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Zufall als entwick-
lungsbestimmendes Element

Geburtsstunde der Metallurgie

Anfänge der Metallverhüttung

Vom Kupfer zur Bronze

Zum Ursprung der Messingtechnologie

 

 

 

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Alphabet der
Heimatkunde

Vorstellungen zur Entwicklung des Messingbrennens in archaischer Zeit.

Friedrich Holtz

Wenn man sich mit dem Thema Messing näher beschäftigt, und das bleibt in Stolberg sowohl Einheimischen als auch Gästen bzw. Touristen nicht erspart, kann es durchaus als überraschend empfunden werden, dass bereits zur Zeit der Kupfermeister das technologisch anspruchsvolle Verfahren der Messsingherstellung erstens überhaupt bekannt war, und man diese Prozedur zweitens als Standardprozess reproduzierbar einsetzen konnte. Angesichts des doch recht speziellen Verfahrensablaufs und der durchaus komplexen chemisch- physikalischen Wirkungsmechanismen, stellt sich fast zwangsläufig die Frage, wieso man bereits im Stolberg des sechszehnten, siebzehnten und achtzehnten Jahrhunderts diese Methode beherrschte.

(Einzelheiten zur Messingherstellung)


Rohmessing. Foto: F. Holtz
Noch interessanter dürfte die Frage sein, wie man dieses Verfahren entwickeln konnte, wie es sozusagen erfunden worden ist. Der Hinweis, das archaische Verfahren des Messingbrennens sei schon vor der Zeitenwende in Gebrauch gewesen, ist zwar zutreffend, gibt aber bezüglich der Innovationsumstände keinerlei Aufschluss. Der Erklärungsversuch, das Verfahren des Messingbrennens habe sich bei der Verhüttung von Kupfer aus einer Verkettung günstiger und zufälliger Umstände ergeben, bleibt in gewisser Weise ebenfalls unbefriedigend. Dieser Erklärungsversuch berücksichtigt nämlich nicht, dass ein Beobachten zufällig und ungewollt herbeigeführter Phänomene alleine kaum ausreicht, sondern es der Intelligenz eines aufmerksam beobachtenden Menschen bedarf, aus den Auffälligkeiten die richtigen Schlüsse zu ziehen.

Zufall als entwicklungsbestimmendes Element
Das zufällige Entdecken zieht sich gewissermaßen als Evolutionsprinzip durch die gesamte Menschheitsgeschichte und spielt in Einzelfällen auch gegenwärtig immer noch eine entscheidende Rolle. Obwohl sich im Laufe der Zeit Zufallserfindungen von großer Bedeutung in allen Feldern der Naturwissenschaft und Technik ergeben haben, ist die Metallurgie in besonderer Weise und von Anfang an von Erkenntnissen geprägt, die aus zufälligen Beobachtungen resultierten.

Die Geschichte der Naturwissenschaft und Technik lehrt uns, dass das bekannte Gesetz von Murphy "Whatever can go wrong, will go wrong. (Alles, was schiefgehen kann, wird auch schiefgehen.)" weniger pessimistisch und sogar allgemeingültiger formuliert werden kann. Fasst man die Aussage dieses Gesetzes in dem Sinne auf, "dass selbst dann, wenn ein Ereignis höchst unwahrscheinlich, aber eben nicht auszuschließen ist, wird es irgendwann eintreten" so schließt dieses Gesetz, wie es sich gehört, nicht nur den negativen, sondern implizit auch den positiven Fall mit ein. Und genau dieser positive Aspekt ist gerade in der Metallurgie höchst evident.

Schon ganz zu Anfang seiner Entwicklungsgeschichte hatte der Mensch nicht nur gelernt, Werkzeuge zu benutzen, sondern auch, diese aus den in der Natur verfügbaren Rohstoffen herzustellen und zu gestalten, wodurch sowohl die Technik- als letztlich auch die Kulturgeschichte eingeleitet wurde. Bezeichnenderweise sind die drei großen Epochen der Menschheitsgeschichte nach den Materialien benannt, die für die jeweilige Epoche zur Herstellung von Werkzeugen aller Art (einschließlich Waffen) kennzeichnend waren. Die namengebenden Begriffe Stein, Bronze und Eisen entstammen allesamt dem Mineralreich, wobei die beiden letzten Bezeichnungen die Bedeutung der Metallurgie erkennen lassen.

