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Beiträge der Naturwissenschaften zur Forschung in den Staatlichen Museen

Lupe Anhänger aus dem Hiddenseeschatz, Mikroskopaufnahme und Rasterelektronen- mikroskopieaufnahme
Foto : Barbara Armbruster, TRACES Toulouse
Anhänger aus dem Hiddenseeschatz, Mikroskopaufnahme und Rasterelektronen- mikroskopieaufnahme

 

Lupe Untersuchungen am Doppelgemälde Ludwig Meidners
Foto: Sammler&Jäger Filmproduktions GmbH
Untersuchungen am Doppelgemälde Ludwig Meidners

 

Lupe carbolineumbelasteter Engelskopf, Epitaph Reyer
Foto: Rathgen-Forschungslabor
carbolineumbelasteter Engelskopf, Epitaph Reyer

 

Lupe Alte Mottenbekämpfungsmittel, die in den Museen benutzt wurden.
Foto: Rathgen-Forschungslabor
Alte Mottenbekämpfungsmittel, die in den Museen benutzt wurden.

 

Das Rathgen-Forschungslabor ist die naturwissenschaftliche Einrichtung der Staatlichen Museen, die sich mit materialanalytischen und konservierungswissenschaftlichen Untersuchungen an Kunst- und Kulturgut beschäftigt. Mit seiner material- und klimaanalytischen Ausstattung trägt das Labor hauptsächlich zu Arbeiten auf vier Forschungsgebieten bei: in der präventiven Konservierung, der Konservierungswissenschaft, bei kunsttechnologischen Forschung sowie nicht zuletzt in der Archäometrie.

Die Untersuchungsgegenstände sind i. allg. Sammlungsgegenstände oder museale Installationen sowie deren direkte Umgebung. Die Gegenstände können äußerst vielfältig sein und reichen von Metall, Keramik, Glas über Edelsteine, Pigmente, hybride zu organischen oder biologischen Materialien.

Ausgewählte Untersuchungsverfahren sind die optische und Rasterelektronenmikroskopie, die Röntgenfluoreszenz und –beugung, die Infrarot- und Ramanspektroskopie, Farbmessungen, Hyperspektralanalysen sowie die Massenspektroskopie und die Gas- und Flüssigkeitschromatographie. Des Weiteren stehen Messgeräte für mechanische Festigkeit, Härte, Lichtempfindlichkeit zur Verfügung.

Seit dem 19. Jahrhundert werden kulturgeschichtliche Objekte mit naturwissenschaftlichen Verfahren untersucht, um ihr Material, die Technik der Herstellung, das Alter oder die Herkunft festzustellen oder ihre Echtheit zu überprüfen. Gerade mit der Gründung des chemischen Labors der Königlichen Museen zu Berlin durch Friedrich Rathgen, des ersten naturwissenschaftlichen Museumslabors der Welt, steht dem föderalen Programm in Berlin umfassendes gut dokumentiertes Material zur Verfügung, das seit der Laborgründung gesammelt wurde und welches überzeugend belegt, wie Materialanalysen und Klimauntersuchungen in den Museen die kulturgeschichtliche und konservierungswissenschaftliche Forschung nachhaltig entscheidend unterstützen können. Signifikante Untersuchungsbeispiele aus den vier Forschungsgebieten lassen sich anschaulich in einer oder als Teile einer Ausstellung präsentieren.

1. präventive Konservierung

Die präventive Konservierung beschäftigt sich mit vorbeugenden Maßnahmen, welche der Kulturguterhaltung dienen. Zu diesen gehören konstante Klimabedingungen der Raumtemperatur und relativer Luftfeuchtigkeit sowie die Begrenzung der Lichteinflüsse und Schadstoffemissionen, die Objektsicherung und ein Katastrophennotfallplan. Die Schadensabwehr und der Schutz vor Verfall stehen dabei im Vordergrund.

a. Oddy-Test
Mithilfe des Oddy-Tests kann man die Verträglichkeit von Materialien für Vitrinen, Schränke, Museumsräume und auch Verpackungsmaterialien mit musealen Objekten überprüfen. Eine beginnende oder auch kräftige Korrosion an drei Metallplättchen (Silber, Kupfer und Blei) sind ein Hinweis auf eine Ausdünstung von Schadgasen, die folgende Vitrinenmaterialien abgeben können: Holzwerkstoffe, Lacke, Klebstoffe, Dichtungen, Papier und Karton, Textilien.

