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Multivariate Herkunftsanalyse von Marmor auf petrographischer und geochemischer Basis
Das Beispiel kleinasiatischer archaischer, hellenistischer und römischer Marmorobjekte der Berliner Antikensammlung und ihre Zuordnung zu medit
Cramer, Thomas
Am Beispiel von aus Kleinasien stammenden Grabungsfunden in der Antikensammlung Berlin wird die Methodik der Herkunftsanalyse von Marmoren, d.h. der Zuordnung zu ihren Lagerstätten, weiterentwickelt und erprobt. Dazu wird der aktuelle Forschungsstand kritisch gewürdigt, die Voraussetzungen, Bedingungen und Grenzen der Provenienzbestimmung werden systematisiert und von den zahlreichen Gesteinsmerkmalen und Untersuchungsmethoden die geeignetsten ausgewählt. Marmore von 38 Sammlungsobjekten, die den Untersuchungsregionen Pergamon und Mäandertal zuzuordnen sind, konnten im Rahmen von Restaurierungsmaßnahmen beprobt und analysiert werden. Zwei mit Archäologen durchgeführte Surveys im Gelände ermöglichten die Beprobung zahlreicher westanatolischer Lagerstätten und bestätigten die Unverzichtbarkeit eines interdisziplinären Ansatzes für ein besseres Verständnis von Materialeigenschaften und Werksteinnutzung in der Antike. Zusammen mit weiterem antikem Material sind insgesamt 232 Einzelproben von antiken Fundstücken sowie 262 Lagerstättenproben mit geowissenschaftlicher Methodik untersucht worden. Ein multivariater analytischer Ansatz erwies sich als notwendig, weil lediglich ein oder zwei geogene Merkmale für die Beantwortung der Herkunftsfrage nicht ausreichen, da sich die Eigenschaften von Marmorlagerstätten oft stark überlappen. Dabei haben sich zusätzlich zu aufwändiger geochemischer Analytik die petrographischen Merkmale als fundamental erwiesen. Ein entwickelter Katalog äußerer Merkmale setzt auch Nicht-Geowissenschaftler in die Lage, Marmorbestimmungskriterien systematisch anzuwenden. Erstmals eingesetzte photographische und digitale Übersichtsaufnahmen von über 300 Marmor-Dünnschliffen erlauben eine qualitative und halbquantitative Erfassung und Unterscheidung wesentlicher Gefügemerkmale. Mittels XRD wurden die Dolomitgehalte quantifiziert, die mit Mg-Gehalten eine gute Korrelation zeigen. Trotz häufiger Überlappungen der Isotopenfelder konnte auch die Erfassung von ?C und ?O wertvolle Herkunftshinweise liefern. Mittels ICP-OES wurden die vorzugsweise im säurelöslichen Karbonatgitter eingebauten chemischen Elemente Mg, Fe, Sr und Mn bestimmt, mittels ICP-MS die SEE. Verfahren der multivariaten Statistik, wie die Faktoren- Cluster- und Diskriminanzanalyse, bestätigen die geologische Relevanz sowie die gegenüber Absolutgehalten verbesserte Eignung bestimmter SEE-Verteilungsmuster und Elementverhältnisse für die Herkunftsbestimmung (z.B. Summe der SEE/Y, negative Cer-Anomalie, Fe/Sr). An wenigen Proben wurde gaschromatographisch die potentielle diskriminatorische Eignung der qualitativ und quantitativ erfassten flüchtigen Einschlüsse untersucht, die häufig geruchsbildend und für manche Lagerstätten typisch sind. Ergänzend bestätigten Kathodolumineszenz- und Elektrospinresonanzspektroskopieanalysen insbesondere die prokonnesischen Zuordnungen einiger antiker Artefakte. Von mehreren Lagerstätten (auch mit antiken Abbauspuren, wie im Kozak, Stratonikeia, Euromos, Priene, NW-Ufer Bafa-See und Myus) konnten zum ersten Mal petrographische, isotopische und geochemische Merkmalsmuster ermittelt werden. Für andere Lagerstätten (u.a. Marmara/Prokonnesos, Ephesos, Aphrodisias, Thasos-Aliki) wurden die publizierten Merkmale bestätigt und erweitert. Für Pergamon, das über keine lokalen Marmorlagerstätten verfügt, kann die Einfuhr von Marmoren hauptsächlich aus Prokonnesos, Ephesos und Lesbos, untergeordnet von Hymettos und Thasos-Aliki belegt werden. Prokonnesische Marmore wurden daneben in Troja, Athen und Ephesos nachgewiesen. In den antiken Stätten im Mäandertal (Milet, Didyma und Myus) wurden hauptsächlich Marmore aus nahegelegenen Brüchen um den Bafa-See (Herakleia, Milet und kleinere Vorkommen bei Myus) verwendet, in Milet untergeordnet auch von Thasos. In Magnesia kamen lokale Marmore zur Verwendung, aber auch solche vom Bafa-See. In Priene wurden hauptsächlich anstehende Marmore eingesetzt, aber auch von Phourni, die ebenfalls im Heraion von Samos Verwendung fanden. Carrara- und Wunsiedel-Marmore finden sich an modernen Ergänzungen des Pergamonaltars. Pentelische, parische, naxische oder thessalische Marmore ließen sich an keinem antiken Objekt nachweisen. Das gesamte Probenmaterial steht in der Antikensammlung für weitere Untersuchungen zur Verfügung. Die im Rahmen der Dissertation erstellte multivariate Material- und Wissensdatenbank diente als Grundlage für die Entwicklung eines bedienerfreundlichen und erweiterbaren Diagnosesystems zur Marmorbestimmung (MarbExpert) auf der Basis einer Expertensystem-Shell, die auch unscharfes Wissen verarbeiten kann. Neben geowissenschaftlich relevanten Fragen werden logistische und archäologische Gesichtspunkte berücksichtigt. Mit Hilfe dieses wissensbasierten Werkzeugs werden auch Nicht-Geowissenschaftler in die Lage versetzt, mit einem hohem Maß an Aussagekraft Herkunftshinweise für Marmore zu erhalten.
