1 Ein „Mondseeflachbeil“ aus Bernstein, Burgenland

Das hier beschriebene archäologische Fundobjekt ist ein in zwei Teile zerbrochenes Kupferflachbeil des 4. Jahrtausends v. Chr. Dieses wurde Anfang der 2000er Jahre im Gemeindegebiet von Bernstein im Südburgenland gefunden (BLM Inv. Nr. A‑154197) (Abb. 1). Der Fundort ist eine markante, ursprünglich wahrscheinlich mit einem Abschnittswall befestigte Rückfallkuppe in 660 m Seehöhe.

Abb. 1
figure 1

Beil der Mondseekultur aus Bernstein/Kienberg. a Umzeichnung der beiden Bruchstücke (das Nackenbruchstück wurde dem Burgenländischen Landesmuseum überlassene; Inv.Nr. A‑154197) Zeichnung: Manuela Thurner BA. b , c Vorder- und Rückseite des Nackenbruchstücks vor dem Abtrennen der Probe zur metallographischen Untersuchung

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Typologisch gleicht es den Beilen, die zahlreich im Bereich der sogenannten Mondseegruppe gefunden wurden, im zeitgleichen Balaton-Lasinja-Kreis des Burgenlandes aber außerordentlich selten sind [1]. Zwei weitere Beile dieses Typs, eines aus Miedlingsdorf (Inv.Nr. BLM A‑18117) das zweite aus Gols (Inv.Nr. BLM A‑29749), stammen aus Fundumständen, die eher an bäuerliche Siedlungen dieses Zeithorizontes denken lassen. In unmittelbarer Nähe des Fundortes in Bernstein gibt es solche Siedlungen jedoch nicht.

Die sogenannte „Mondseekultur“ ist nur schwer von den benachbarten kupferzeitlichen Kulturkreisen abzugrenzen [2]. Aus dem Zeitraum von etwa 3800 bis 2900 v. Chr. wurden im Oberösterreichischen Alpenvorland zahlreiche Funde von Metallgusslöffeln und typischen Artefakten wie Flachbeilen, Dolchklingen und Spiraldrahtschmuck bekannt. Die klassische Mondseekeramik mit Tiefstichverzierung und Inkrustation ist das Leitfossil dieser Gruppe von metallverarbeitenden Sozietäten. Aufgrund der Überschneidungen im Fundgut mit fast allen umgebenden Kulturkreisen müsste man die Gruppe eigentlich auf das Vorkommen der Mondseekeramik beschränken, das ist dann nur der unmittelbare Bereich des südlichen Oberösterreichs, wäre da nicht die sehr weite Verbreitung der am namengebenden Fundort so häufig gefundenen typischen Metallartefakte. Die Flachbeile der Mondseekultur erscheinen in einheitlicher Form in einem weiten Gebiet von Süddeutschland bis in das Karpatenbecken, wobei es unwahrscheinlich ist, dass alle in Oberösterreich produziert wurden.

Weil im Ostalpenraum viele kleine Kupfererzlagerstätten bekannt sind, herrschte lange Zeit die Meinung vor, die Metallfunde des beschriebenen Zeithorizontes wären aus den lokalen Erzen hergestellt worden. Neuere chemische und Pb-Isotopenuntersuchungen weisen allerdings nach Südosteuropa [3]. Da dieses Beil typologisch eindeutig zur Mondseegruppe gehört, stellt sich die Frage nach dem Herstellungsort. Wurden lokale Erze verwendet, um vor Ort das Beil herzustellen oder wurde das Beil durch Handel bezogen [4]? Da es direkt am Fundort und im weiteren Bereich des sogenannten Bernstein-Rechnitzer Fensters zahlreiche Vorkommen von Kupferkies und den entsprechenden sekundären Kupfermineralen gibt, wäre eine lokale Produktion denkbar.

2 Das Beil

Das Beil ist ohne Ansatz einer Biegung des Metalls gebrochen oder absichtlich zerschlagen worden. Das Kupferflachbeil mit einer Gesamtlänge von 7,5 cm und einer maximalen Breite von 4,2 cm wurde in zwei Teilen aufgefunden. Der kleinere Nackenteil mit einer Länge von 2,9 cm und einer Breite von 2,1 bzw. 1,8 cm weist am Bruch eine Stärke von bis zu 4 mm auf. Der Nackengrat selbst ist scharfkantig ausgebildet. Der bis zu 5 mm dicke Schneidenteil des Beiles weist eine Breite von 3,1 bis 4,2 cm auf. Die Länge des Schneidenbruchstücks beläuft sich auf 4,7 cm. Die Schneide selbst ist, offenbar durch wiederholtes Nachschärfen, etwas abgeschrägt (Abb. 1).

3 Metallkundliche Untersuchungen

Das kleinere Bruchstück des Beils konnte metallographisch untersucht werden. Es wurden die Methoden 3D-Digitalmikroskop (3D-DM), Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA), Metallographie, Lichtmikroskop (LOM) und Rasterelektronenmikroskop (REM) mit Energiedispersiver Röntgenanalyse (EDX) eingesetzt.

