Montanarchäologische Relikte des Altbergbaus in Sachsen - digital dokumentiert

Von Fanet Göttlich

Die Dokumentation von Altbergbau unter Tage rückt seit 2008 im Freistaat Sachsen immer mehr in den Fokus der Archäologen. In diesem Jahr wurde das Landesamt für Archäologie Sachsen durch das zuständige Sächsische Oberbergamt Freiberg auf Holzfunde in Grubengebäuden unter der großen Kreisstadt Dippoldiswalde (Osterzgebirge) aufmerksam gemacht. Diese sind durch die Hochwassergeschehnisse im August des Jahres 2002 überhaupt erst bekannt geworden. Der damals stark erhöhte Grundwasserspiegel führte zum Ausspülen von Sedimenten in den Hohlräumen, die Verfüllmassen sackten nach und an der Geländeoberfläche fielen als Folge Tagesbrüche. Zum Schutz der Bevölkerung und der Bebauung wurden diese Tagesbrüche von der Bergsicherung Freital GmbH aufgewältigt, erkundet und zum Abschluss mit Beton verwahrt.

Bereits die ersten dendrochronologischen Daten der Holzfunde aus diesen Gruben prognostizierten eine kaum zu erwartende Situation. Die Hölzer datierten an das Ende des 12. bzw. an den Beginn des 13. Jahrhunderts. Unter Dippoldiswalde schienen sich also bisher völlig unbekannte und nicht durch jüngere Bergbauaktivitäten überprägte mittelalterliche Grubengebäude erhalten zu haben. Der Bau eines Hochwasserrückhaltebeckens an einem Zufluss der Weißeritz führte im Jahr 2009 zu montanarchäologischen Untersuchungen an einem zweiten Referenzobjekt mit einer vergleichbaren Befundsituation. Auch der Altbergbau in Niederpöbel, einem bis dahin nahezu unbekannten Bergbaurevier, konnte durch die archäologischen Untersuchungen und die Ergebnisse der Dendrochronologie in die hochmittelalterliche Bergbauperiode der Zeit um 1275 eingeordnet werden [GÖTTLICH/HEMKER, 2012, 155-160].

Karte

LupeAbb. 1
Topografische Einordnung der montanarchäologischen Fundstellen, LfA
(Ausschnitt, vollständige Karte und Legende siehe vergrößerte Darstellung)

Das sächsische Erzgebirge ist vor allem für seine reichen Silbervorkommen im Freiberger Zentralrevier bekannt, was zweifelsohne das bedeutendste und ertragsreichste Revier in Sachsen darstellte. Freiberg steht zudem auch für den frühesten urkundlich bekannten Silberbergbau um 1168 in der damaligen Mark Meißen [HOFFMANN, 2011, 100].

Umfangreiche montanarchäologische Untersuchungen über Tage konnten auch schon auf der wüsten Bergstadt Bleiberg auf dem Treppenhauer bei Frankenberg in den 1970er und 1980er Jahren sowie 2006, sowie in deutlich geringerem Umfang auf dem Ulrichsberg bei Wolkenburg, in der Bergstadt Fürstenberg auf dem Hohenforst bei Kirchberg und am Greifenstein durchgeführt werden. Während in allen vier Siedlungen primär obertägige Siedlungs- und Produktionsreste ergraben wurden, konnten auf dem Treppenhauer in mühseliger Arbeit ein Schacht des 13./14. Jahrhunderts sowie ein Entwässerungsstollen aus der 2. Hälfte des 14. Jahrhunderts untersucht werden [SCHWABENICKY, 2009].

Die seit 2009 in den Dippoldiswalder Silbergruben systematisch durchgeführten baubegleitenden Untersuchungen untersetzen zunehmend die ersten Ergebnisse, warfen jedoch gleichzeitig Fragen zur Dokumentationsmethodik untertägiger Funde und Befunde sowie der obertägigen Aufnahme von Bergbauspuren auf.

Die ersten Befahrungen zeigten schnell die Grenzen der herkömmlichen archäologischen Dokumentation auf, so dass die bisher angewendeten Verfahren an die angetroffenen Verhältnisse angepasst werden mussten. Dies trifft für alle drei der für die Archäologie unabdingbaren Dokumentationsschritte Fotografie, Beschreibung und Vermessung zu.

