, Wasser, Steinen oder Metall kommen sie in ganz unterschiedlicher Zusammensetzung vor - je nach Region, die so eine Art Fingerabdruck bekommt. Damit lässt sich also anhand von Zähnen und Knochen nachweisen, wo ein Mensch als Kind lebte und ob er sich vielleicht später auf Wanderungen begab.

Und welche Erkenntnisse gab es beim Herrn von Morken, dem Franken, der seine letzte Ruhe um 600 n.Chr. auf dem Kirchberg fand? DNA-Analysen konnten nicht gemacht werden, da seine Knochen nicht mehr genug Kollagen enthielten. Daher ist unklar, ob er mit den Dorfbewohnern verwandt war, deren Überreste in den 80er Jahren auf einem nahegelegenen Friedhof geborgen wurden. Anthropologische Untersuchungen an seinen Knochen und Isotopenanalysen zeigten aber, dass er für den Kampf lebte: Er wurde von klein auf gemästet, um Muskeln für sein Kriegerdasein aufzubauen, und ernährte sich wie ein Bodybuilder, mit viel Fleisch und wenig pflanzlicher Kost - ganz anders als die anderen Morkener. Ein weiterer Beleg für die Sonderstellung, die er im Ort genoss.

Vom Mensch zum Tier: Auch die Überreste von Schafen, Hunden oder Gänsen können wichtige Details liefern. Deswegen werden sie genau so sorgfältig vermessen, katalogisiert und analysiert wie andere Grabungsfunde. Manche stammen schlicht aus Abfallgruben, wie in Münster. Um Rückschlüsse auf das Leben der mittelalterlichen Münsteraner ziehen zu können, untersuchten Archäozoologen die Knochen aus dem jahrhundertealten Müll. Ergebnis: In den Abfallgruben eines Männerstiftes vor den Toren der Stadt wurden fast nur Knochen vom Kalb ausgegraben - schon damals etwas besonders Feines. Das Volk innerhalb der Stadtmauern dagegen musste sich mit Fisch und Fleisch von alten Rindern zufrieden geben, die am Ende eines langen Arbeitslebens in die Suppe wanderten.

Selbst die ganz speziellen Hinterlassenschaften von Rindern, Schafen oder Ziegen werden ausgiebig erforscht - oder genauer: die molekularen Artefakte im Boden. Denn wie Pflanzen oder Knochen verändert auch Dung die chemische Zusammensetzung des Erdreichs. Das ist bekannt – was den Geoarchäologen fehlte, war ein handfester Nachweis. Schließlich wollen sie wissen, ab wann Bauern ihre Äcker gedüngt haben – vielleicht schon in der Jungsteinzeit? Die dunkle Erde aus dieser neolithischen Grube bei Merzenich, die chemisch untersucht wurde, legte die Vermutung nahe. Mehr aber noch nicht.

Um mehr zu erfahren, musste Grundlagenforschung an alten Nutztierrassen betrieben werden. Das Ziel: Die Tierarten an ihrem Kot unterscheiden zu können, indem das jeweilige Verhältnis von Biomarkern wie Stanole und Gallensäure bestimmt wurde. Damit wäre zwar nicht bewiesen, dass der Dung vor Jahrtausenden bewusst auf den Acker gebracht wurde – aber zumindest wüsste man, von welchen Tieren er stammte. Die anschließende Analyse der Bodenproben war langwierig: Sie wurden gefriergetrocknet, gemahlen, das Pulver immer wieder wie in einer Kaffeemaschine extrahiert und schließlich im Gaschromatographen-Massenspektrometer in winzige Bestandteile zerlegt und bestimmt. Die Proben aus der neolithischen Grube waren aber zu alt und damit wenig aussagekräftig. Immerhin war klar, dass der Ackerboden, der in die Grube geraten war, Dung enthielt - und zwar den eines Wirbeltieres. Vielleicht doch den einer Kuh – so wie heute auch noch? Ob die Bauern ihn auch kompostiert, vielleicht sogar Misthaufen angelegt haben, wird als Nächstes untersucht.

Auch wenn es nicht so aussieht: Was hier in einem Bergischen Bauernhof lagerte, ist ein wahrer Schatz. 40.000 Baum-Reste, geborgen aus Häusern, Brunnen, Brücken und Gräbern, die in Zukunft wissenschaftlich ausgewertet werden sollen. Inzwischen sind sie an einem Ort, der ihnen eher gebührt: Im Dendro-Archiv NRW in Köln werden sie sorgsam gelagert und erfasst. Denn Holz ist nicht nur einer der wichtigsten Werkstoffe der Menschen. Inzwischen ist es zu einer Fundgattung der Archäologie avanciert, deren Auswertungspotential noch lange nicht ausgeschöpft ist. Das Besondere daran: Alle Informationen, die man den Holzgewebe entlocken kann, sind auf das Kalenderjahr genau datiert.