Zwei Längsschnitte (Abb. 2a, c) sowie ein Querschnitt (Abb. 2b) zeigen ein sehr gleichmäßiges Gefüge mit feinen Ausscheidungen im Inneren und einer Korrosionsschicht außen. An der Außenseite des Querschnitts sind ein schmaler etwa 0,5 mm langer Riss (Abb. 2b) und am dickeren Ende des Längsschnitts ein etwa 8 mm langer, etwas breiterer Riss (Abb. 2c) zu sehen. Beide Risse enthalten Oxidationsprodukte von Kupfer.

Abb. 2
figure 2

Metallographische Schliffe des Kupferbeils: a Längsschnitt 1 mit Schneide; b Querschnitt; c Längsschnitt 2 mit Nackengrad

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Eine RFA Analyse der Beiloberfläche ergab nahezu reines Kupfer mit geringen Mengen an Pb und Al (Tab. 1). Die Konzentrationen weiterer Spurenelemente waren unter 0,1 Gew.%. Der Vergleich mit einer RFA Analyse an einer Schnittfläche zeigt geringe Unterschiede zwischen dem metallischen Kern und der Patina auf. So wurden in der Patina höhere Konzentrationen an Pb, Ag und Al gemessen. Dies könnte einerseits auf eine Anreicherung während der Korrosion (Patinabildung) oder andererseits auf einen Eintrag aus der Umgebung zurückzuführen sein [5].

TABELLE 1 Chemische Zusammensetzung des Beils bestimmt mittels RFA
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Die Oberfläche des Beils ist mit einer etwa 100 µm dicken Oxidschicht gleichmäßig bedeckt (Abb. 3a,b), welche zweischichtig aufgebaut ist (Abb. 3c,d). Der Aufbau der Oxidschicht ist deutlich im polarisierten Licht zu erkennen, da der außenliegende Malachit grün und darunterliegendes Cu2O dunkelrot bis schwarz erscheint (Abb. 3d). Eine 3D-DM Abbildung der Beilklingenoberfläche ist in Abb. 3a zu sehen. Die hellgrünen Bereiche entsprechen dem Mineral Malachit und das darunterliegende dunkle Material ist Cu2O.

Abb. 3
figure 3

a Korrodierte Beiloberfläche im 3D-DM; b Schneide des Beils im LOM; c Korrosionsschicht im LOM; d Korrosionsschicht im LOM mit polarisiertem Licht

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Das metallische Grundmetall ist eine Mischung aus Kupfer und Cu-Cu2O Eutektikum, das bei der Erstarrung der Schmelze entstanden ist (Abb. 4a). Das Cu-Cu2O Eutektikum liegt bei einem Sauerstoffgehalt von 0,4 Gew. % im Cu [6]. Da nicht das gesamte Gefüge aus Eutektikum besteht, sondern nur zu etwa 50 %, kann der O Gehalt im Metall auf etwa 0,2 Gew. % geschätzt werden. Im polarisierten Licht ist das Cu2O an der hellroten Farbe gut deutlich erkennbar (Abb. 4b; [7]). In den REM Bildern ist Cu2O dunkler als das metallische Cu (Abb. 4c). Um die Anwesenheit von Cu2O zu bestätigen, wurde mittels REM-EDX eine Elementverteilung für O gemessen (Abb. 4d). In der Literatur wurde ein ähnliches Gefüge wie hier auch beim sogenannten „Ötzi-Beil“ beschrieben [8, 9].

Abb. 4
figure 4

Cu-Cu2O Eutektikum im Gefüge des Beils: a Cu-Cu2O Eutektikum im LOM; b Cu-Cu2O Eutektikum im LOM mit polarisiertem Licht; c Cu-Cu2O Eutektikum im REM; d Sauerstoffverteilung gemessen mittels REM-EDX

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Durch Ätzungen kann das Gefüge des Kupfers sichtbar gemacht werden (Abb. 5a). Die Größe der einzelnen Kupferkörner ist nur schwer zu bestimmen, denn vorhandene Zwillingskristalle und Farbunterschiede verhindern dies (Abb. 5b). Die Korngröße wird auf 300–400 µm geschätzt, was relativ grob ist. Die Farbunterschiede nach der Ätzung können durch minimale Unterschiede in den Spurenelementen hervorgerufen werden. Da die Anzahl der Zwillingskristalle eher gering ist (Abb. 5c,d), kann davon ausgegangen werden, dass nur schwache Verformung des Beils, z. B. durch Hämmern, erfolgte.