b. Untersuchung von objektschädigenden Schadstoffen mit Diffusionssammlern
Chemische Stoffe, die über die Luft (Gasphase) zu einem Kulturerbeobjekt gelangen, können es durch eine chemische Reaktion schädigen. Diese Schadstoffe können aus externen Quellen, Archiv- und Ausstellungsmaterial, wie z.B. Vitrinen aber auch aus dem Objekt selbst stammen und führen besonders bei der Aufbewahrung in einem Volumen mit geringem Luftaustausch wie Vitrine, Schrank oder Box immer wieder zu Problemen. Eine in diesem Sinne schadstofffreie Lagerung der Objekte ist daher zur besseren und längeren Erhaltung der Objekte erwünscht. Um die Schadstoffsituation in der direkten Objektumgebung beurteilen zu können,sind verschiedene analytische Ansätze entwickelt worden. Sogenannte passive Methoden können verwendet werden, um die Schadstoffe aus der Luft zu extrahieren und anschließend zu analysieren. Da es sich meist um volatile organische Substanzen oder Gase wie SO2, NO3, O3 handelt, spielen chromatographische und massenspektroskopische Methoden eine große Rolle in der Schadstoffanalytik, die auch im Museums- und Sammlungsbereich Anwendung finden.

c. IPM
Das Integrated Pest Management (IPM) ist ein einrichtungsübergreifendes Programm zur Prävention von Schädlingsbefall in den Sammlungen, auf der Grundlage wissenschaftlicher Methoden der angewandten Schädlingsbiologie. Maßnahmen zur Vorbeugung von biogenen Schädigungen und ein systematisches, flächendeckendes Schädlingsmonitoring bilden den Schwerpunkt, gefolgt von pestizidfreien Praktiken zur prophylaktischen sowie kurativen Objektbehandlung mittels thermischer Verfahren oder unter anoxischen Bedingungen.

d) Bioziduntersuchungen
In der Vergangenheit wurden Museumsobjekte gegen Schädlinge mit einer Reihe von Substanzen behandelt, deren Toxizität für den Menschen erst später erkannt wurde. Diese Substanzen sind heute noch in den Objekten, im Staub und in der Luft der Depots zu finden. Seit 2012 gibt es in der SPK angesiedelt ein Projekt mit dem Hauptziel, eine flächendeckende Übersicht über die kontaminierten Bestände und Bereiche der SPK zu erhalten. Dies bedeutet vorrangig Bereiche, in denen z.B. Minderungsmaßnahmen aufgrund zu hoher Belastungen erforderlich sind, zu identifizieren und dann eine weitere Überwachung des Erfolgs. Mit diesem Ziel wird im Moment die Biozidanalytik im Rathgen-Forschungslabor aufgebaut.

2. Konservierungswissenschaft

Die Konservierungswissenschaft beschäftigt sich mit der Kulturguterhaltung. Dabei geht es einerseits um die Entwicklung von angepassten Restaurierungsmaßnahmen an zu konservierenden Objekten, andererseits auch um die Konzeption neuer Materialien und Methoden zur effektiven Konservierung des Kulturguts. Das zu behandelnde Objekt, Kunst- oder Bauwerk steht dabei im Mittelpunkt. Bevor eine Restaurierung beginnen kann, muss eine Befunderstellung zum Sammlungsobjekt erfolgen. Zunächst wird vom Restaurator in Zusammenarbeit mit den Kuratoren der musealen Sammlungen mit optischen und restauratorischen Untersuchungen geklärt, was ist zu sehen, welcher Schaden liegt vor, was geklärt werden soll und welche Bedeutung das Objekt in Kunst- und Kulturwissenschaft hat. Dann folgt meist die materialwissenschaftliche Analyse. Durch eine interdisziplinäre Zusammenarbeit wird die Entscheidungsfindung von Behandlungsstrategien für Objekte, Kunst- und Bauwerke maßgeblich beeinflusst und verbessert. Zwei Beipiele illustrieren die Arbeit des Rathgen-Forschungslabors auf dem Gebiet.

