Monts des Ksour" im Süd-Oranais / Nord-Algerien - StoneWatch

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MÖGLICHKEITEN DER
NUMERISCHEN DATIERUNG
VON GESTEINSOBERFLÄCHEN
Prof. Dr. GÜNTHER A. WAGNER
Forschungsstelle Archäometrie der Heidelberger
Akademie der Wissenschaften
im Max-Planck-Institut für Kernphysik
In der archäometrischen Datierungspraxis wird man immer
wieder mit der Frage nach dem Alter einer Gesteinsoberfläche
- sei es ein Steingerät, eine Felswand oder ein Baustein
- konfrontiert. Gewiss ist eine möglichst präzise Antwort
auf diese Frage für Prähistoriker, Geoarchäologen und Baugeschichtsforscher
in vielerlei Hinsicht oft von entscheidender
Bedeutung. Es hat deshalb auch nicht an Versuchen
gefehlt, dieses Problem zu lösen, und dabei haben sich
meist typologische, stilistische und stratigraphische Verfahren
bewährt. Häufig bleibt die Antwort aber unbefriedigend.
Auf der anderen Seite hat die Entwicklung chronometrischer
Datierungsverfahren 1 für den archäologischen Zeitbereich
in den letzten Jahren gewaltige Fortschritte gemacht
(vgl. WAGNER 1995, 1998). Zweck dieses Aufsatzes
ist, einen Überblick über diejenigen archäochronometrischen
Verfahren zu geben, die potentiell zur Datierung von
Gesteinsoberflächen geeignet sind.
Bei der Datierung stellt sich zuallererst die Frage, welcher
Zeitpunkt eigentlich interessiert, derjenige der Bildung bzw.
Herstellung oder derjenige der Exponierung einer Oberfläche,
oder etwa derjenige, seitdem eine Oberfläche wieder
abgedeckt wurde. Ein solches Problem würde sich beispielsweise
bei der Wiederverwendung eines Bausteins
stellen. Die bei der chronometrischen Datierung verwendeten
physikalischen, chemischen und biologischen Prozesse
müssen also im gesuchten Moment zu laufen begonnen
haben. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von der
"Nullsetzung" des zur Datierung benutzten Systems. Weiterhin
müssen die zeitabhängigen physikalischen und chemischen
Prozesse so ablaufen, dass sie in den zu bestimmenden
Zeiträumen zu präzise messbaren Veränderungen
führen, d. h. sie dürfen weder zu schnell noch zu langsam
sein. Selbstverständlich sollen sich die Prozesse durch
gleichmäßige Geschwindigkeit, die zudem bekannt sein
muss, auszeichnen. Diese plausiblen Forderungen an ein
Datierungssystem sind aber nur selten erfüllt, wie dann bei
der Besprechung der einzelnen Verfahren zu sehen sein
wird.
Für die Oberflächendatierung werden unterschiedliche natürliche
Prozesse herangezogen. Frische Oberflächen unterliegen
an der Luft und im Boden der Verwitterung, die im
Laufe der Exponierungsdauer zunimmt, so daß aus dem
Grad der Verwitterung auf das Alter geschlossen werden
kann. Die kosmische Strahlung induziert in Gesteinsoberflächen
Kernreaktionen, die zur Bildung kosmogener Nuklide
2 führen, deren Anzahl mit der Bestrahlungsdauer
wächst. Weiterhin kann organisches Material, das aufgrund
seines 14 C-Gehalts datiert werden kann, an der Oberfläche
angelagert werden. Durch Tageslicht wird das Lumineszenzsignal
an der Oberfläche gelöscht, so dass bei nachfolgender
Abdunkelung der Zeitpunkt der letzten Belichtung
bestimmt werden kann. Schließlich kann der Flechtenbesatz,
der mit dem Oberflächenalter zunimmt, zur Altersabschätzung
verwendet werden.