Für den Zeithorizont der frühen Metallurgie bleiben Einzelheiten der Entwicklung naturgemäß spekulativ. Dennoch lässt sich die Geschichte der frühen Innovationen nachzeichnen, wenn man sich die Gegebenheiten dieser in fernster Vergangenheit liegenden Epoche vor Augen führt.


Neolithischer Faustkeil.
Aus: C.W. Neumann (1932), Das Werden des Menschen.
Vor mehr als 7.000 Jahren spielte der Feuerstein, auch Flint oder Silex genannt, bei der Herstellung von Werkzeugen eine überragende Rolle. Dieses Material wurde bevorzugt wegen seiner Härte, seiner Homogenität und seines Bruchverhaltens, welches bei der Bearbeitung durch ein gleichmäßiges Ausbrechen muschelförmiger Gesteinssplitter gekennzeichnet war.

Spätestens im Neolithikum entstanden u.a. auch am Aachener Lousberg und in den benachbarten Niederlanden Feuersteinbergwerke mit teilweise untertägigen Schacht- und Stollensystemen. Mit dem aus diesen Bergwerken geförderten Feuerstein ließ sich ein europaweiter, einträglicher Handel betreiben. Natürlich wurden dem Käufer zur "Bezahlung" des allseits begehrten Feuersteins Tauschgüter, beispielsweise Nahrungsmittel, abverlangt, die somit für den eigenen Lebensunterhalt nicht mehr zur Verfügung standen.


Obsidian.
Sammlung u. Foto: F. Holtz
Insbesondere in Gegenden, wo Feuerstein nicht zu finden war und geeignete Tauschgüter ebenfalls kaum erübrigt werden konnten, hat man sich zur Herstellung von Werkzeugen mit suboptimalen Materialien wie Basalt, Quarzit etc. begnügen müssen. Gelegentlich fand man jedoch auch Ersatzstoffe, die dem Feuerstein nahezu ebenbürtig waren. Hierzu gehört beispielsweise der Obsidian, ein durch Vulkanismus natürlich entstandenes Glas. Dieses Material hatte zwar eine etwas geringere Härte, lieferte an den Bruchkanten jedoch extrem scharfe Schneiden. Mit anderen Worten: Man war immer auf der Suche nach neuen Werkstoffen, die zur Herstellung von Werkzeug geeignet waren.

Geburtsstunde der Metallurgie
Irgendwann vor etwa 7.000 Jahren muss es dann zu einem Schlüsselereignis gekommen sein, das mit Fug und Recht als Geburtsstunde der Metallurgie gelten kann und die humangeschichtliche Entwicklung in hohem Maße beeinflussen sollte. An einem uns unbekannten Ort - und es gibt viele Örtlichkeiten, wo das möglich gewesen wäre - hat man ein Stück metallisches, sogenanntes gediegenes Kupfer gefunden, welches in der Natur zwar nicht besonders häufig, aber eben auch nicht besonders selten vorkommt.


Gediegenes Kupfer.
Sammlung u. Foto: F. Holtz
Dieser Fund war vermutlich nicht Ergebnis einer gezielten Prospektion. Das Kupferstück dürfte vielmehr durch seine Auffälligkeit das Interesse eines vorgeschichtlichen Handwerkers geweckt haben. Die Auffälligkeit bestand darin, dass dieses Stück entweder einen rötlichen Metallglanz zeigte, oder eine ungewöhnliche, grüne Farbe aufwies. Rötlicher Metallglanz wäre dann zu unterstellen, wenn das Stück in bergfrischem Zustand aus dem Gebirge kam, wogegen sich im Falle einer längeren Einwirkungszeit von Verwitterungsmechanismen eine grüne Oxidationsrinde ergeben hätte.

Neugierig geworden wird der uns unbekannte Urvater der Metallurgie den seltsamen Stein in die Hand genommen und sorgfältig betrachtet haben. Alter Gewohnheit folgend, wird er den vermeintlichen Stein auch mit seinem Faustkeil angeklopft haben. Nach aller Erfahrung hätte der Stein, wenn man nur kräftig genug zuschlug, bersten müssen, so dass man sein Inneres betrachten und sein Bruchverhalten sowie die Schärfe der Bruchkanten prüfen und begutachten konnte.

