Subfossile Funde

Subfossile Funde –

Herausforderung für Konservierung und Sammlung

Drei große Mammutstoßzähne liegen im Konservierungsbad der Henssen PalaeoWerkstatt, die sich auf die Konservierung subfossiler Funde spezialisiert hat. Der Erhaltungszustand ist so unterschiedlich wie Ihre Fundstellen. Der größte Fund wurde in der Lippe bei Hünxe durch einen Privatmann gefunden mit insgesamt 2,60 m Länge, der zweite bei den U-Bahn-Bauarbeiten der Wehrhahnlinie in Düsseldorf und ein weiterer bei der Auskiesung in der Nähe von Luzern/ Schweiz. Ihnen allen gemein ist die subfossile Erhaltung.

Was versteht man unter subfossilem Material?

Unter subfossilem Material versteht man Funde verstorbener Tiere oder Pflanzen, wie z.B. Knochen, Zähnen, Geweih und Hölzer, die noch nicht vollständig zersetzt, bzw. fossilisiert (versteinert) sind. Sie befinden sich also in einem Zwischenstadium. Das bedeutet, dass das z.B. im eiszeitlichen Knochen enthaltene organische Material, noch nicht oder nur teilweise abgebaut, bzw. wenn abgebaut noch nicht durch Mineralien in der Knochenstruktur vollständig ersetzt wurde. Das organische Material ist vom Verhalten vergleichbar mit Holz, das auf Klimawechsel mit Quellen oder Schrumpfen reagiert. Die verschiedenen von außen eingelagerten Mineralien liegen oft noch als Mineralgele in den Knochen vor, die durch Trocknung unwiderruflich auskristallisieren. Dies fixiert den Knochen dann stellenweise, während andere Stellen weiter auf Klimaveränderungen reagieren. Die hierdurch auftretenden Spannungen zerstören den Knochen.

Was macht die Konservierung tierischer Relikte so schwierig?

Eine besondere Herausforderung ist die Konservierung tierischer Relikte, weil in Knochen, Zähnen und Geweih zu den organischen Materialien zusätzlich mineralische Anteile von Natur aus vorhanden sind.

Am Beispiel von Zähnen lässt sich das sehr gut erklären. Zähne bestehen aus Zahnschmelz und Dentin. Der äußere Schmelz besteht zu 95% aus Hydroxylapatit, einem kristallinen Material, das vor allem aus Calcium und Phosphat besteht. Es ist für wasserlösliche Stoffe nur gering durchlässig. Das darunter liegende Dentin, das die Hauptmasse des Zahnes ausmacht, besteht nur zu zwei Dritteln aus Calcium und Phosphat, der Rest ist Eiweiß und Wasser. Nach dem Tod beginnt die Zersetzung, bei der sich die Stoffe unterschiedlich schnell abbauen. Durch Trocknung schrumpft das Material je nach Wassergehalt. Elfenbein z.B. verliert durch Trocknung ca. 20 % an Gewicht. Dadurch entstehen Spannungen die bereits nach kurzer Zeit zu Rissen führen können.

Nach dem Fund ist also besonders darauf zu achten, dass das Objekt nicht trocknen kann. Dazu sollten die Funde bis zur Konservierung  möglichst im Wasser lagern, das präventiv gegen Fäulnis mit einem  Fungizid/Bakterizid ausgerüstet ist. .

Welche Konservierungsmethoden versprechen das beste Ergebnis?

In der Vergangenheit sind viele Methoden ausprobiert worden, mit mehr oder weniger guten Ergebnissen. Bei der Durchsicht „alter“ Präparate fällt auf, dass sowohl die Epoxidharz getränkten Knochen als auch die PEG getränkten Knochen bisher keine Schäden zeigen. Auch sind einige unbehandelte Knochen unverändert, während andere Knochen der selben Fundstelle total zerfallen sind. Wichtig scheint in jedem Fall eine Tränkung und nicht nur eine oberflächliche Behandlung der Fossilien.
Für die Konservierung von subfossilem Knochenmaterial haben sich Methoden wie langsames Trocknen oder Gefriertrocknung als zu risikoreich herausgestellt, denn einige Funde zerfallen nicht, andere sofort oder erst später, was nicht vorab ausgeschlossen werden kann. Nitrocellulose-Lacke, Schellack, Acrylate, wie Polyvinylacetate und Polyvinylbutyrale bieten nur eine oberflächliche Festigung. Die beinhalteten Lösemittel verflüchtigen sich und trocknen den Fund durch Ihre Hygroskopizität noch schneller aus. Der Lack schrumpft und bildet einen Film auf der Oberfläche der zusätzliche Spannungen zum Original verursacht. Zudem schädigen Ihre Abbauprodukte wie z.B. Essigsäure der Polyvinylacetate das Material in der Zukunft. Eintauchen oder Vakuumierung bietet hier auch keine Verbesserung des Resultats, Lacke haben schlichtweg die falschen Materialeigenschaften. Hier möchte ich speziell vor der Behandlung mit Holzleim warnen, der gerne, weil so einfach und kostengünstig von Museen und Privatsammlern angewandt wird. Holzleime sind Wasserdispersionen der Polyvinylacetate. Holzleim ist zur Verklebung in dünnen Schichten für rezentes Holz hergestellt und reagiert flexibel auf das auf Klimaschwankungen reagierende Holz, er bietet absichtlich keine Barriere gegen Klimaschwankungen und schützt deshalb keinesfalls einen Knochen vor Austrocknung! Bereits getrocknete Fundstücke in wässrige Lösungen zu tauchen birgt ein großes Risiko, das je länger das Objekt in dem Tauchbad bleibt zunimmt. Kurzes Eintauchen bringt nur eine oberflächliche Beschichtung, Spalten werden nur unzureichend gefüllt, bzw. nur mit einer Art Lacktapete beschichtet. Er trocknet in starken Schichten nur sehr langsam und kann, einmal getrocknet, nicht mehr aus dem Objekt gelöst werden. Mit der Zeit verfärbt sich die Holzleimschicht gelblich, ein deutliches Zeichen für die Zersetzung. Holzleim behindert, bzw. verhindert oft eine spätere Restaurierung enorm.

