Thermische Veränderung von Feuerstein

Frostsprengung | Frostrisse | Frostkerne | Frostscherben | Feuereinwirkung | Tempern | Verbrannter Feuerstein

↑ Pot-lid-fracture

↑ Pot-lid-fracture

Frostsprengung

Gesteine können in Poren und Klüften Wasser enthalten, durch Haarrisse kann ebenfalls Wasser eindringen. Insbesondere Feuerstein kann im Inneren Wassereinschlüsse aufweisen. Gefriert Wasser zu Eis, so nimmt sein Volumen um 9% zu. Im Feuerstein eingeschlossenes Wasser hat keinen Raum, um beim Gefrieren zu expandieren, dadurch baut sich im Steininneren ein hoher Druck auf. Bei -22°C können 2100 kg/cm² erreicht werden, das entspricht der achtfachen maximalen Zugfestigkeit von Gesteinen.1 Dieser Druck kann zu einer Sprengung des Feuersteins führen, Frostsprengung durch kryostatischen Druck.2 Die Frostsprengung kann unterschiedliche Folgen haben.

Schema der Bruchausbildung

Schema der Bruchausbildung, Foto verändert nach Alexander Verreet

– Frostrisse

Durch gefrierendes Wasser können tief reichende Frostrisse entstehen. Diese Frostrisse sind neue Schwachstellen, die das wiederholte Eindringen von Wasser ermöglichen, die Folge kann eine weitere Zerlegung bei weiteren Frösten sein. Frostrisse sind länger und gradliniger als Hitzerisse.

Frostrisse

↑ Frostrisse

– Frostkerne

Durch Frost zerlegte Knollen werden auch als natürliche Trümmer angesprochen. Joachim Hahn bezeichnet Stücke mit mehreren flach abgeplatzten Flächen als „Frostkerne“, da sie eine Ähnlichkeit mit Kernen oder bifaciellen Werkzeugen besitzen,3 was bei flüchtiger Betrachtung zu Verwechselungen führen kann. Allerdings fehlen Schlagflächen und Bulben,4 die ein Artefakt auszeichnen. Gelegentlich finden sich Feuersteine mit vielen kleinen, geschüsselten Spaltflächen, die an die Oberfläche von Golfbällen erinnern.

Frostkern, Sammlung Markus Leyens

Frostkern, Sammlung Markus Leyens

– Frostscherben

Frostsprenglinge werden auch Frostscherbe oder potlid = Topfdeckel genannt. Die Spaltflächen von Frostscherben sind mehr oder weniger stark konvex gebogen. Wenn Wallnerlinien auftreten, sind sie meist stark ausgebildet. Sie können Im Randbereich liegen5 oder gleichmäßig über die Fläche verteilt auftreten. In diesem Falle bilden sie um die Störstelle herum konzentrische Kreise. Ähnliche Muster erzeugt ein ins Wasser geworfener Stein.

Frostscherbe

Die Spaltfläche weist zusätzlich eine Art kleinen Schlagkegel auf. Vermutlich wird dieser kleine Kegel durch den kryostatischen Druck erzeugt, Hahn deutet das als eine Schlagnarben ähnelnde Interferenzerscheinung.6 Frostscherben können beachtliche Größen haben, was dazu führte, das sie oft als natürlich enstandene Grundform für Steinwerkzeuge verwendet wurden.7 Durch Hitze herausgesprengte Potlids sind in der Regel erheblich kleiner und für die Werkzeugproduktion völlig ungeeignet.

Ausgeprägt konvexe Spaltfläche

↑ Ausgeprägt konvexe Spaltfläche

Frostscherbennegativ

Frostscherbennegativ

Feuereinwirkung

Durch starke Hitze wird Feuerstein in seinem Aussehen und seiner Struktur verändert. Je nach Temperatur und Feuersteinart kann sich das Erhitzen positiv oder negativ auf das Material auswirken.