Was nun aber passierte, musste unseren steinzeitlicher Werkstoffkundler mehr als überraschen. Das Verhalten und die Eigenschaften des Steines konnte er nur als absolute, unerhörte Sensation empfinden. Mit jedem neuen Schlag bildete sich an der Aufschlagstelle eine deutliche Delle. Der Stein ließ sich also verformen ohne zu zerspringen, zu zerbröseln oder zu zersplittern. Und das ist im Mineralreich ein höchst seltener Sonderfall und musste fast als ein Wunder wahrgenommen werden.

Sehr bald schon wird man auch einen anderen Effekt erkannt haben. Nutzte man nämlich ein unförmiges Kupferstück, um daraus beispielsweise eine Klinge zu fertigen, änderte sich nicht nur die Form des Kupfers, sondern auch dessen Eigenschaften. Durch die Verformung trat eine Kaltverfestigung des Metalls ein, was dazu führte, dass dieses Kupfer genau dort härter wurde, wo der Verformungsgrad am größten war, nämlich im Falle einer ausgeschmiedeten Klinge direkt an der Schneide, also exakt dort, wo diese Eigenschaft erwünscht war.

Bis vor wenigen Jahrzehnten haben die Landwirte auch in unserer Gegend diesen Effekt noch regelmäßig genutzt. Die Sensen und Sicheln wurden nämlich nicht nur mit dem Wetzstein geschärft; sie wurden vorher auch gedengelt. D.h.: Die Schneide wurde kalt ausgeschmiedet, so dass sie dünner, schärfer und gleichzeitig härter wurde.

Bezüglich des nächsten Innovationsschrittes ist keine naheliegende, plausible Geschichte bekannt. Aber irgendwann muss man herausgefunden haben, dass Kupfer sich nach vorherigem Erhitzen im Feuer leichter und besser schmieden lässt. Hierdurch war der Weg vorgezeichnet für einen weiteren, glücklichen Unglücksfall, der geradewegs zu einer neuen Errungenschaft der Metallurgie führte. Denn irgendwann musste es sich beinahe zwangsläufig ergeben, dass ein übermäßiges Erhitzen des Kupfers nicht nur zur Zerstörung des Werkstückes, sondern auch zu der Erkenntnis führte, dass Kupfer sich schmelzen ließ. Und die Kupferschmelze wiederum konnte in Sand- oder Lehmformen vergossen werden, so dass nahezu beliebig gestaltete Metallkörper mühelos hergestellt werden konnten.

Anfänge der Metallverhüttung
Vor etwa 5.500 Jahren erfolgte dann mit dem Verhütten (oxidischer) Kupfererze der endgültige Durchbruch zur Metallurgie in des Wortes eigentlicher und heutiger Bedeutung. Auch hierzu gibt es eine Geschichte, die natürlich nicht authentisch sein kann, aber dennoch in mancherlei Hinsicht aufschlussreich ist.


Azurit-Kruste auf Kalkstein.
Sammlung u. Foto: F. Holtz
Durch Verwitterung (Metasomatose) von sufidischen Kupfererzen in carbonatischer Umgebung entstehen Kupfercarbonate, die entweder als Malachit oder als Azurit ausgebildet sind. Da Malachit von intensiv grüner und Azurit von intensiv blauer Farbe ist, fanden beide Mineralvarietäten seit frühester Zeit zur Herstellung von Farbstoffen und als beliebte Schmucksteine Verwendung.

Stellen wir uns jetzt eine vielleicht etwas wohlhabendere, steinzeitliche Sippe vor, so dürften die weiblichen Sippenmitglieder mit Preziosen ausgestattet gewesen sein. Vermutlich befanden sich darunter auch Steine aus Malacht und/oder Azurit in Form von Halsketten oder Anhängern.


Malachit (Trommelstein).
Sammlung u. Foto: F. Holtz
Man kann sich nun leicht ausmalen, dass eine der Damen zum Nachlegen von Brennholz oder zum Abschmecken der Suppe sich über die Feuerstelle beugte und dabei durch einen unglücklichen Umstand ihre Halskette oder ihren Anhänger aus Malachit bzw. Azurit verlor. Die allgemeine Aufregung wird wohl groß gewesen sein, und natürlich wurde nach Ablöschen oder Ausbrennen des Feuers in der Asche nach dem verlorenen Schmuckstück gesucht. Trotz sorgfältigen und ausgiebigen Klaubens in der Asche blieb der Schmuck verschwunden. Das einzige, was sich finden ließ, waren einige Kupferperlen. Der aus Kupfercarbonat bestehende Schmuck war also, wie die Erzählung zu berichten weiß, in der Hitze des Feuers zu Kupfer verhüttet worden.