Aus der Holzkonservierung archäologischer Funde ist die Konservierung mit einer Zuckerlösung bekannt, die Methode ist jedoch für Fossilien ungeeignet, die einen mineralischen Anteil haben und älter als 10.000 Jahre sind. Die angewendete Methode mit Polyethylenglykohl in der Holzkonservierung führt bei subfossilem Material nicht zum gewünschten Ergebnis. Sie begnügt sich mit einer relativ geringen Konzentration im Originalfund und endet mit einer Trocknung, die oft durch Gefriertrocknung erreicht wird und dann doch noch Spannungsrisse im Knochenmaterial verursachen kann.

Welche Alternativen gibt es?

Mit dem Ziel das Wasser in den noch bergfeuchten Funden gegen einen Stoff auszutauschen, der nicht oder kaum schrumpft und somit die Funde festigt und das Risiko der Trockenrisse minimiert, sind mehrere Versuche bereits in den 1980 iger Jahren gestartet worden. Proben eines Stoßzahns wurden mit verschiedenen Konservierungsmethoden konserviert, um die Ergebnisse vergleichen zu können. Dabei sind die Abschnitte, die mit Polyethylenglykohl (PEG) und Kunststoffen konserviert wurden bis heute in einem tadellosen Zustand. Die anderen Teilstücke, die mit bekannten Lacken wie Polyvinylacetat, Holzleim oder reiner Trocknung behandelt wurden sind dazu im Gegensatz zerfallen.1)

Die Frage welches Material zur Tränkung bevorzugt werden sollte: Kunststoff oder PEG, lässt sich sicher nur am Fund selbst festlegen. Bei noch feuchten Funden ist die Konservierung mit PEG zu bevorzugen, weil dann dem Risiko der Trocknung entgangen werden kann. Getrocknete Funde lassen sich nur mit großem Risiko wieder durchfeuchten, weil dadurch weitere Spannungen auftreten können.

Trotzdem hat PEG gegenüber Kunststoff einen entscheidenden Vorteil. Es diffundiert in die Zellen und kann so weiter eindringen. Es ist reversibel und kann im Gegensatz zu Kunststoffen wieder ausgetauscht werden. Zudem können verformte Funde (vor allem Geweihe) wieder aufgearbeitet werden.

Die Vorzüge Fossilien dem Risiko einer Trocknung zu entziehen lassen mich neue, d.h. feuchte Funde immer mit PEG behandeln.

Bei der PEG-Tränkung werden die noch bergfeuchten Funde in eine PEG-Lösung gelegt, deren Konzentration über einen Zeitraum von ca. 1,5 Jahren langsam gesteigert wird.

Anders als bei dem bekannten Verfahren bei der Holzkonservierung wird das Bad erhitzt, so dass eine wesentlich höhere Endkonzentration im Fossil erreicht werden kann. Ist die Konzentration nahe 100%, wird der Fund entnommen und langsam abgekühlt. Die Oberfläche wird gereinigt, so dass schließlich das Objekt in einem matten, bergfeuchten Glanz bleibt, das auf Klimaschwankungen wesentlich weniger reagiert und so ausstellungsfähig ist.