Using marble objects in the Berlin Collection of Classical Antiquities, the methods of provenance analysis, i.e. their correlation to marble quarries, were applied and improved. For this purpose, the actual state of the art as well as the conditions and limits of provenance determination are systematically considered, selecting the most suitable among the various marble patterns and analysing techniques. Marbles of 38 museum objects mainly from the two investigation areas, Pergamon and Meander Valley, could be sampled in the context of restoration works and analysed. Two field trips with archaeologists allowed the sampling of various West Anatolian marble quarries and confirmed that an interdisciplinary approach is indispensable for a better understanding of the properties and use of dimension stones in antiquity. 232 single samples of ancient material as well as 262 quarry samples were analysed using geoscientific techniques. A multivariate approach proved to be necessary, because as a result of overlapping of properties of marble quarries, only one or two geogenic characteristics are not sufficient for provenance determination. Apart from sophisticated analytical techniques, petrographic patterns proved to be of uppermost importance. A catalogue of outer patterns will allow the application of systematic marble determination criteria also by non-geologists. More than 400 analogue and digitalized microphotographs of whole thin sections allow a qualitative and semi-quantitative overview and distinction of essential fabric patterns. Dolomite contents determined by means of XRD proved to have a good correlation with Mg-contents. In spite of frequently overlapping of stable isotopic-fields, ?C and ?O proved to be very helpful in some cases. The mainly carbonate-lattice-bound elements Mg, Fe, Sr and Mn were determined by means of ICPOES, the REE by means of ICPMS. Methods of multivariate statistics, i.e. factor-, cluster- and discrimination analysis, confirmed the geoscientific relevance as well as the improved significance of some element correlations (e.g. sum of REE/Y, negative cerium-anomaly, Fe/Sr) compared to absolute values. On few samples, the potential discriminatory potential of volatile inclusions responsible for a sometimes typical odour, was investigated by means of gas chromatography. Additionally, cathodoluminescence- and electro paramagnetic resonance analysis confirmed particularly the Proconnesian origin of some ancient artefacts. The petrographic, isotopic and geochemical properties of several quarries (including those with ancient traces, such as Kozak, Stratonikeia, Euromos, Priene, NW shore of the Bafa Gölü and Myus) are reported for the first time. The published data of other quarries (e.g. Marmara/Proconnesos, Ephesos, Aphrodisias, Thassos Aliki) are confirmed and extended. In Pergamon, lacking local marble quarries, marble import took place mainly from Proconnesos, Ephesos and Lesbos and, to a much smaller extent, from Hymettos and Thassos Aliki. The use of Proconnesian marble could be determined also in Troy, Athens and Ephesos. For the ancient sites in the Meander Valley (Milet, Didyma and Myus), mainly marbles from the nearby quarries of the Bafa lake area (Herakleia, Milet and smaller deposits near Myus) were used, in Milet in smaller amounts also from Thassos. In Magnesia, local marbles as well as marbles from the Bafa lake were used. In Priene, mainly local marbles were used, however, also those from Phourni island, which were used also in the Heraion on Samos. Marbles from Carrara and Wunsiedel can be found in modern restoration supplements of the Pergamon altar, which was erected completely in Proconnesian marble. No marble from Penteli, Paros, Naxos or Thessaly was found on the investigated objects. The whole set of sample material will be stored in the Pergamon Museum for further investigations. The multivariate material and knowledge data base acquired in the context of this dissertation served as a base for the development of an easy-to-use and extensible diagnostic system for marble determination (MarbExpert) implemented into an expert system shell able to work also with fuzzy knowledge using fuzzy logic . Apart from geoscientific relevant questions, also logistic and archaeological aspects are considered. This knowledge-based tool allows also non-geoscientists to find hints for provenance determination with a high degree of reliability.
