Untersuchung von (Spuren-) Elementkonzentrationsprofilen in archäologischer Keramik mittels Neutronenaktivierungsanalyse

Abstract

Die archäometrische Klassifizierung archäologischer Keramik nach ihren Spurenelementgehalten ist ein seit den 1960er Jahren erfolgreich eingesetztes Verfahren, um unabhängig von den stilkritischen Methoden der Archäologie Informationen über die Herkunft alter Keramik-Artefakte zu gewinnen. Am Helmholtz-Institut für Strahlen- und Kernphysik wird zu diesem Zweck seit etwa 20 Jahren die Neutronenaktivierungsanalyse (NAA) als analytisches Verfahren eingesetzt.<br /> Der große Erfolg durchgeführter Analysen hat dazu geführt, dass oftmals stillschweigend angenommen wird, dass sich das gemessene Spurenelementmuster der Keramik während der Bodenlagerung nicht verändert. Diese Annahme wurde in dieser Arbeit überprüft. Da sich eventuelle Verwitterungseffekte besonders an der Oberfläche der Scherben bemerkbar machen sollten, wurden Konzentrationsprofile in archäologischen Keramikfragmenten auf systematische Veränderungen der gemessenen Elementkonzentrationen zur Oberfläche der Scherben hin untersucht. <br /> Dabei zeigten von den mit der Bonner NAA gemessenen Elementen systematische Absenkungen vor allem bei Ca und den Alkali-Elementen Na, K, und insbesondere Rb und Cs. Die Veränderungen der Ca-Konzentrationen konnte durch Aufnahme von Röntgendiffraktogrammen zum Teil auf die Zersetzung der Mineralphasen Calcit und Gehlenit zurückgeführt werden. In stark verwitterten Proben konnten auch Absenkungen der leichten und mittleren Seltenen Erden an den Oberflächen gefunden werden, wohingegen für die Metalle der ersten Übergangsserie tendenziell eher erhöhte Konzentrationen an den Oberflächen gefunden wurden.<br /> Zur Abgrenzung gegenüber eventuell produktionsbedingten Konzentrationsprofilen wurden solche auch an frisch gebrannten Keramiken vermessen. Wie diese Proben zeigen, lassen sich die vorher beobachteten Konzentrationsprofile in den seltensten Fällen durch Effekte während der Trocknung und des Brandes erklären. Lediglich bei Verwendung von Salzwasser zum Anrühren der Tonmasse kommt es zu einer Erhöhung der Na-Konzentration zur Oberfläche des Scherbens hin, trifft NaCl in der Tonmasse auf Calcit, kann es ferner zu einer Konzentrationsabsenkung der schweren Alkali-Elemente kommen. Ansonsten konnten lediglich bei einem Ton Absenkungen in den As- und Sb-Konzentrationen während des Brandes gefunden werden.<br /> Die Untersuchung von Konzentrationsprofilen bei einem bestimmten Verwitterungsprozess, der Analcim-Kristallisation, zeigte die Grenzen des Profilansatzes auf. Dieser Prozess verändert die Alkali-Konzentrationen in Keramiken zwar tiefgreifend, dies aber offensichtlich schnell genug, dass er dabei kaum Konzentrationsprofile hinterlässt, die auf diese Art der Verwitterung hindeuten. In solchen Fällen kann eine Veränderung des Elementmusters innerhalb des einzelnen Scherbens chemisch nicht mehr festgestellt werden. Hinweise können lediglich Diffraktogramme oder der Vergleich mit anderen Proben liefern.