a. Restaurierung Ludwig Meidner. Nationalgalerie und Rathgen-Forschungslabor – Staatliche Museen zu Berlin. Gefördert durch das Bank of America Art Conservation Project.
Das expressionistische Gemälde "Revolution" (Barrikadenkampf) der Neuen Nationalgalerie von Ludwig Meidner aus den Jahren 1912/13 wurde 2014 restauriert. Das Gemälde ist beidseitig bemalt – auf der Rückseite findet sich das Bild "Apokalyptische Landschaft". In einem interdisziplinären, durch das Bank of America Art Conservation Project geförderten Restaurierungsprojekt der Staatlichen Museen zu Berlin arbeitete ein Team von Restauratoren, Kuratoren, Konservierungswissenschaftlern und Mechatronikern zusammen mit dem Ziel eine Präsentation des Werkes zu realisieren, die beide Seiten sichtbar macht und dabei die erhöhte Schwingung, die eine freie Aufhängung mit sich bringt, zu reduzieren. Aufwendige kunsttechnologische und naturwissenschaftliche Untersuchungen wie Faser-, Bindemittel- und Pigmentanalysen, digitale Mikroskopie und Röntgenuntersuchungen wurden während der konservatorischen Maßnahmen in Zusammenarbeit mit dem Rathgen-Forschungslabor durchgeführt. Die Förderung des Restaurierungsprojekts erlaubte es diese Arbeiten unteranderen auch durch Filmmaterial zu dokumentieren.

Projektteilnehmer:
Neue Nationalgalerie Forschungslabor - Staatliche Museen zu Berlin, Stiftung Preußischer Kulturbesitz
Rathgen-Forschungslabor - Staatliche Museen zu Berlin, Stiftung Preußischer Kulturbesitz
TU Berlin, Institut für Mechanik - FG Mechatronische Maschinendynamik Rahmenmacher Werner Murrer

b. Carbolineum
Zur Schädlingsbekämpfung wurde 1903 das Reyer-Epitaph der St. Laurentius Kirche zu Tönning (Schleswig-Holstein) mit dem Holzschutzmittel Carbolineum behandelt. Bis heute dringt das Carbolineum durch die Farbschichten an die Fassungsoberfläche, so dass es zu einer entstellenden schwarzbraunen Oberflächenverfärbung und somit zum fortschreitenden Schadensbild kommt. Carbolineum ist ein öliges, braunrotes Gemisch aus Steinkohlenteeröl-Bestandteilen. Aufgrund des Gehalts an polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) ist es umweltschädlich und gesundheitsgefährdend.
Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer exemplarischen konservatorischen Maßnahme zur Reduzierung der Schadstoffbelastung kirchlicher Holzobjekte.

3. Kunsttechnologie

In der Kunsttechnologie lassen sich technologische Fragen, etwa die Herstellung von antikem Goldschmuck, von griechischen Vasen, Gläsern der Renaissance oder graphischen Blättern beantworten. Verfügt man über genaue Informationen zum Material und zur Herstellungstechnik, so lassen sich daraus zuverlässige Schlüsse auf die Herstellungszeit ziehen, da bestimmte Werkstoffe, etwa die Pigmente der Malerei oder die verschiedenen Gold- und Kupferlegierungen ebenso wie bestimmte Herstellungstechniken zu einer bestimmten Zeit in Gebrauch waren.

a. Herstellung des sagenumwogenen Goldschmucks von Hiddensee
Der um 1872 auf Hiddensee freigespülte Schatz bestehend aus 16 Stücken an verschiedenen Anhängern, einer Halskette und einer Brosche ist eines der exzellenten Goldschmiedearbeiten der Wikinger. Eigentlich sind Wikinger für Silberobjekte, meist aus sogenanntem Hacksilber und sehr selten aus frischem Metall hergestellt, bekannt. Daher war die Untersuchung der wenigen Goldobjekte, deren Anfertigung auch auf "gebrauchtes" Metall ähnlich wie beim Silber zurückzuführen wäre, von großer Bedeutung. Der Reinheitsgrad der einzelnen Stücke des Fundes sowie die Granulationstechnik wurden in einem interdisziplinären Team erforscht.

Die Untersuchung der chemischen Zusammensetzung mit der synchrotron-induzierten Röntgenfluoreszenzanalyse am Berliner Speicherring für Synchrotronstrahlung (BESSY II) des HZBs ergab, dass es sich hier um sehr hochkarätiges Gold handelt. Der Goldgehalt beträgt zwischen 920‰ und 980‰; das entspricht 22 bis über 23 Karat. Daher verstärkt sich die Vermutung, dass die Stücke zusammengehören, als Schmuckensemble konzipiert und eventuell sogar in einer Werkstatt hergestellt wurden. Eventuell ist das Gold speziell zur Herstellung der Schmuckstücke geläutert worden. Auch die herausragende Herstellungstechnik spiegelt sich in der sehr feinen Granulationsverzierung - wie auf den Mikroskopieaufnahmen sichtbar – wider (Reiche & Radtke 2010).