– Tempern8

Unter Tempern versteht man die intentionelle, kontrollierte Erhitzung von Kieselgesteinen, beispielsweise Feuerstein und Hornstein, zur Verbesserung der Spaltbarkeit, evtl auch nur zur Farbänderung. Optisch lässt sich eine Temperung an zwei Merkmalen erkennen, Farb­wech­sel und Fett­glanz. Allgemein wird das Material dunkler, Farb­wech­sel zu Rot und Rosa wird durch Ver­un­rei­ni­gun­gen im Gestein, ver­mut­lich Eisen, ver­ur­sacht. Die Farbpalette reicht je nach Material von Braun, Gelb, Rosa, Rot bis hin zu Violett.

Der Fettglanz ent­steht durch Ver­än­de­rung der Mikro­struk­tur des Ausgangsmaterials. Dabei zeigt sich der Glanz allerdings nur auf Spaltflächen, die nach dem Tempern entstanden sind, alle anderen Spaltflächen werden matt.

Gesi­cherte Belege für inten­tio­nel­les Tem­pern fin­den sich in West­eu­ropa ab dem Solu­t­réen. Im Meso­li­thi­kum wurde in Baden-Württemberg und Bay­ern regel­haft getem­pert, ins­be­son­dere Horn­stein. Aus dem fran­zö­si­schen Chas­séen lie­gen eben­falls zahl­rei­che Belege vor. Ältere Nach­weise für inten­tio­nel­les Tem­pern in der Stein­zeit kom­men aus Afrika.

Getemperter Jurahornstein, Mesolithikum

↑ Getemperter Jurahornstein, Mesolithikum

– Verbrannter Feuerstein

Wird Feuerstein in einem Nutz- oder Schadfeuer zu stark erhitzt, verbrennt er. Dabei ändert sich die Farbe und das Gefüge kann zerstört werden. Abhängig von Dauer und Temperaturhöhe ergeben sich diverse Veränderungen. Zunächst wird die Oberfläche matt, danach stellt sich eine schwache, patinaartige, weißlich-bläuliche Verfärbung ein. Die Farbe kann über Grautöne in ein schmutziges Weiß übergehen, teilweise von rötlichen Verfärbungen begleitet. Aber auch ein Farbwechsel zu kräftigem Rot ist möglich. Im Feuerstein entstehen zudem Spannungen, die zu näpfchenförmigen Abplatzungen führen, potlids. Die Größe dieser Abplatzungen differiert, erreicht jedoch meist nicht die Größe der Frostscherben. Die Spannungen können auch zu einem Krakelieren führen, d.h. der Stein wird von zahlreichen, unregelmäßigen, netzartigen Rissen durchzogen. Die verschiedenen Merkmale können teils einzeln, teils kombiniert auftreten.

Fettglanz an nachträglichen Spaltflächen und leichte Farbveränderung

↑ Fettglanz an nachträglichen Spaltflächen und leichte Farbveränderung

Fabänderung zu Weiss und Potlids

↑ Farbänderung zu Weiss und Potlids

→ Dissertation zur Wirkung von Flächen- und Waldbränden auf verschiedene archäologische Materialtypen, englisch: Brent A. Buenger, The impact of wildland and prescribed fire on archaeological resources, Dissertation 2003, PDF

 

  1. Freie Universität Berlin, PG-Net – Frostverwitterung
  2. Joachim Hahn, Erkennen und Bestimmen von Stein– und Knochenartefakten, Archaeologica Venatoria, Band 10, Tübingen, 1991, S. 35
  3. Joachim Hahn, 1991, S. 38
  4. Werner Schön, Veränderungen an Steinartefakten durch Wind, Hitze und Frost, in Floss (Hrsg.) Steinartefakte vom Altpaläolithikum bis in die Neuzeit, Tübingen 2012, Kerns Verlag, S. 104
  5. Werner Schön, 2012, S. 103
  6. Joachim Hahn, 1991, S. 36
  7. Belege bei Werner Schön, 2012, S. 104
  8. Jürgen Weiner, Hitzebehandlung (Tempern), in Floss (Hrsg.) Steinartefakte vom Altpaläolithikum bis in die Neuzeit, Tübingen 2012, Kerns Verlag, S. 105ff