Schacht

LupeAbb. 2
Arbeitsbedingungen unter Tage im Schacht (links) und in der Strecke (rechts), Niederpöbel (Sascha Lämmel, LfA)

Arbeitsbedingungen

Die Arbeitsbedingungen unter Tage sind extrem widrig. Durch die permanent eindringenden Wasser sowie den kaum zu beseitigenden Schlamm ist besondere Vorsicht beim Einsatz von elektronischen Geräten geboten. Außerdem sind die Örtlichkeiten stellenweise so eng, schmal und niedrig, dass es spezieller Apparaturen bedarf, um die Technik aufzubauen und an diesen noch arbeiten zu können. In besonders engen Strecken und Abbauen muss wegen Platzmangels teilweise auf eine tachymtrische Aufnahme verzichtet werden. Hier erfolgt die Dokumentation dann ausschließlich über Fotos. Zudem macht es die häufig schlechte Beleuchtungssituation der dunklen Hohlräume notwendig, stets genügend Scheinwerfer für die Ausleuchtung der archäologischen Befunde zur Verfügung zu haben. Auf Grund dieser Umstände galt es zunächst abzuwägen, welche Informationen für die archäologische Auswertung notwendig sind.

Dokumentation der Hohlräume

Die Erfassung der Hohlräume ist für die Darstellung der komplexen Gesamtsituation unter Tage unabdingbar. Dies ist wichtig um das Einfallen der Erzgänge nachvollziehen zu können sowie einen Überblick über die Anordnung der Schächte, Strecken und Abbaue zu erhalten. Sehr wichtig ist zudem die Dokumentation der in den Stößen enthaltenen Arbeitsspuren (Prunen) und Ausarbeitungen (z.B. Haspelkammer, Auflager). Aus Zeit- und Aufwandsgründen wird der Gesamtkomplex der Hohlräume in der Regel schematisch erfasst. Für komplexe Situationen wie z.B. Anscharungen sowie sehr detaillierte Befunde und noch an Ort und Stelle befindliche technische Einrichtungen (bspw. Haspeln) sind hochauflösende Modelle notwendig. Dies wird über verschiedene Aufnahmemethoden realisiert.

Tachymetrie

LupeAbb. 3
Tachymetrische Aufnahmen in einer Strecke; Niederpöbel (Fanet Göttlich, LfA)

Für die schematische Erfassung wird das tachymetrische Aufmaß genutzt. Damit werden die Profile der Schächte, Stollen und Abbaue zunächst in regelmäßigen Abständen von einem bis zwei Metern gemessen. Zusätzlich werden diese Profile über plausible Linien an der Firste und auf der Sohle miteinander verbunden. Jeder Befund (ein Schacht, ein Abbau, ) wird durch seine Befundnummer im CAD separiert, so dass er jederzeit auch einzeln ansprechbar ist.

Drahtmodell

LupeAbb. 4
Ausschnitt des Drahtmodells der Grubengebäude in Niederpöbel (Fanet Göttlich, LfA)

Befunde mit einem höheren Detaillierungsgrad, wie bspw. Arbeitspuren, Gequäle, Lampennischen oder Haspelkammern benötigen ein Aufnahmeverfahren mit einer höheren Auflösung. Bei diesen komplexeren Situationen wird die Aufnahme schnell aufwändiger, da deren Aufnahme von vielen objektiven und subjektiven Faktoren abhängig ist.

Abbaustoß

LupeAbb. 5
Arbeitspuren an einem Abbaustoß, Dippoldiswalde, Glashütter Straße (Heide Hönig, LfA)

Laserscanner

LupeAbb. 6
Terrestrischer Laserscanner der Firma RIEGL im Einsatz, Dippoldiswalde, Altenberger Straße (Thomas Linsener, LfA)

Als Alternative zur tachymetrischen Aufnahme bietet sich hier der terrestrische Laserscanner LMS Z 420i der Firma Riegl, der im Landesamt für Archäologie zur Verfügung steht, an [RIEGL, Datasheet LMS Z 420i, 2010]. Durch das vollständige Scannen der Oberfläche wird eine objektive Aufnahme gewährleistet, so dass die generierten Daten im Innendienst analysiert werden können. Der Scanner tastet die Objektoberfläche von verschiedenen Standpunkten in einem vorher definierten Raster um 360° mit einem durch Spiegel gelenkten Laser ab.

Die daraus resultierenden Punktwolken werden kombiniert, ein erster Eindruck des Objektes entsteht. Die Vermaschung der einzelnen Punkte jeder Punktwolke lässt dann ein digitales Oberflächenmodell (DOM) entstehen. Die zusätzliche Aufnahme von Digitalbildern, durch eine auf den Scanner montierte Digitalkamera, ermöglicht die farbgetreue Kolorierung des entstandenen Oberflächenmodells, dass damit nahezu realistisch dargestellt werden kann.

