Das Nassholzlabor

Die Konservierung der Bremer Kogge von 1380 war ein naturwissenschaftliches Experiment in großem Stil; als wir anfingen, gab es kein direkt vergleichbares Vorhaben. Auf viele Fragen des praktischen Vorgehens beim Konservieren eines großen Schiffes und auf grundsätzliche Fragen des Verhaltens von Nassholz wusste niemand eine Antwort.
 
Heute kann das Team des DSM maßgeschneiderte Konservierungsprogramme für archäologische Schiffsfunde und andere große Objekte entwerfen. Wir forschen daran, diese Methoden weiter zu verbessern und zu vereinfachen. Unser Wissen und unsere Erfahrung stellen wir anderen Instituten und Privatleuten zur Verfügung, und auf Wunsch helfen wir bei der Einrichtung und Durchführung von großen Konservierungsvorhaben.
 
 
 
Das Problem mit nassem Holz

Mit der Bergung der Kogge schufen die Archäologen ein großes Konservierungsproblem. 45 Tonnen nasses Holz – Planken, Spanten, schwere Balken – kamen in das neu errichtete Deutsche Schiffahrtsmuseum.
                                         
 
Wassergesättigtes archäologisches Holz ist ein eigenartiges und empfindliches Material. Im Laufe seiner langen Lagerung im nassen Milieu haben Mikroorganismen, meist Bakterien verschiedenster Art, Teile der Holzsubstanz aus den Zellwänden aufgefressen. Hohlräume sind entstanden und haben sich mit Wasser gefüllt. Das Wasser trägt die durchlöcherten Zellwände und zerstörten Zellen, und das Holz hat nach wie vor seine ursprüngliche Form und Größe: Man sieht dem nassen Holz seine Schwäche nicht an.
 
Aber beim Trocknen verdunstet das Wasser aus den Zellhohlräumen und den Löchern in den Zellwänden. Die dabei entstehenden Zugspannungen sind größer als die Festigkeit der geschwächten Zellen. Das Holz schrumpft, wirft sich und bricht zusammen. Man muss das Holz vor dem Trocknen in seiner inneren Struktur stabilisieren – stärken –, wenn man es in seiner Form erhalten will.

So sieht gesundes Holz aus. Die Zellwände sind dick und massiv.
 
In diesem Holz sind die Zellwände stark ausgehöhlt. Es ist noch nass und hält seine Form – wie der Würfel oben links.
 
So sehen Holzzellen aus, die beim Trocknen völlig zusammen gebrochen sind. Dies ist in dem rechten Würfel oben passiert.
 
Konservierungsverfahren für Schiffsfunde
 
 
Die Wahl eines passenden Konservierungsverfahrens hängt vom Zustand des Holzes ab. Nicht alle archäologischen Hölzer sind gleich. Sie stammen von verschiedenen Baumarten, sind unterschiedlich stark von Mikroorganismen abgebaut und zerstört. Sieben Schiffe unserer Mittelalterflotte haben wir auf unterschiedliche Weisen stabilisiert. Inzwischen sind wir Spezialisten für die Konservierung von großen archäologischen Funden aus nassem Holz.
Meistens wählen wir Verfahren, in denen Polyethylenglykol – PEG, ein Kunstwachs – als Stabilisierungsmittel eingesetzt wird. Wir haben aber auch verschiedentlich Zucker als Stabilisierungsmittel bei der Konservierung von Schiffsfunden verwendet. Beide Mittel sind wasserlöslich. Sie können aus einer wässrigen Tränklösung in das wassergefüllte Holz diffundieren, eindringen, und es mehr oder weniger vollständig ausfüllen, je nach der gewählten Konzentration des Tränkbades. Lässt man das Holz nach der Tränkung trocknen, bleibt das Stabilisierungsmittel im Holz und steift es von innen aus: Die Trockenschwindung wird weitgehend verhindert, das Holz behält seine Form.
PEG gibt es in verschiedenen Sorten. Das Molekulargewicht des PEG, die Konzentration des Tränkbades und seine Temperatur passen wir der Holzart und seinem Erhaltungszustand an.
 

 
Das Zwei-Stufen-PEG-Verfahren für die Kogge
 
Die Planken und Balken der Kogge sind aus Eiche. Sie enthielten zwei Holzqualitäten zugleich: Außen waren die Bauteile weich und von Mikroorganismen abgebaut, innen dagegen waren sie hart und kaum verändert.
Für die Stabilisierung der Kogge haben wir ein spezielles Zwei-Stufen-Verfahren entwickelt. In einem ersten Tränkbad mit niedermolekularem PEG 200 dringen die kleinen PEG-Moleküle in das Innere der Hölzer ein, in die Wände der nicht abgebauten Holzzellen – oben links. In einem zweiten Bad mit hochmolekularem PEG 3000 füllen die großen PEG-Moleküle die Zellhohlräume sowie die durchlöcherten Zellwände in den stark abgebauten Holzpartien – oben rechts – und erstarren dort nach dem Ende der Tränkbehandlung. Auf diese Weise werden beide Holzqualitäten in einem Schiff oder Boot stabilisiert, jede von einem anderem PEG.
In umfangreichen Versuchsserien fanden wir heraus, welche PEG-Sorten in welchen Holzqualitäten zu den besten Stabilisierungsergebnissen führen und wie viel PEG in das Holz eindringen muss.
 
