Mit Klebeband zur Herkunftsbestimmung von zinnoberfarbenen Artefakten

Forscher am RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science in Japan haben eine Methode entwickelt, wie extrem kleine Zinnober-Proben von Artefakten getestet werden können. Demnach sei eine Kombination aus hochempfindlichen Schwefelanalysetechnik und einfachem schwefelfreiem Klebeband eine effektive und schadenfreie Möglichkeit.

Die Forscher veröffentlichten die Ergebnisse ihrer neuen Methode zur Herkunftsbestimmung im Journal of Archaeological Science. Mit dieser Technik konnten die Wissenschaftler vermutlich den Handel zwischen der nördlichen Insel Hokkaido und dem westlichen Teil des japanischen Festlandes nachweisen.

Der Austausch fand vor mehr als 3000 Jahren über eine Entfernung von mehr als 1600 Kilometern statt.

0,000 001 Gramm Zinnober zur Bestimmung

Zinnober, manchmal auch Cinnabarit oder Merkurblende genannt, ist ein leuchtend rotes Mineral. Bereits vor fast 9000 Jahren verwendeten die Menschen dieses Material in Gemälden, Figuren, Statuen, Keramiken und rituellen Zeremonien in Europa, Asien und Amerika.

Die chemische Bezeichnung für Zinnober ist Quecksilbersulfid (HgS). Bereits kleine Variationen der Schwefelisotope können eine Zinnober-Lagerstätte von einer anderen unterscheiden. Dieser „Fingerabdruck“ ermöglicht, die Herkunft der Probe zu identifizieren.

Gestein mit Zinnober-Minerale aus Almadén, Spain. Foto: iStock

Mit der kürzlich von Kazuya Takahashi und seinen Kollegen entwickelten, hochempfindlichen Methode zur Analyse von Schwefelisotopenverhältnissen reichen nun 1 Mikrogramm Zinnober zur Bestimmung aus. Diese Menge ist somit etwa 500 Mal kleiner als das, was andere Methoden benötigen.

Gleichzeitig ist die neue Methode ein großer Gewinn für die archäologischen Forschungen. Denn je kleiner die Probe ist, desto weniger Schäden tragen die zu untersuchenden Artefakte davon.

Klebeband statt Brennofen

Nach der Entwicklung dieser neuen Technik suchten Takahashi und sein Team nach einer Möglichkeit, die winzigen Proben zu sammeln. Die Verbrennung von Proben zur Erzeugung und Untersuchung des Schwefeloxidgases kamen für die Forscher nicht infrage.

Stattdessen verwendeten sie ein winziges 3 mm × 3 mm großes Stück Klebeband, um das Zinnoberrot von einem Artefakt aufzunehmen. Anschließend konnten die Farbspuren und das Klebeband in die Maschine gelegt und getestet werden.

Die meisten Klebebänder enthalten jedoch Schwefel. Angesichts der winzigen Größe der Probe würde selbst die geringste Menge die Ergebnisse verfälschen. Nachdem Takahashi mehrere verschiedene Produkte ausprobiert hatte, hatte er Glück.

„Durch Zufall traf ich eine langjährige Freundin wieder, deren Arbeitgeber verschiedene Arten von Klebebändern verkauft. Sie kannte ein Produkt, das schwefelfrei war – was ein großartiger Hinweis für mich war“, erklärte der Forscher in einer Pressemitteilung. Nun war das Team bereit, das System an echten Artefakten zu testen.

Wertvolle Artefakte aus Zinnober

Hierfür wählten die Wissenschaftler eine archäologische Stätte und ihre Artefakte in Izumo, im Westen Japans, aus. Lange Zeit wurde spekuliert, dass die Menschen aus der 3500 Jahre alten Siedlung innerhalb Japans einen umfangreichen Handel betrieben. Um dieser Theorie nachzugehen, arbeiteten Takahashi und sein Team mit der lokalen Regierung in Izumo zusammen.

So war es den Forschern möglich, diverse Zinnoberproben von Artefakten aus der Fundstätte zu entnehmen. Anschließend wendeten sie ihre hochempfindliche Analysetechnik an, um die Schwefelisotopenverhältnisse zu bestimmen. Zum Schluss verglichen sie die Probenverhältnisse mit den Verhältnissen aus acht Zinnober-Lagerstätten in ganz Japan.

Artefakte von Kyoden, die Forscher mit schwefelfreiem Klebeband auf Zinnober untersuchten. Pfeile zeigen auf die beprobten Stellen. Foto: RIKEN

Dabei fand das Team heraus, dass die meisten Artefakte Zinnober enthalten, der nicht in den näher gelegenen Minen im Westen Japans abgebaut wurde. Stattdessen verwendeten die Menschen wahrscheinlich Zinnober von der nördlichen Insel Hokkaido, die mehr als 1600 Kilometer entfernt liegt.

Archäologen möchten oft die Herkunft von Pigmenten auf Wandmalereien oder Keramiken analysieren. Jedoch sind in vielen Fällen die Artefakte zu wichtig, um sie für eine kleine Probensammlung zu beschädigen. „Unsere Methode könnte die Türen für neue Forschungen über alte Handelswege und die Geschichte einzelner Kunstwerke der Antike öffnen“, bemerkt Takahashi.

Nächster Schritt: Verfeinerung

In den Augen der Forscher ist die Präzision der Untersuchungsmethode noch verbesserungsfähig. „Die Analyse der Probenherkunft mithilfe von Schwefel-Isotopenverhältnissen ist derzeit nicht ausreichend“, sagt Takahashi.

„Die Verwendung von Verhältnissen aus mehreren Elementen kann es uns ermöglichen, die Ursprünge genauer als mit herkömmlichen Methoden abzuschätzen. Das Team hat bereits mit der Analyse von Blei- (Pb) und Schwefel-Isotopenverhältnissen von Pigmentproben aus antiken römischen Wandmalereien aus Spanien begonnen“, erklärte der Forscher weiter.

In Zukunft soll die Technik von Wissenschaftlern auf der ganzen Welt angewendet werden können. „Wir hoffen, dass Archäologen und Forschungszentren auf der ganzen Welt die Technik nutzen, um die Interaktionen zwischen den Menschen und den Handel über Kontinente hinweg zu untersuchen“, sagte bemerkt Yuko Motizuki, Direktorin der Forschungsgruppe.

(Mit Material von RIKEN)