Der Klassiker der Dendrowissenschaft: Jede Baumscheibe lässt sich wie ein Kalender lesen - dank der Jahresringe, die gute und schlechte Wachstumsphasen in ihrer Region genau abbilden. Viele solcher Jahresringfolgen können miteinander verzahnt werden und ergeben einen "ewigen Baum", der von der Gegenwart Jahrtausende zurückreicht, genauer: bis zum Beginn der Nacheiszeit um 9.600 v. Chr. So lassen sich Fundstücke auf das Jahr genau datieren.

Deswegen wussten die Wissenschaftler ziemlich schnell, wann der Brunnen von Erkelenz-Kückhoven gebaut wurde, der 1990 im Braunkohlentagebau entdeckt und als erstes prähistorisches Bauwerk umfassend dendrowissenschaftlich untersucht wurde: Sie legten mit Hilfe einer Eichenchronologie das Entstehungsdatum auf 5089 v. Chr. fest - das älteste Holzbauwerk in NRW und eine technische Meisterleistung dazu.

Am Boden des Brunnens fanden sich Reste von Ahorn und Mistel, wie Archäobotanikerinnen der Uni Köln feststellten. Die Bestimmung von Holzarten ist eine von vielen Teildisziplinen unter dem großen Dach der Archäobotanik und Dendrowissenschaften. Der Blick ins Mikroskop gibt Auskunft darüber, welche Holzarten für Waffen verwendet wurden - Pappel für Schilder und biegsame Buche für Pfeile, wie beim Herrn von Morken. Sie kann auch klären, welche Hölzer in der Gegend wuchsen und welche importiert wurden, so wie es die Römer taten: Über den Rhein schafften sie Eiche aus dem Rhein-Main-Gebiet nach Köln, aus den Vogesen schlichte Tanne für die Verschalung der Fundamente beim Bau der römischen Stadtmauern. Heimisches Holz war etwas für Menschen, die fernab schiffbarer Flüsse lebten.

Solche Details sind auch der Isotopie zu verdanken, die nicht nur die Herkunft eines Menschens oder des Metalls auf einem Bronzeschild klären können, sondern auch von antikem Obst und Getreide. Um nur eine von vielen Fragen zu nennen: Mussten die römischen Besatzer vielleicht auf Importware aus Italien zurückgreifen, weil die Einheimischen sich weigerten, Geschäfte mit ihnen zu machen? Die Spuren der typisch "italienischen" Isotope in Überresten von Birnen, Äpfeln und Weizen lassen sich heute noch nachweisen - und geben einen tiefen Einblick in den Alltag um die Zeitenwende.

Dass lokale Holzfunde global betrachtet werden können, ist eine relativ neue Entwicklung: Dendroklimatologen untersuchen die Jahresringe der Bäume und versuchen den Einfluss des Klimas zu rekonkonstrieren. War eine Maikäferplage Schuld am schlechten Wachstum oder hat sich das Wetter großräumig verschlechtert? Gab es einen Sonnensturm, der sich in den Isotopen niedergeschlagen hat? Die Antworten darauf sollen auch helfen, den aktuellen Klimawandel besser zu verstehen.

Vom Makrorest zur Mikrospur: Je stärker der Boden rund um Fundstellen in den Blickpunkt rückte, desto detaillierter wurde die Forschung. Blütenstaub zum Beispiel, der früher mitsamt Grabungserde entsorgt wurde, gilt heute zusammen mit Früchten oder kleinen Holzresten als wichtige Informationsquelle, die sorgfältig ausgewertet wird. Dafür ziehen Archäobotaniker vor Ort Proben, bereiten sie auf und zählen die Pollen unter dem hochauflösenden Mikroskop aus. Weil jede Pollenart anders aussieht, können sie genau bestimmen, welche Gehölze oder Pflanzen ihre Spuren in der Erde hinterlassen haben.