Zwei getrocknete Proben aus demselben archäologischen Holz: Die untere ist optimal stabilisiert. Sie lag erst in einem Tränkbad mit PEG 200, danach in einem Bad mit PEG 3000.


 

Vom Labor zur Konservierung im großtechnischen Maßstab: Die Kogge ist 23,27 m lang, ihre größte Breite beträgt 7,62 m, die Rumpfhöhe einschließlich Achterkastell und Gangspill 7,02 m. Ihr Konservierungsbecken fasste 800 m³ PEG-Lösung.
Zweimal im Jahr werden Holzproben genommen und die Verteilung der PEG-Sorten im Holz gemessen. So konnte der Endpunkt der Konservierung bestimmt werden.
 

Nach dem 1. Tränkbad:
Kogge mit PEG 200 unter dem Mikroskop
 
Nach dem 2. Tränkbad:
Koggeholz mit PEG 3000, 100-fache Vergrößerung


Das Zwei-Stufen-PEG-Verfahren eignet sich für alle Holzfunde, die mehrere Erhaltungszustände in sich vereinen – das gilt für die meisten Schiffsfunde. Neben der Kogge haben wir den Oberländer und das Flussschiff Karl so konserviert. Auf unseren Rat wurden das „Jesus-Boot“ vom See Genezareth sowie das Shinan-Schatzschiff, eine mittelalterliche Dschunke in Korea, mit einem Zwei-Stufen-PEG-Verfahren erfolgreich stabilisiert. Die MARY ROSE in Portsmouth, das Flaggschiff Heinrichs VIII., ist fertig. Heute benutzen Restauratoren in aller Welt das Zwei-Stufen-PEG-Verfahren zur Konservierung von Schiffsfunden.
 
 

Wir haben das Zwei-Stufen-PEG-Verfahren in Laborversuchen für verschiedene Holzarten optimiert. Unsere Galionsfigur Martha ist aus amerikanischer Kiefer geschnitzt.

 
Die Tränkung
mit niedermolekularem PEG
Besteht ein Schiffsfund durchweg aus gut erhaltenen, nicht abgebauten Hölzern, oder besitzen die Planken und Balken nur eine wenige Millimeter dicke Außenschicht aus abgebautem Holz, dann erreicht man eine gute Stabilisierung mit einer Tränkung mit niedermolekularem PEG. PEG mit Molekulargewichten von 200 bis 400 sind geeignet.
Die Hölzer können in einem unbeheizten Konservierungsbecken behandelt werden. Man kann auch eine Sprühbehandlung einrichten, wie wir das für den Torffrachter in Osterholz-Scharmbeck, unten links, gemacht haben. Für größere Schiffe ist dies meist billiger, als ein entsprechend großes Becken zu füllen. Jüngstes Beispiel einer Sprühbehandlung sind die Weser-Lastkähne, unten rechts, von etwa 1755 im Weserrenaissance-Museum Schloß Brake in Lemgo, deren Tränkung im Jahre 2003 beendet wurde.
Aus unserer eigenen Mittelalterflotte haben wir den Lasteinbaum von der Leine und den Ponton von Mandelsloh mit PEG 200 stabilisiert.


 











Die Tränkung
mit hochmolekularem PEG
Besteht ein Schiffsfund aus stark abgebautem Holz oder aus Hölzern, die überwiegend stark abgebaut sind und nur noch einen geringen Anteil festen, nicht abgebauten Holzes enthalten, dann kann eine Tränkung mit hochmolekularem PEG mit Molekulargewichten von 2000 bis 4000 eine gute Stabilisierung bewirken. Die Tränkung nur mit hochmolekularem PEG ist die älteste PEG-Methode zur Stabilisierung von Holz. Restauratoren benutzten sie zuerst in den 1950er Jahren.
Diese Tränkung muss in einem Becken erfolgen, da man die dickflüssige, hochkonzentrierte und heiße PEG-Lösung nicht versprühen kann. Wir erhöhen die Konzentration der Tränklösung nur auf 75% bis 80% und nicht bis auf fast 100% PEG, wie es früher üblich war. Die behandelten Hölzer behalten dann ein natürlicheres Aussehen.
  Die Eke aus Bremen, das Fass aus der Kogge und eine kleine Galionsfigur haben wir auf diese Weise stabilisiert.