Verwitterungsrinden und Patina
Diese Datierungsmethoden beruhen auf zeitabhängigen
chemischen Verwitterungsreaktionen zwischen Bestandteilen
der Atmosphäre und Bodenfeuchte mit den Mineralen
der Gesteinsoberfläche. Vorausgesetzt die Reaktionsgeschwindigkeit
ist bekannt, lässt sich aus dem Reaktionsfortschritt
die Dauer des Reaktionsablaufs, d. h. das Alter der
Oberfläche abschätzen. Zur Altersbestimmung verwendete
Reaktionen sind hauptsächlich Diffusion, selektiver Ionenaustausch
und Oxidation. Dadurch bilden sich Verwitterungsrinden
mit veränderter chemischer Zusammensetzung.
Die Rindendicke wächst mit der Verwitterungsdauer. Zusätzlich
können auch Oxide und Hydroxide als Krusten die
Oberfläche überziehen. Oft wird beim Begriff der Verwitterungsrinde
nicht scharf zwischen dem selektiv veränderten
Material und der neu gebildeten Krustensubstanz unterschieden.
Für alterungsbedingte Oberflächenfilme - meist
mit deutlicher Farbveränderung - wird häufig der unpräzise
Begriff "Patina" gebraucht. Als altersabhängige Größen dienen
die Dicke oder die Zusammensetzung der Verwitterungsrinde.
Datiert wird damit die Exponierungsdauer einer
Oberfläche gegenüber den verwitterungsauslösenden Substanzen.
Eine prinzipielle Schwierigkeit bei allen Datierungsansätzen,
die auf chemischen Reaktionen beruhen, ist die Abhängigkeit
der Reaktionsgeschwindigkeit von vielfältigen Faktoren,
das sind vor allem stoffliche und strukturelle Eigenschaften
des zu datierenden Objekts und Umgebungseinflüsse
wie Temperatur, pH-Wert, Redox-Bedingungen,
Feuchte, Art und Konzentration gelöster Substanzen. Da die
Reaktionsgeschwindigkeit exponentiell mit der Temperatur
steigt, dominiert deren Einfluss. Abgesehen davon, dass die
Wirkung der übrigen Parameter kaum hinreichend bekannt
ist, kompliziert die wahrscheinliche zeitliche Variation der
Faktoren in der Vergangenheit die Situation weiter. Es
gelingt deshalb nur in Ausnahmefällen, aus Verwitterungsvorgängen
numerische Alter abzuleiten. Sie eignen sich
eher für semiquantitative und relative Altersaussagen.
Wenn Feuersteinartefakte in den Boden gelangen, beginnt
die chemische Verwitterung von der frischen Gesteinsoberfläche
her in die Tiefe voranzuschreiten. Die Mächtigkeit
der Patina sollte dann das Exponierungsalter dieser Fläche
wiedergeben. Die Patina besteht aus einer makroskopisch
erkennbaren Oberflächenschicht. Analytische Profile zeigen
signifikante Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung
der Patina im Vergleich zur Matrix. Die Prozesse, die
während der Patinierung ablaufen, sind komplex und nicht
restlos geklärt. Aber "Zeit" ist keineswegs der einzige Parameter,
der die Dicke der Verwitterungsrinde bestimmt, denn
andere Faktoren wie mineralogischer und struktureller Bau
des Feuersteins, Bodenchemie und Wassergehalt sowie
Umgebungstemperatur können die Patinierung sogar noch
stärker als der reine Alterungseffekt beeinflussen (ROTT-
LÄNDER 1.977).
1 Unter chronometrischen Methoden werden solche naturwissenschaftlichen
Ansätze verstanden, die zu einer numerischen Altersaussage
führen, also in Jahren und nicht in relativen Angaben
wie "älter" oder "jünger als".
2 Ein Nuklid ist eine Kernart, die durch ihre Anzahl von Protonen
und von Neutronen festgelegt ist, wobei die Protonenzahl das chemische
Element, zu dem das Nuklid gehört, bestimmt. Beispielsweise
besteht das Nuklid 14 C aus 6 Protonen (und ist damit Kohlenstoff)
und 8 Neutronen, deren Summe 14 als Massenzahl bezeichnet
wird und links vom Elementsymbol hochgestellt erscheint.