Haspelkammer 2

LupeAbb. 7a + 7b:
Originalbefund (links) und texturiertes Oberflächenmodell einer Haspelkammer (rechts), Dippoldiswalde, Pension Göhler (Fanet Göttlich, LfA)

Das Scannergewicht von 16 kg sowie die umfangreiche und teils sperrige Ausrüstung erschweren den Einsatz unter Tage. Ein Mindestmessabstand zum Objekt von 1,50 Metern sowie die Größe des Scanners machen die Messung in engen und kleinen Gruben nahezu unmöglich. Zudem muss mit einer Auswertezeit der Rohdaten zum texturierten DOM von dem fünf- bis zehnfachen der Aufnahmezeit gerechnet werden. Der Einsatz des Scanners ist daher stets abzuwägen, ist aber besonders bei der Aufnahme von herausragenden Objektstrukturen stets gerechtfertigt, da deren DOMs neben der erforderlichen deutlich intensiveren wissenschaftlichen Auswertung besonders gut für Präsentationen geeignet sind.

Die oben beschriebenen Nachteile des Scanners führten beim Landesamt für Archäologie zu einer Recherche nach alternativen zeit- und platzsparenden sowie kostengünstigeren Aufnahmemethoden, die jedoch eine annähernd vergleichbare Qualität erbringen sollten.

Die Methode "Structure from Motion" (SfM) scheint zumindest einige dieser Kriterien zu erfüllen. SfM macht sich die Algorithmen der Stereofotogrammetrie zu nutze und ermöglicht es, aus frei aus der Hand aufgenommenen Digitalbildern dreidimensionale Punktwolken zu berechnen.

Ausrüstung

Abb. 8
Notwendige Ausrüstung für "Structure from Motion"-Anwendungen (Fanet Göttlich, LfA)

Punktwolke

LupeAbb. 9
Dichte Punktwolke als Ergebnis aus der Berechnung einer Bildgruppe, Dippoldiswalde, Glashütter Straße, Querschlag im Schachtstoß (Fanet Göttlich, LfA)
(Maßstab siehe vergrößerte Darstellung)

Erste Aufnahmen und Berechnungen bestätigen die Anwendbarkeit für Objekte unter Tage. Allerdings sind auch bei dieser Methode einige Hindernisse zu überwinden. So müssen die Objekte ohne starke Schlagschatten und gleichmäßig beleuchtet werden. Zudem muss jeder Bereich des Objektes von mindestens zwei Standpunkten aufgenommen werden und für die Georeferenzierung des Objektes müssen mindestens zwei, besser drei, Passpunkte durch die Bilder mit aufgenommen werden. Diese werden anschließend mit dem Tachymeter bestimmt.

Das Verfahren SfM kann nach den ersten Ergebnissen zu urteilen, eine gute Ergänzung zum Laserscan sein. Die weiteren Dokumentationsarbeiten mit dieser Technologie werden über die Anwendbarkeit in der Montanarchäologie weiter Aufschluss geben.

Dokumentation der Funde

Haspel

LupeAbb. 10
Teile einer mittelalterlichen Haspel in Originallage, Dippoldiswalde, Busbahnhof (Yves Hoffmann, LfA)

In beiden Bergwerken haben wir zahlreiche, sehr gut erhaltene und teilweise in situ (d.h. noch an Ort und Stelle verbliebene) Holzfunde vorgefunden.

Diese Hölzer liefern wichtige, weil bislang einzigartige Informationen über den mittelalterlichen Bergbau in Sachsen und darüber hinaus auch für Deutschland und Europa. Diese gilt es durch geeignete Dokumentationsmethoden darzustellen und für die Forschung nutzbar zu gestalten. Ein wichtiger Aspekt der Methodenevaluierung ist daher, den Zeitaufwand bei der Dokumentation unter Tage möglichst gering zu halten, um die parallel laufenden Bergsicherungsarbeiten nicht unnötig zu verzögern.

Zunächst wurden in situ-Befunde auf einer maßstäblichen Skizze gezeichnet, so dass eine Rekonstruktion des Befundes in einem Gesamtkomplex nachvollzogen werden kann. Dieser Schritt erwies sich sehr schnell als zu zeitintensiv, so dass im Weiteren auch die Hölzer mit dem Tachymeter eingemessen wurden. Um die Hölzer später exakt zuordnen zu können, wird für jedes Holz eine Fundnummer vergeben und diese in der Vermessung vermerkt. Um die exakte Lage des Holzes nachvollziehen zu können, werden zusätzlich Stecknadeln als Passpunkte in die Hölzer gesteckt, die dann ebenfalls mit eingemessen werden.