Die Tränkung
mit Zucker


Zucker kann bei Hölzern mit zwei Qualitäten oder bei wenig abgebautem Holz das Mittel der Wahl sein. Ein Tränkbad mit einer konzentrierten Zuckerlösung einzurichten, kostet weniger als ein Bad mit PEG, denn die Zuckerlösung braucht nicht erwärmt zu werden, um flüssig zu bleiben. Zwei erhebliche Nachteile aber hat die Tränkung mit Zucker: Erstens ist es sehr schwer, ein großes Becken mit einer Zuckerlösung über Monate und eventuell Jahre steril zu halten und vor der Zerstörung durch eine einsetzende Gärung zu bewahren. Geschieht dies, muss man die ganze Behandlung neu beginnen. Zweitens ist das Ergebnis einer Zuckertränkung nicht vorhersehbar. Manchmal ist die erreichte Stabilisierung gut, manchmal aber sehr schlecht. Oft verwerfen sich die getränkten Hölzer beim Trocknen. In umfangreichen Laborversuchen war kein Zusammenhang zwischen dem Erhaltungszustand des Holzes und dem Erfolg der Stabilisierung zu erkennen.

Eine Zuckertränkung ist riskant. Wir hatten zweimal Glück: beim Beck Schiff in Bremen, dem Wrack eines kleinen Flussschiffes aus dem 15. Jahrhundert, und beim Schiff von Friesland, einem 12 m langen Küstensegler vom Ende des 16. Jahrhunderts, den wir mit dem Archäologischen Landesamt Schleswig-Holstein konserviert haben und der heute im Schiffahrtsmuseum in Husum steht. Bei der Schlachte-Kogge aus dem 12. Jahrhundert, die zu unserer Mittelalterflotte gehört, hatten wir nicht ganz soviel Glück: Die Oberflächenschichten waren nicht gut stabilisiert, und viele Schwindungsrisse öffneten sich beim Trocknen des Holzes.

 
Analytik – Forschung – Service


 
Analytik
Ein maßgeschneidertes Konservierungsprogramm kann erst entwickelt werden, wenn Art und Erhaltungszustand der zu behandelnden Hölzer genau bekannt ist. Mikroskopisch-histologische Untersuchungen, holzchemische Analysen, physikalisch-technologische Festigkeitstests, Untersuchungen von Trocknungs- und Schwindungsverhalten gehören zu den Routinearbeiten. Den Fortgang von Tränkbehandlungen und den Zeitpunkt, sie zu beenden, beurteilen wir durch die Bestimmung der Menge des in das Holz eingedrungenen Stabilisierungsmittels und seiner Verteilung im Holz. Dazu analysieren wir dünne Bohrkerne, die wir in zeitlichen Abständen den Hölzern entnehmen. Aus Laborversuchen kennen wir die anzustrebenden Zielwerte für die jeweiligen Holzqualitäten.

 
Forschung
Die Konservierung von großen archäologischen Holzfunden ist teuer. Der Schwerpunkt unserer Forschung ist heute daher die Entwicklung billigerer Methoden.
Ein Weg dazu sind Verfahren, die von vornherein nicht auf bestmögliche Stabilisierung zielen. Wir versuchen, solche sub-optimalen Verfahren zu entwerfen, deren Ergebnisse aber vorhersagbar sind. Damit hätte man die Möglichkeit, für weniger Geld eine nur mäßige Stabilisierung sicher zu planen.
Es gibt immer wieder Funde, für deren bestmögliche Konservierung Archäologen das notwendige Geld nicht beschaffen können oder wollen: Bohlenwege, Bauhölzer, Brunnenschächte, Einbäume. Eine billige Konservierung mit kalkulierbarem Ergebnis wäre oft besser, als die Funde verkommen zu lassen.
Ein anderer Weg, die preisgünstigste Konservierungsmethode zu finden, ist der Vergleich der Leistungsfähigkeit gängiger Stabilisierungsmethoden für große Hölzer in verschiedenen Abbauzuständen. Eine weitere Möglichkeit ist die in situ Konservierung. An dieser Methode wird aktuell geforscht.

 
Service
Unser Service für andere Institutionen umfasst sowohl das Entwerfen von Konservierungsprogrammen für bestimmte Funde einschließlich der nötigen Analytik als auch die begleitende Überwachung von Tränkungen und die forschende Klärung neuer Fragen. Auf Anfragen hin haben wir Stabilisierungsverfahren entwickelt für aus Moos geflochtenes Tauwerk, für nasses und trockenes verkohltes Holz, für Holzfunde, die nur auf einem Erdsockel geborgen und konserviert werden konnten, und für meterlange Tiefsee-Sedimentkerne, die Ablagerungen aus hunderttausend Jahren enthalten.

 

Bildnachweis
Gerhard Ellereit, Per Hoffmann, DSM, Gabriele Hoffmann, Mark Jones, James Barbour, Egbert Laska, Adya Singh, Eckehard Deichsel,  Archäologisches Landesamt Schleswig-Holstein, Albert Gerdes, Hans-Jürgen Darlison