Projektteilnehmer:
Barbara Armbruster, TRACES Toulouse, UMR 5608 CNRS
Andreas Grüger, Claudia Hoffmann, Kulturhistorisches Museum Stralsund
Heidemarie Eilbracht, Museum für Vor- und Frühgeschichte, SMB
Detlef Jantzen, Sabone Suhr, LA für Kultur und Denkmalpflege, Schwerin
Martin Radtke, Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung, Berlin
Ina Reiche, Rathgen-Forschungslabor
Lothar Lambacher, Kunstgewerbemuseum

Referenzen:
I. Reiche & M. Radtke (2010) « Unter Röntgenlicht betrachtet – Metallanalysen am Hiddensee-Schmuck » In: Wikingergoldschmuck auf Hiddensee, B. Armbruster, H. Eilbracht (eds.), Serie "Archäologie in Mecklenburg-Vorpommern", Vol. 6 ,Eds. Abt. Archäologie und Denkmalpflege im Landesamt für Kultur und Denkmalpflege mit dem Kulturhist. Museum der Hansestadt Stralsund und der Ostdt. Sparkassenstiftung, Hinstorff Verlag, 135-147.

b. Falsifizierung von Kunstwerken
Hinweise aus den kunsttechnologischen Untersuchen erlauben dann auch den Fälschungsnachweis. Bei einem Leinwandgemälde können z.B. Materialuntersuchungen helfen, um zu Rückschlüssen bezüglich der Authentizität zu gelangen. Werden die Pigmente, Farbstoffe und Bindemittel des Gemäldes analysiert, lässt sich ableiten, dass das Bild nach der Einführung/Erfindung dieser Materialien hergestellt worden sein muss. In vielen Fällen ist dieses Kriterium ausreichend, um ein Objekt als Fälschung zu entlarven. So konnten beispielsweise im Rahmen der Untersuchungen zu dem Kunstfälscherskandal um Wolfgang Beltracchi in einem dem Gemälde, welches angeblich von 1913 stammte Pigmente festgestellt werden, die zu dieser Zeit noch nicht verwendet wurden und das Gemälde so als Fälschung identifiziert werden.

4. Archäometrie

Die Spuren-, Phasen- oder Isotopenanalyse kann Aufschluss über die regionale Herkunft von Werkstoffen geben. So lässt sich die Herkunft von Gesteinen, von keramischen Rohstoffen, von Metallen oder von Pigmenten aus den Materialdaten mit großer Genauigkeit bestimmen. Nicht selten sind aus Materialanalysen Rückschlüsse auf soziale, politische oder wirtschaftliche Entwicklungen möglich, etwa der Wertverlust von Münzsystemen, der Handelsbeziehungen, der Ernährungsgewohnheiten des Menschen aus Knochenanalysen oder der Untersuchung von Gefäßinhalten. Die Bedeutung der genauen Materialanalyse lässt sich durch eine Darstellung an vielfältigen und sehr unterschiedlichen Materialien darstellen.

a. Vom Rohmaterial bis zum fertigen Objekt: Untersuchungen an dekorierten Fliesen eines Werkstattmeisters im Iran des 19. Jh.
Europäische Kunstgewerbevereine und -museen waren im 19. Jh. nicht nur an weltweit verwendeten Dekorationstechniken und Mustern sondern auch an den verschiedenen Herstellungsverfahren von Produkten interessiert. Der Direktor des damaligen Museums für Wissenschaft und Kunst in Edinburgh bestellte während einer Reise durch Iran 1887 von dem in Teheran lebenden Töpfermeister Ali Muhammad Isfahani eine größere Anzahl von Fliesen mit Figuren und Mustern in kräftigen Farben, für die dieser bekannt war. Gleichzeitig erbat er von ihm eine Beschreibung ihrer Fertigung. Der Töpfermeister selber lieferte zudem die Materialien und Pigmente, die er zum Herstellen der Fliesen und zum Malen verwendete.

Der Umstand, dass sich sowohl die fertigen Arbeiten dieses Töpfers, als auch seine Beschreibung sowie die Rohmaterialien erhalten haben, ist bisher einmalig. Er erlaubte, den Herstellungsprozess von Fliesen in Unterglasurmalerei in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts in Iran eingehend zu untersuchen. Es entstand ein Forschungsprojekt, an dem Institutionen in Großbritannien, Deutschland und Frankreich mitarbeiteten und in dessen Verlauf es gelang, technische Verbesserungen, die die Töpfer in dieser Zeit vornahmen, zu identifizieren. So wurde die Palette der verwendeten Farben um die Mitte der 1880er Jahre um ein tiefes Grün erweitert, das auf Chromit basiert und vermutlich importiert wurde. In einem komplizierten Verfahren erzeugte Goldnanopartikel ermöglichten einen leuchtend rosa Farbton, wie er zuvor nicht erreicht wurde.