Anhand der Pollen lässt sich nicht nur feststellen, woher die Römer ihr Getreide bezogen. Damit lassen sich Befunde auch datieren: Wenn man weiß, dass erst die Römer die Kirschen ins Land gebracht haben, kann eine Probe mit Kirschpollen eben nicht aus der Jungsteinzeit stammen. Eine wichtige Hilfe, weil die klassische C14-Methode nicht immer weiterführt. Die basiert darauf, dass alle Lebewesen bis zu ihrem Tod das radioaktive C14 einlagern, das dann ständig zerfällt: je älter das Objekt, desto weniger C14. Zum Leidwesen der Wissenschaftler funktioniert sie bei Funden aus der Zeit zwischen 800 und 450 v.Chr. nicht, weil das C14 zeitweise aus der Atmosphäre verschwand - ein Phänomen mit dem Namen "Hallstatt-Plateau", inoffiziell auch als "Pearsons' Peril" bekannt.

Baumringe, Isotope, Pollen und Archäomagnetik: In den vergangenen Jahren wurde eine ganze Reihe von Datierungsmethoden verfeinert oder neu entwickelt. Dazu zählt auch die Thermoluminiszenz, bei der gebrannte Keramik erhitzt und die gespeicherte Energie gemessen wird. Bei der Optischen Thermoluminiszenz (OSL) zur Datierung von Sedimenten dagegen wird die Probe belichtet. Die Methode ist inzwischen so ausgefeilt, dass Spezialisten erkennen können, wie lange ein einzelnes Mineralkörnchen der Sonne ausgesetzt war. Damit können sie etwa bestimmen, ob Sand über Jahrhunderte in eine Grube rutschte oder bei einem Starkregen hineinfloss - wichtig, wenn das Aussehen einer Landschaft oder das Klima vor Jahrtausenden rekonstruiert werden soll.

Oberste Maxime bei den Arbeiten im Labor: Die Funde sollen möglichst wenig beschädigt werden – so wie diese Manica aus Messing, eine Armschiene aus beweglichen Metallteilen, die im römischen Lager Till-Steincheshof (Bedburg-Hau) am Niederrhein samt Erdreich ausgegraben und im Bonner Landesmuseum untersucht wurde. Röntgen- und Computertomografie-Bilder zeigten, was sich im Block verbarg. Weitere Untersuchungen Speziallabor ergaben, dass sie aus Blech und einer Messinglegierung mit viel Kupfer und wenig Zink bestand, möglicherweise sogar Altmetall verwendet wurde. Die Schiene, die wohl einem einfachen Soldaten gehörte, wäre dann ein frühes Recycling-Produkt.

Möglich sind solche Erkenntnisse dank spektrometrischer Untersuchungen, bei denen winzige Flächen einer Probe mit dem Laserstrahl bedampft und die austretende Strahlung gemessen wird. Inzwischen gibt es Dutzende solcher Methoden, der Herkunft und Zusammensetzung von Objekten mit höchster Präzision auf die Spur zu kommen, ohne sie zu beproben. So fanden die westfälischen Experten per Infrarotanalyse heraus, dass die stark verwitterte Bernsteinperle, die in einem der Kollektivgräber von Erwitte-Schmerlecke geborgen wurde, aus dem Baltikum stammte - ein Beleg für frühe Handelskontakte.

Auch die Grabbeigaben des Herrn von Morken sind Importgüter, wie es einem Mann von Stand gebührte. Almandine, eine Granatart, mit der Helm, Gürtel und Schwert geschmückt waren, waren in der Merowingerzeit begehrte Statussymbole. Dass der Franke sie mit ins Grab genommen hat, war also wenig überraschend. Dass sie nicht wie bei den anderen Bewohnern aus Indien oder Sri Lanka, sondern aus einer bisher unbekannten Lagerstätte stammten, das ergab die Untersuchung per Röntgenfluoreszenz-Analyse. Jetzt suchen die Wissenschaftler, die die Handelswege in einem großangelegten Projekt aufspüren wollten, nach der neuen Almandine-Quelle: ein neues Mosaiksteinchen im großen Puzzle.

Und der Helm des Herrn von Morken? Auch der ist ein Luxus-Objekt aus Eisen und vergoldetem Kupferblech aus byzantinischer Werkstatt, geschmiedet von einem Könner, der sich mit römischer Waffenschmiedekunst auskannte. Vielleicht hat der Herr von Morken den Helm erbeutet, vielleicht war er sogar selbst Soldat im byzantinischen Heer. Die Hiebspuren beweisen jedenfalls, dass der Helmträger ihn oft im Kampf getragen hat: Der hochgewachsene Franke, der mit eisernem Langschwert und in prächtigen Gewändern aus feinster Wolle und importierter Baumwolle zu Grabe gelegt wurde, war eindeutig ein Krieger. Vermutlich war er ein Anführer im fränkischen Heer und Verwalter - ein Vertreter des Merowinger-Königs auf einer kleinen Burg im Rheinland.

Stand: 19.12.2017, 06:00 Uhr