En este trabajo esta siendo mejorada y probada la metodología del análisis de la procedencia de los mármoles es decir su asignación a yacimientos utilizando hallazgos encontrados en las excavaciones en Asia Menor, que hoy se encuentran en la Colección de Antigüedades del Museo de Pérgamo en Berlín. Para este objetivo se ha evaluado críticamente el estado actual de la investigación, se han sistematizado las condiciones, los prerrequisitos y las limitaciones para la determinacion de la procedencia; además de esto, dentro de las diversas características de las rocas y los diferentes métodos de investigación, se han elegido los más apropiados. En el contexto de los trabajos de restauración se pudieron extraer y analizar muestras de mármol de 38 objetos de la colección del museo provenientes de los dos areas de investigacion principal Pérgamo y el Valle del Menderes. Dos expediciones acompañadas por arqueólogos permitieron tomar muestras de varios yacimientos en Anatolia Occidental y confirmaron la necesidad imperiosa de un enfoque interdisciplinario para una mejor comprension de las caracteristicas del material y de la utilización en la Antigüedad de las rocas. En total han sido investigadas con métodos geocientíficos 232 muestras particulares de objetos del museo y 262 de yacimientos. Se mostró indispensable un enfoque multivariado, porque solo una o dos caracteristicas no eran suficientes para resolver la cuestión del origen debido a la frecuente y fuerte superposición de las características de varios de los yacimientos de mármol. Además de las técnicas sofisticadas de análisis geoquímico, se mostraron de máxima importancia las características petrográficas. Un catálogo desarrollado de « características exteriores » permite tambien a los no geocientíficos la aplicación sistemática de criterios para la determinación de los mármoles. Microfotografías análogas y digitales de todo el areal de unos 400 cortes delgados dan una visión general y permiten obtener tanto un registro cualitativo y semi-cuantitativo como también la distinción de características estructurales esenciales. Los contenidos cuantitativos de dolomita tomados por medio de XRD mostraron una buena correlación con Mg. Pese a la frequente superposición de campos isótopicos, la toma de ?CPDB y ?OPDB dio indicaciones valiosas acerca de la procedencia de los mármoles. Por medio de ICP-OES fueron determinados los elementos químicos Mg, Fe, Sr y Mn contenidos principalmente en la red cristalina del carbonato, los REE por medio de ICP-MS. Los métodos de estadística multivariada (análisis factorial, cluster, discriminatorio) confirmaron tanto la relevancia geológica así como tambien la utilidad mejorada de ciertas relaciones y muestras de distribución (e.g. summa de REE/Y, anomalía negativa de Ce normalizada a PAAS, Fe/Sr) comparada con los contenidos absolutos. Por medio de la cromatografía de gas fue investigado el potencial discriminatorio de las fases volátiles, las cuales producen un olor típico en algunos yacimientos. Adicionalmente, el análisis de la catodoluminiscencia y de los espectros de resonancia paramagnética electrónica confirmaron especialmente la procedencia de la isla de Proconnesos de algunos objetos antiguos. Por primera vez fueron tomadas características petrograficas, isotópicas y geoquímicas de varios yacimientos (incluyendo algunos con rastros de explotación antigua, en el Kozak, Stratonikeia, Euromos, Priene, en el noroeste de la orilla del lago de Bafa y Myus). Para otros yacimientos (e.g. Marmara / Proconnesos, Ephesos, Aphrodisias, Thassos-Aliki) fueron confirmadas y ampliadas características ya publicadas. En Pérgamo, que no dispone de yacimientos de mármol propios, se demostró la importación de mármoles principalmente de Proconnesos, Ephesos y Lesbos, y, en menor escala, de Hymettos y Thassos. Mármoles de Proconnesos tambien se comprobaron en Troya, Atenas y Ephesos. En los sitios antiguos del Valle del Meandro (Milet, Didyma y Myus), se utilizaron principalmente mármoles de las canteras cercanas alrededor del lago Bafa (Heracleia, « Milet » y de depósitos menores cerca de Myus), en Milet también de Thassos. En Magnesia se utilizaron mármoles locales e igualmente del lago Bafa. En Priene se emplearon principalmente mármoles locales, pero también aquellos de Phourni, que fueron usados así mismo en el Heraion de Samos. Mármoles de Carrara y Wunsiedel se encuentran en añadiduras modernas del Altar de Pérgamo, el cual en su totalidad fue erigido con mármol proveniente de Proconnesos. La utilización de mármoles de Penteli, Paros, Naxos o Thessalia no se pudo confirmar en ninguno de los objetos antiguos investigados. Todo el material de muestras será depositado en la Colección de Antigüedades y puesto a disposición para investigaciones futuras. La base de datos de material y conocimiento creada en el contexto de esta tesis doctoral sirvió como punto de partida para el desarrollo de un sistema de diagnóstico para la determinacion de la procedencia de los mármoles (MarbExpert) implementado en un sistema experto capaz de procesar a través de fuzzy logic , es decir que puede trabajar también a través de conocimiento borroso. Toma en consideración no solamente cuestiones de relevancia geocientífica sino igualmente aspectos logísticos y arqueológicos. Con ayuda de esta herramienta basada en conocimiento se permitirá de igual manera a los no geocientíficos conseguir con un alto grado de certeza indicaciones sobre la procedencia de los mármoles.