Da insbesondere die Restaurierung organischer Materialien, hier vor allem die Holzfunde, einen hohen Konservierungsaufwand verbunden mit deren teilweise jahrelanger Lagerung in einer Zucker-/Wasserausstauschlösung erfordert, wurde hierfür nach einer Dokumentationsmethode gesucht, die eine zeitnahe und umfassende wissenschaftliche Bearbeitung der Funde ermöglichen sollte. Dafür wird der Nahbereichsobjektscanner VI 910 der Firma Konica Minolta des Landesamtes für Archäologie eingesetzt [KONICA MINOLTA, Datasheet VI 910, 2010].

Steigbaum

LupeAbb. 12:
Steigbaum aus einem Schacht in Niederpöbel, generiertes Oberflächenmodell aus den Scandaten des Konica Minolta VI 910 (Thomas Reuter, LfA)

Damit können die noch fundfrischen und gereinigten Hölzer mit einer Auflösung der Oberfläche von unter 1 mm aufgenommen werden und über die Stecknadelköpfe ihrem Bezugssystem wieder zugeordnet werden und ermöglichen eine vollständige Rekonstruktion des in situ - Befundes.

Es werden nicht alle Hölzer auf diese Weise dokumentiert, sondern nur die in situ aufgefundenen und besonders aussagekräftige mit bspw. besonderen Bearbeitungsspuren. Die Funde werden mit einem Weitwinkelobjektiv und einer Auflösung von 0.6mm gescannt. Je Scan werden damit theoretisch etwas über 300 000 Punkte erzeugt. Der Aufwand pro zu scannendes Holz liegt mit mindestens 10 bis 40 Aufnahmen sehr hoch [REUTER, 2009, S. 13]. Dieser Aufwand lohnt sich allerdings im Vergleich zur händischen Zeichnung, da eine wesentlich detailliertere, objektivere und dreidimensionale Darstellung von Oberfläche und Struktur des Fundes gegeben ist. Zudem können die Funde bereits am Rechner analytisch bearbeitetet sowie für mögliche Präsentationen aufbereitet werden, während der eigentliche Holzfund für lange Zeit in den Konservierungsbecken verschwindet.

Der montanarchäologische Dokumentationsanspruch unter Tage unterscheidet sich deutlich von dem einer typischen obertägigen Ausgrabung. Für die bergbauspezifischen Befunde und Funde mussten zunächst neue systematisierte Beschreibungsformulare entwickelt werden, mithilfe derer sämtliche Strukturen wie Abbaue, Strecken oder Schächte separat beschrieben werden können. Auch die Hölzer werden, nach der Bergung und Reinigung, Stück für Stück unter der jeweiligen Fundnummer beschrieben und fotografiert. Anschließend werden diese Hölzer für die dendrochronologische Analyse und Holzartbestimmung beprobt. Bis zum Sommer 2012 wurden allein in den Dippoldiswalder Silbergruben etwa 1500 Holzfunde geborgen, dokumentiert, beprobt und teilweise konserviert.

Von enormer Wichtigkeit für die Vollständigkeit der Datengenerierung ist ein ständiger Erfahrungs- und Informationsaustausch sowie organisatorische Absprachen mit den Mitarbeitern der vor Ort tätigen Bergsicherungsfirmen und des Sächsischen Oberbergamtes Freiberg. So können alle wesentlichen und notwendigen Aufnahmen und Bergungen abgesprochen und die Aufwältigungs- und Verwahrarbeiten in einem vertretbaren Maß aufgehalten werden. Sehr erfolgreich wird diese Zusammenarbeit mit den beiden genannten Einrichtungen auf den Sanierungsbaustellen der beiden Bergwerke von Dippoldiswalde und Niederpöbel praktiziert.

Methoden über Tage

Bevor eine Prospektion von Bergbauspuren im Gelände erfolgt, werden zunächst die zur Verfügung stehenden Quellen und Untersuchungsmethoden genutzt, die nach Möglichkeit digital überlagert und verschnitten werden. Zu solchen Quellen gehören historische Karten und Urkunden, Risswerke, geologische Karten und sonstige Planunterlagen sowie seit einigen Jahren auch digitale Geländemodelle. Diese Modelle werden aus Airborne-Laserscan-Daten (ALS) generiert, die dem Landesamt für Archäologie vom Staatsbetrieb Geoinformation und Vermessung Sachsen zur Verfügung gestellt werden. Die überhöhte Darstellung der Geländeoberfläche lässt ungewöhnliche Geländeanomalien (bspw. Pingen, Halden) erkennen.