Im Rahmen dieses Projektes sind iranische Fliesen aus dem Ethnologischen Museum Berlin, dem Victoria and Albert Museum in London (V&A), dem British Museum, dem National Museum of Scotland in Edinburgh, dem Musée des Beaux Arts in Lyon und dem Louvre in Paris untersucht worden. Die originalen Proben der Rohmaterialien und Pigmente sind im V&A erhalten.

Projektteilnehmer:
Friederike Voigt, Lore Troalen, National Museums Scotland, Edinburgh
Boris Pretzel, Graham Martin, V&A Museum
Stefan Röhrs, Ina Reiche, Rathgen-Forschungslabor

b. Untersuchungen von Bronzen mithilfe der Atomabsorptionsspektrometrie
Zur Bestimmung der Legierungszusammensetzung von Bronzen, Messing und auch Silberlegierungen wird im Rathgen-Forschungslabor seit der Neugründung 1975 die Atomabsorptionsspektrometrie angewendet. Dieses Verfahren ist zwar nicht zerstörungsfrei, die Nachweisegrenzen der Elemente können aber je nach Element und Einwaage bis auf 0,1 ppm herunterreichen. Die Probe wird in Lösung gebracht, im Gerät angesaugt und in einer Luft/Acetylen-Flamme verbrannt.

Soll z.B. Eisen gemessen werden, wird eine Hohlkathodenlampe benutzt, deren Kathode aus Eisen besteht. Mit einer charakteristischen Wellenlänge wird nun durch die Flamme gestrahlt. Dabei wird durch das verdampfende Eisen aus der Probe ein Teil des Lichtes absorbiert. Mit Lösungen bekannter Konzentration kann man jetzt eine Eichung für jedes Element machen und so die einzelnen Elemente quantitativ bestimmen.

Ein Beispiel wären die Messungen an Benin-Bronzen, die im Rathgen-Forschungslabor nicht nur aus der Berliner Sammlung durchgeführt wurden. Gerade aufgrund des Zinkgehaltes und der gut zu bestimmenden Spurenelemente lassen sich die einzelnen Objekte zeitlich einordnen, sodass auch Fälschungen erkannt werden können.

Wie oben beschrieben gibt es zu jedem dieser Punkte weitere überzeugende Beispiele, die aus dem Bestand von Museen, auf ihr Sammelgebiet abgestimmt, zusammengestellt werden können. Ein Konzept für eine Ausstellung oder einen Teil einer Ausstellung über den Beitrag der Naturwissenschaften zur kulturgeschichtlichen und konservierungswissenschaftlichen Forschung kann von den Mitarbeitern des Rathgen-Forschungslabors für jedes interessierte Museum individuell zusammengestellt werden. Auch das Verfassen eines Katalogbeitrags oder ein kurzer Ausstellungsführer kann vom Rathgen-Forschungslabor übernommen werden.

Im Rahmen des Föderalen Programms stehen auch die Einrichtungen des Labors nach Absprache mit dem Laborleiter zur Verfügung. Die Inanspruchnahme kann in Form einer Dienstleistung (hierfür werden Gebühren erhoben) oder als Beteiligung erfolgen. Die Zusammenarbeit mit anderen Museen oder nationalen und internationalen Forschungsinstituten in längerfristigen interdisziplinären Forschungsprojekten wird ebenfalls angestrebt.

Zur Homepage: Rathgen-Forschungslabor

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Kontakt / Ansprechpersonen

inhaltliche Fragen: Dr. Ina Reiche
Rathgen-Forschungslabor
Schloßstr. 1a
14059 Berlin
Fon: 030 - 266 42 7101
Fax: 030 - 266 42 7110
i.reiche@smb.spk-berlin.de
allgemeine Fragen: Dr. Maren Eichhorn
Staatliche Museen zu Berlin
Generaldirektion
Stauffenbergstraße 40-41
10785 Berlin
Fon: 030 - 266 42 21 40
Fax: 030 - 266 42 21 50
m.eichhorn@smb.spk-berlin.de

 

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