Abb. 5
figure 5

Ätzung des Beils mit Klemm 2 Lösung (LOM): a Übersicht Schrägschliff 1; b Randbereich des Beils; c grobkörniges Kupfergefüge mit Zwillingskorngrenzen; d Detailaufnahme mit Cu-Cu2O Eutektikum und Zwillingskorngrenzen

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4 Das Metallurgieverständnis der frühen bis mittleren Kupferzeit

Offenbar dürfte sich bei den metallurgischen Handwerksmeistern des Zeitraumes von etwa 5000 bis 3000 v. Chr. an der Werkanleitung „mach die bunten Steine im Feuer so heiß, bis das rote unzerbrechliche Material entsteht“ nicht viel geändert haben. Auch eine mit Sicherheit beabsichtigte Legierung mit Arsen, Antimon oder anderen brauchbaren Verbesserern ist nicht eindeutig nachzuweisen, sondern dürfte durch die Lagerstätten bedingt sein. Erst die allgemeine Einführung der Zinnbronze lässt Stein als Werkstoff verschwinden, und der dann stetig steigende Metallbedarf führt zur Entwicklung industriell vollzogener Technologien und schließlich in der späten Bronzezeit zu modern anmutenden mehrstufigen Verhüttungsprozessen [10].

In der Kupferzeit bestand die Erzbasis für die Kupfergewinnung somit aus oxidischen Erzen, wobei der Malachit Cu2(OH)2(CO3) durch seine leuchtend grüne Farbe besonders leicht aufzufinden war. Für die Herkunftsbestimmung des Kupfers ist, vor allem bei sehr reinem Cu, eine chemische Analyse nicht zielführend. Ob eine Bestimmung der Blei-Isotopenverhältnisse ein brauchbares Ergebnis liefern würde, ist nicht vorherzusagen. Der Umstand, dass im vorliegenden Beil nur Spuren an S und As vorhanden sind, deutet somit auf ein oxydisches Erz als Ausgangsmaterial.

Die Verhüttung des oxidischen Erzes zu metallischen Cu ist einfach und kann in einem flachen Tiegel oder Herd mit Holzkohle als Reduktionsmittel, erfolgen. Von der Dauer des Reduktionsschritts war es nun abhängig, wieviel Sauerstoff noch im Cu gelöst war und wieviel Cuprit (Cu2O) bei der Erstarrung, beim sogenannten Cu-Cu2O Eutektikum, gebildet wurde. Aus der Mondseekultur der späten Jungsteinzeit sind Gießlöffel bekannt, in denen das Cu mittels Blasrohren aufgeschmolzen wurde. Durch das Vorliegen eines Eutektikums konnte bereits beim Schmelzpunkt von Cu (1085 °C) eine vollständig aufgeschmolzene Legierung erhalten werden.

Das Auftreten der ältesten Arsen-Bronzen wird üblicherweise mit der Verhüttung von Fahlerzen oder deren Sekundärprodukten erklärt [11].

Die Verhüttung von Fahlerz ist relativ einfach, denn das Erz muss nur möglichst vollständig geröstet werden, um ein Oxid zu erhalten. Beim Rösten verflüchtigen sich As und S weitgehend [12]. Die anschließende Reduktion kann wieder mit Holzkohle erfolgen, wobei beim Rösten verbliebenes As im geschmolzenen Cu aufgenommen wird. Während weiterer Schmelzvorgänge und dem Gießvorgang, verbleibt das As in der Schmelze und verflüchtigt sich nicht [13].

5 Zusammenfassung

Ein im Gemeindegebiet von Bernstein im Südburgenland gefundenes Kupferflachbeil des 4. Jahrtausends v. Chr. wurde untersucht. Typologisch ist dieses Beil eindeutig der sogenannten Mondseegruppe (Zeitstufe Balaton-Lasinja) zuzuordnen, wodurch sich die Frage nach dem Herstellungsort stellt. Wurde das Beil vor Ort aus lokalen Erzen hergestellt oder durch Handel bezogen?

Die RFA Analyse ergab nahezu reines Kupfer mit geringen Mengen an Pb, Ag, As und Al. Metallographisch präparierte Schnitte zeigen ein sehr gleichmäßiges Gefüge mit feinen Cu2O Ausscheidungen im Inneren, sowie einer außenliegenden Korrosionsschicht. Außerdem wurden zwei Risse, gefüllt mit Oxidationsprodukten von Kupfer, gefunden. Die Oberfläche des Beils ist mit einer etwa 100 µm dicken Oxidschicht gleichmäßig bedeckt, welche innen aus Cu2O und außen aus Malachit besteht. Das metallische Grundmetall ist eine Mischung aus Kupfer und Cu-Cu2O Eutektikum, wobei der O Gehalt im Metall auf etwa 0,2 Gew. % geschätzt wird. Mittels REM-EDX Elementverteilung wurde bestätigt, dass ein Cu-Cu2O Eutektikum vorliegt.

Die Größe der einzelnen Kupferkörner ist relativ grob und wird auf 300–400 µm geschätzt, wobei auch einige Zwillingskristalle vorliegen. Es kann davon ausgegangen werden, dass nur schwache Verformung des Beils, z. B. durch Hämmern, erfolgte.

Da das Beil weder höhere Konzentrationen an S noch an As enthält, kann davon ausgegangen werden, dass oxydische Erze für die Kupfergewinnung verwendet wurden. Woher diese Erze stammen könnte vielleicht eine Pb Isotopenbestimmung klären.