Nun lässt sich lange und trefflich darüber streiten, ob eine Verhüttung von Kupfererzen unter den Bedingungen, die in einer normalen Feuerstelle anzutreffen sind, überhaupt denkbar ist. In der Tat lassen sich hier sehr berechtigte Zweifel anmelden. Möglicherweise war statt des Herdfeuers ein Brennofen für Töpferwaren Ort des Geschehens. Trotz aller Zweifel ist die Episode mit der Perlenkette und dem Lagerfeuer aus zwei Gründen interessant und erzählenswert.

Erstens verdeutlicht diese Erzählung das wiederum zufällige Zustandekommen einer bedeutenden Erfindung, und lässt zweitens die Notwendigkeit eines Geniestreiches erkennen, der darin bestand, die Bedeutung, Konsequenz und Tragweite des zufälligen Ereignisses zu erfassen sowie aus dieser Erkenntnis ein nutzbringendes, reproduzierbares Verfahren (in diesem Fall die Kupferverhüttung) zu entwickeln.


Bronzezeitlicher Verhüttungsplatz, Quelle P. Gelhoit und G. Woelk: Rekonstruktion und Betrieb einer bronzezeitlichen Kupferproduktionsanlage.
Die Zeitspanne zwischen dem erstmaligen technischen Einsatz von gediegenem Kupfer und dem Beginn der Kupferverhüttung beträgt ungefähr 1.500 Jahre. Dies lässt hinsichtlich der frühen Innovationsgeschichte einen weiteren Aspekt erkennen, der in der heutigen Zeit häufig vergessen wird. Unser gelegentliches Erstaunen über das empirische Wissen und über die Erfindungsgabe unserer fernen Vorfahren, die durchaus in der Lage waren, auch komplexe Fertigungsprozesse zu gestalten bzw. zu beherrschen, berücksichtigt meist nicht den Umstand, dass man damals Jahrhunderte und Jahrtausende benötigte, bis man zu neuen Erkenntnissen gelangte, die das vorhandene Wissen ergänzen konnten.

Die Kunst der Verhüttung stellte die Kupfertechnologie und deren Bedeutung auf eine völlig neue, erheblich breitere Basis. Denn Kupfererze kamen, wenn auch längst nicht immer als Malachit oder Azurit in Schmucksteinqualität, wesentlich häufiger vor als natürlich entstandenes, gediegenes Kupfer. Somit konnte Kupfer in großen Mengen hergestellt werden und entwickelte sich zum weitverbreiteten Handelsgut.

Vom Kupfer zur Bronze
Die breite Verfügbarkeit von Kupfererzen sowie die Kenntnis des Verhüttungsverfahrens bildeten auch die Voraussetzung zur Entwicklung der Bronzetechnologie. Wenig später nämlich, wobei man sich unter dem Begriff "wenig" durchaus eine Zeitspanne von vielleicht einigen Jahrhunderten vorzustellen hat, gelang es in der Tat, durch das gleichzeitige Verhütten von oxidischen Kupfererzen und Zinnstein Bronze herzustellen. Nachfolgend wurde zur Herstellung von Bronze auch Rohkupfer in Verbindung mit Zinnstein bzw. metallischem Zinn eingesetzt.

Die Legierung aus Kupfer und Zinn war hinsichtlich ihrer Gebrauchseigenschaften dem reinen Kupfer weit überlegen, da sie eine bedeutend höhere Härte aufwies. Außerdem ließ Bronze sich auf Grund der sehr viel dünnflüssigeren Schmelze besser vergießen. Die überragende Bedeutung der Bronze führte letztlich dazu, dass diese Legierung namengebend für die zweite große Epoche der Menschheitsgeschichte wurde.

Bezüglich ihrer Eigenschaften und hinsichtlich der metallurgischen Prozessabläufe ist eine weitere Kupferlegierung, nämlich das Messing, durchaus mit der Bronze vergleichbar. Ebenfalls lässt sich für den Beginn der Bronze- und Messingtechnologie eine fast gleiche Zeitstellung in fernster Vergangenheit annehmen.