Bereits getrocknete Zahnfunde können nicht mehr mit PEG behandelt werden. Sie erneut in eine wässrige Lösung zu überführen und dabei Teilbereiche zu quellen, könnte zusätzliche Spannungsschäden verursachen. Hier kann man nur noch den Ist-Zustand erhalten. Hier haben sich besonders Injektionsharze als sehr erfolgversprechend herausgestellt, sie sind flexibel auf das auf Klimaschwankungen reagierende Originalmaterial abgestimmt. Das Kunstharz ist dünnflüssiger wie Wasser und dringt in alle Spalten, Risse und poröses Material ein und füllt diese. Dazu wird das Fossil komplett durchtränkt. Getrocknete Knochen- oder Geweihfunde können ggf. mit PEG konserviert werden, jedoch sollte hier das Risiko sehr gegen den Nutzen abgewogen werden. Eine Rückführung in den Originalzustand von gespaltenem Geweihmaterial oder durch Trocknung verformte Knochenfragmente ist möglich. Durch vorsichtige Quellung können sie wieder in den Zustand vor der Trocknung versetzt werden. Nach einer anschließenden PEG-Tränkung bleibt die ursprüngliche Form dann weitestgehend erhalten, so dass Geweihfunde wieder zu einem ansehnlichen Ausstellungsstück werden, bzw. Knochenfragmente in den Skelettverband passen.p>

Die Restaurierung bereits behandelter Objekte gestaltet sich je nach verwendeten Konservierungsmaterialien schwierig. Allein der Materialmix stellt schon ein Problem zur dauerhaft erfolgreichen Konservierung dar. Man sollte sich möglichst auf ein Material beschränken um Wechselwirkungen der Materialen zueinander und mit dem Original zu begrenzen. In alten Funden findet sich so ziemlich alles was man sich vorstellen kann: von verschiedenen Kunststoffen, Mörteln, Polyurethan-Schäumen, Gips, Leimen und Verstärkungsmaterialien wie Holz, Metall, Plastikstücken und Stangen, sogar Kronkorken sind zu finden um Spalten zu füllen Das sollte zunächst alles soweit wie möglich entfernt werden. Nach dem Entfernen der alten Lacke kann der Fund dann im Ist-Zustand gefestigt werden. Hier bietet sich, falls nötig, eine abschließende Tränkung mit Kunststoff an, die die vorhandenen Risse füllt.

Eiszeitliche Fossilien in Sammlung und Ausstellung

Lagerung und Reinigung

Grundsätzlich gilt für alle subfossilen Fossilien, dass sie immer unter Klimakontrolle stehen sollten (15°C und 60% relative Luftfeuchte wären ideal). Die Funde sollten trocken gereinigt werden. Im Fall von einer PEG-Konservierung verbietet sich eine  feuchte Reinigung von selbst, weil es wasserlöslich ist. PEG konservierte Fossilien dürfen keiner Wärmequelle ausgesetzt werden, ob nun Heizung, Sonnenlicht oder Ausstellungsbeleuchtung. Es entstehen dunkle Flecken an der Oberfläche durch das „ausschwitzende“ PEG. Sie lassen sich sicher wieder beheben, jedoch löst es auch die Konservierung aus dem Fossil. Ein UV-Lichtschutz sollte Standard sein.

Subfossile Skelette zu montieren birgt ein großes Risiko. Die allermeisten montierten eiszeitlichen Original – Skelette zeigen Risse in der Originalsubstanz und zu den Skelettergänzungen, was durch die unzureichenden Konservierung der Knochen und dem unterschiedlichen Materialverhalten zu den Ergänzungen und dem Montagegerüst erklärbar ist. Besonders bei historischen Montagen, bei denen die Knochen durchbohrt oder mit eng anliegenden Metallschellen montiert wurden sind die Schäden deutlich.

Fazit: Eine klimakontrollierte Ausstellung ist nötig. Auch wenn der Wunsch groß sein kann nur Originale zu zeigen, sollten Skelette besser als Abguss montiert werden, weil sie oft auch teilweise ergänzt sind. Diese verantwortungsvolle Entscheidung hat mehrere Vorteile. Das Original kann optimal gelagert werden und steht der Wissenschaft zur Verfügung, außerdem können die Kunststoffabgüsse der oft großen Skelette freitragend montiert werden, so dass keine störenden Stützgerüste außen am Knochen vorbeigeführt werden müssen. Auf lange Sicht ist dies auch die kostengünstigere, weil nachhaltigere Variante, weil Restaurierungen in der Zukunft viel unwahrscheinlicher sind.

Subfossiles Material sind oft Stiefkinder der Sammlung: „Sie machen nur Ärger.“ Mit der richtigen Konservierung und Lagerung sind es doch sehr ansprechende Zeugen, der nicht allzu fernen Vergangenheit. Eine Herausforderung, die es lohnt sie anzunehmen.

Literaturhinweise zu diesem Thema:

1) Walders, M. (1983): Bergen, Konservieren, und Restaurieren pleistozäner Wirbeltierreste. – Der Präparator 29 (1): 1-18

Henßen, S. (2009): Erfahrungen in der Konservierung subfossiler Funde mit Polyethylenglykol (PEG). – Der Präparator 55: 42-56

alle Fotos sind durch die Autorin erstellt, außer Abb. 7-9 durch Martin Walders.