Datierung von Kupfer und Bronze: In der Patina steckt das Alter
„Was für eine Patina!“ schwärmt so mancher Kunstliebhaber. Denn mit ihr wird oft eine lange, vielleicht wechselvolle Geschichte des metallenen Objektes verbunden. Mit einem neuen elektroanalytischen Verfahren kann anhand des „Edelrostes“ das Alter von archäologischen Objekten aus Kupfer und Bronze exakt bestimmt werden.
Ein elektroanalytisches Verfahren zur Datierung von Objekten aus Kupfer und Bronze haben spanische und portugiesische Wissenschaftler vorgestellt. Es basiert auf der Voltammetrie von Mikropartikeln.
Foto: panthermedia.net/Casa-Blanca
Die Methode beruht auf der Voltammetrie von Mikropartikeln und vergleicht verschiedene Korrosionsprodukte, die sich über lange Zeiträume gebildet haben. Für die Untersuchung benötigen die Wissenschaftler nur wenige Nanogramm Probenmaterial, so dass sie fast zerstörungsfrei arbeitet. Das Verfahren ist deshalb gut für die Altersbestimmung von Münzen und Kunstgegenständen geeignet.
Spanische und portugiesische Wissenschaftler haben jetzt im Magazin „Angewandte Chemie“ das Verfahren vorgestellt, mit dessen Hilfe sie Objekte aus Kupfer und Bronze datieren können.
Für die Voltammetrie werden die Kupferoxide Tenorit und Cuprit untersucht
Bei einer voltammetrischen Untersuchung werden Strom-Spannungskurven aufgenommen, die für viele Verbindungen ganz charakteristische Formen zeigen. Um kupferhaltige archäologische Funde zu datieren, untersucht das Team um Antonio Doménech-Carbó von der Universität Valencia das Verhältnis zwei verschiedener Kupferoxide, Tenorit zu Cuprit, zueinander. Anhand ihrer voltammetrischen Kurven lassen sie sich voneinander unterscheiden und quantifizieren.
Bei Kontakt mit Luft bildet sich auf Kupferoberflächen eine natürliche Schicht aus Cuprit (Cu2O), die sich im Laufe der Zeit zu weiteren Korrosionsprodukten umsetzt. Bei einer Alterung kupferhaltiger Objekte in wenig korrosiver Umgebung, also ohne Kontakt mit Böden oder Seeluft, bildet sich über der primären Patina aus Cuprit kontinuierlich eine Schicht aus Tenorit (CuO).
Aus Stromkurven werden Kalibrierungskurven für Altersbestimmung erstellt
Für die elektroanalytische Untersuchung imprägnieren die Forscher eine Graphit-Stabelektrode mit Paraffin und tupfen damit das Objekt ab. Wenige Nanogramm von der Probenoberfläche bleiben dabei an der Elektrode hängen, die anschließend einfach in einen wässrigen Elektrolyten getaucht wird. Kupferoxidmikropartikel ergeben in den aufgezeichneten Strom-Spannungskurven ganz charakteristische Ausschläge.
Was die Forscher interessiert, ist das Verhältnis der Stromkurven für Tenorit und Cuprit. Es zeigt eine kontinuierliche Steigung mit zunehmender Korrosionszeit, wie die Untersuchung einer Serie antiker Münzen aus verschiedenen Kollektionen, unter anderem der beiden spanischen Prähistorischen Museen von València und Xàtiva, sowie die künstliche Alterung von Euromünzen aus Kupfer ergab. Anhand der Münzen konnten die Wissenschaftler eine Kalibrierungskurve erstellen, mit deren Hilfe sich Objekte unbekannten Alters datieren lassen.
An einem sogenannten Montefortino-Helm aus römischer Zeit überprüften die Wissenschaftler ihre elektroanalytische Methode zur Altersbestimmung von Kupfer und Bronze. Für die Untersuchung werden nur wenige Nanogramm Probenmaterial benötigt, daher gilt sie als fast zerstörungsfrei. Die voltammetrische Zuordnung eines Wasserkrugs aus der Zeit des Kalifats sowie eines in Valencia gefundenen Montefortino-Helms aus der römischen Zeit ergab ein Alter von 1050 plusminus 80 beziehungsweise von 2150 plusminus 150 Jahren. Diese Werte passten gut zu den bereits aus dem archäologischen Kontext sehr sicher abgeleiteten Datierungen.
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