Messing enthält als Legierungskomponente Zink statt Zinn und war seit frühester Zeit deshalb beliebt, weil die Messingschmelze erstens einen blasenfreien Guss erlaubte, und das Material zweitens eine hochgradige Kaltverformung zuließ. Letzteres war zum Austreiben von Blechen und bei der Herstellung von dünnwandigen Messinggefäßen von entscheidender Bedeutung.


Kalabassen, Stolberger Messinggefäße.
Foto: Axel Pfaff
Da die Herstellung und Verarbeitung von Messing gerade in Stolberg eine lange Tradition aufweist und die Wirtschaftsgeschichte des hiesigen Raumes entscheidend geprägt hat, ist es aus Stolberger Sicht höchst bedauerlich, dass sich niemand eine Geschichte hat einfallen lassen, die, ähnlich wie die Erzählung von der verloren gegangenen Halskette, eine Vorstellung davon gibt, wie die Idee zum Messingbrennen möglicherweise entstanden sein könnte. Man kann allerdings wiederum davon ausgehen, dass auch diese Innovation durch Zufallsereignisse initiiert worden ist. Trotz aller Unwägbarkeiten soll abschließend eine Erklärung für das Zustandekommen der Messingtechnologie versucht werden.


Zelliger Galmei aus den Lagerstätten um Stolberg.
Sammlung u. Foto: F. Holtz
Zum Ursprung der Messingtechnologie
Wie bereits erwähnt, fanden bei der Kupferverhüttung anfänglich ausschließlich oxidische Erze also vorzugsweise Malacht und Azurit Verwendung. In beiden Fällen handelt es sich um Kupfercarbonate, die typischerweise in Kalksteinformationen entstehen. Nun ist aber der Zinkspat, der zur Gruppe der Galmeierze gehört und in Verbindung mit Kupfer zu Messing gebrannt werden kann, ebenfalls ein an Kalkstein gebundenes Carbonat.

Wenn wir nun eine in Kalkstein eingebettete Erzlagerstätte unterstellen, deren Erzmittel sowohl aus Kupfer- als auch Zinkcarbonaten bestehen, welche ihrerseits entweder mehr oder weniger eng miteinander verwachsen sind oder in Teilbereichen der Lagerstätte als Solitärmineralien auftreten, wäre bei der Verhüttung dieser Erze die Bildung von Messing nicht nur denkbar, sondern nahezu unvermeidlich gewesen.

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Hemmoorer Eimer, römisches Messinggefäß (Niedersächsisches Landesmuseum)
Zur Entwicklung eines reproduzierbaren Verfahrens oder zumindest zur Erkennung des metallurgischen Prinzips hätte man im angenommenen Fall lediglich die eingesetzten Erztypen und deren Mengenverhältnis zueinander mit den jeweiligen Verhüttungsergebnissen vergleichen müssen. Hierbei würde sich deutlich gezeigt haben, dass der Erztyp, den wir heute Galmei nennen, für die Bildung von Messing verantwortlich war. Mit diesem Wissen war es dann auch möglich, Kupfer und Galmei, selbst wenn beide Rohstoffe aus unterschiedlichen, weit voneinander entfernten Lagerstätten stammten, zur Messingherstellung einzusetzen.

Es stellt sich nun eigentlich nur noch die Frage, ob eine Lagerstätte mit der angenommenen Kombination aus Kupfer- und Zinkcarbonaten überhaupt möglich ist. Wenn auch das gemeinsame Vorkommen von beispielsweise Blei- und Zinkerzen sehr viel häufiger, eigentlich sogar charakteristisch ist, gibt es auch heute noch Lagerstätten, die in stark unterschiedlichen Mengenverhältnissen sowohl Kupfer- als auch Zinkerze beinhalten. Meist liegen allerdings in derartigen Lagerstätten nicht beide Erze in bauwürdiger Menge vor. In vorgeschichtlicher Zeit hatte man jedoch erstens bezüglich der Bauwürdigkeit ganz andere Vorstellungen als heute, und selbst das stark untergeordnete Vorkommen von Zinkerz in einer Kupfererzlagerstätte wäre zweitens zum Erkennen des hier diskutierten Phänomens ausreichend gewesen.

 
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