Bergbausiedlung

LupeAbb. 13
Airborne-Laserscan-Daten - Detailausschnitt der Bergbausiedlung Wüste Bergstadt Bleiberg
auf dem Treppenhauer (© Staatsbetrieb Geoinformation und Vermessung Sachsen,
Bearbeitung LfA)

Abbildung 13 zeigt einen ALS-Detailausschnitt der Bergbausiedlung Wüste Bergstadt Bleiberg auf dem Treppenhauer mit den sich stark vom umgebenden Gelände abgrenzenden Pingenzügen und Halden des Gebietes. Auch der Einsatz geophysikalischer Untersuchungsmethoden hat sich beim Aufspüren obertägiger Bergbauspuren bewährt. Insbesondere bauliche und metallische Strukturen sowie Wasser führende Schichten zeichnen sich gut ab. Kombiniert man die eben beschriebenen referenzierten Quellen digital, entsteht ein Dokument, das vielfältige Informationsmöglichkeiten bietet und ein heute nicht mehr vorhandenes Bergbaurevier virtuell wieder entstehen lassen kann. Abbildung 14 zeigt ein Beispiel aus dem Gebiet um Eibenstock im Erzgebirge, in der die Ergebnisse der analysierten Quellen verschnitten wurden. Anhand dieser Informationen werden die so kartierten Objekte im Gelände begutachtet und eingeordnet.

Quellenverschneidung

LupeAbb. 14
Ergebnis der Quellenverschneidung des Gebietes um Eibenstock im Erzgebirge (Ronald Heynowski, LfA)

Ausblick

Die Vielzahl der vorgestellten Dokumentations- und Auswertungsmethoden gilt es in Zukunft in der Montanarchäologie noch gezielter einzusetzen. Jede Befund- und Fundsituation muss in Bezug auf die effektivste Dokumentationsweise geprüft, die Ergebnisse sorgfältig und sinnvoll gegeneinander abgewogen oder miteinander verknüpft werden. Die Umsetzung und Weiterentwicklung der Methoden ist eines der Ziele des von der Europäischen Union geförderten Ziel 3-Projektes: "ArchaeoMontan - Mittelalterlicher Bergbau in Sachsen und Böhmen". Seit März 2012 arbeiten deutsche und tschechische Kultur- und Naturwissenschaftler, Ingenieure und Techniker gemeinsam an der Erkundung, Erfassung und Erforschung der montanarchäologischen Relikte des Mittelalters im sächsisch-böhmischen Erzgebirge. Die Projektergebnisse werden Ende 2014 im Rahmen der dritten internationalen Fachtagung " ArchaeoMontan 2014" vorgestellt sowie in der gleichzeitig stattfindenden Wanderausstellung jeweils in Dippoldiswalde präsentiert.

Literatur

GÖTTLICH, Fanet; HEMKER, Christiane: Arbeits- und Forschungsberichte zur sächsischen Bodendenkmalpflege, Beiheft 24, Ausgrabungen in Sachsen 3, Der Altbergbau von Niederpöbel. Erste Ergebnisse der montanarchäologischen Untersuchungen. Dresden, 2012, S. 155-160

HOFFMANN, Yves: Arbeits- und Forschungsberichte zur sächsischen Bodendenkmalpflege, Beiheft 22, Aufbruch unter Tage, Die Geschichte von Dippoldiswalde bis zum Beginn des 15. Jahrhunderts, Dresden, 2011, S. 95-104

KONICA MINOLTA, technische Daten des VI 910 auf http://www.konicaminolta.eu/de/messinstrumente/produkte/3d-messtechnik/beruehrungsloser-3d-scanner/vi-910/technische-daten.html, 29.10.2010

REUTER, Thomas: Informationen aus virtuellen Welten : 3D-Laserscanning und Funddokumentation am Landesamt für Archäologie, Dresden. In: Vorstand des vfm, in Zusammenarbeit mit der Fachgruppe Medien im Schweizerischen SVD: Info 7 24 (2009), Nr. 2, S. 13-17, LIT Verlag Münster

RIEGL, Datasheet des LMS Z420i auf http://www.riegl.co.at/nc/products/terrestrial-scanning/produktdetail/product/scanner/4/, 29.10.2010

SCHWABENICKY, Wolfgang: Der mittelalterliche Silberbergbau im Erzgebirgsvorland und im westlichen Erzgebirge unter besonderer Berücksichtigung der Ausgrabungen in der wüsten Bergstadt Bleiberg bei Frankenberg, Chemnitz, 2009