Konservierung sulfidisierter Fossilien – zwei Methoden im Vergleich
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- Kategorie: Tips und Tricks
- Veröffentlicht: Donnerstag, 30. März 2006 13:58
- Geschrieben von Uwe Buschschlüter bzw. Marc Barlage und Ruth Lobbe
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Den nachfolgenden Bericht über die Konservierung sulfidisierter Fossilien, darf ich mit freundlicher Genehmigung der beiden Autoren Marc Barlage und Ruth Lobbe (beides Geowissenschaftliche Präparatoren) hier veröffentlichen.
Konservierung sulfidisierter Fossilien – zwei Methoden im Vergleich
Einleitung
Der Zerfall sulfidisierter Fossilien, vor allem in toniger, bitumöser oder kalkiger Matrix, ist ein allgemeines Problem in paläontologischen Sammlungen. Die Oxidationsprodukte der Mineralien Pyrit und Markasit können Fossilien in wenigen Wochen vollständig zerstören.
Im Geologisch-Paläontologischen Institut der Universität Münster ist ein Schwerpunkt der Paläontologie die Erforschung von Goniatiten. Daher hat die Universität Münster eine große Sammlung von zum Teil sehr stark befallenen Ammonoideen, die auf die beiden folgenden Weisen vor dem vollständigen Zerfall geschützt werden.
Dies ist zum Ersten das Baden der Fossilien mit einer Ethanolaminthioglycollat-Lösung, einem Produkt welches ursprünglich aus der Kosmetikindustrie stammt und bei Haarfestigern Verwendung findet, und zum Zweiten die Begasung der Fossilien mit Ammoniak, einem Verfahren, das auch von Restauratoren bei der Konservierung von Papier zum Einsatz kommt.
Die Präparationswerkstatt der Universität Münster als betrieblicher Ausbildungsort für geowissenschaftliche Präparatoren verlangt von den Anlernlingen mehrwöchige Praktika in anderen Werkstätten. Hierdurch werden natürlich auch die dadurch gewonnenen Anregungen mit in die hiesige Präparation gebracht und gegebenenfalls übernommen. So ist es auch mit der Ammoniakbegasung, die als Ergänzung zu der Ethanolaminthioglycollat-Konservierung aus London mit nach Münster gebracht wurde. Durch den so entstandenen persönlichen Kontakt zu Cornish und Doyle, die mit beiden Methoden seit vielen Jahren arbeiten, herrschte im Vorfeld reger E-Mail-Kontakt. Die hierbei gewonnenen Informationen fließen zum Teil mit in den Artikel ein.
Die Problematik
Konservieren mit Ethanolaminthioglycollat
Ethanolaminthioglycollat besitzt folgende Eigenschaften, die bei der Behandlung pyritisierter Fossilien erforderlich sind, um den Zerfallsprozess wirksam stoppen zu können:
- Ethanolamin ist alkalisch und neutralisiert die sauren pyritischen Oxidationsprodukte.
- Thioglycollat reagiert mit Eisenverbindungen (jedoch nicht mit stabilem Pyrit) zu dem in Lösung violettfarbenen Ferrothioglycollat und zeigt so zuverlässig beim Ausbleiben der Verfärbung den Stopp des Zerfalls an.
- Ethanolaminthioglycollat ist in Ethanol leicht löslich.
In Münster wird die Ethanolaminthioglycollat-Konservierung seit 2002 erfolgreich bei Ammonoideen angewandt. Die Präparatoren des Natural History Museum (London) arbeiten mit dieser Methode seit über 20 Jahren. Die auf diese Weise behandelten Fossilien zeigen bis heute keine weiteren Zerfallserscheinungen (persönliche Mitteilung Doyle 2005). Wichtig hierbei ist allerdings eine konsequente Beachtung der relativen Luftfeuchtigkeit bei der späteren Lagerung der Objekte. Sie sollte im Idealfall unter 30% liegen (vgl. Doyle, 2003).
Um den Zerfallsprozess wirksam zu stoppen, müssen die Objekte in einem Ethanolaminthioglycollat (3-5%)–Ethanolgemisch für ein bis maximal vier Stunden gebadet werden. Bei einem längeren Bad, insbesondere dann, wenn das Lösemittel Alkohol verfliegt, kann Ferrothioglycollat ausfallen und sich der Niederschlag auf den Fossilien nahezu unlöslich festsetzen. Nasse oder feuchte Objekte können zuvor in getrocknetem Alkohol gewaschen werden, um das Wasser aus den Poren zu verdrängen. Die Lösung verfärbt sich von farblos bis, je nach Menge der Lösung und Stärke des Befalls, hell rosa bis schwarzviolett (Abb. 1).
Diese Farbveränderung zeigt an, ob der Prozess wiederholt werden muss. Bleibt die Lösung farblos, ist der Zerfall des Fossils gestoppt. Anschließend müssen die Fossilien noch einige Stunden in getrocknetem Ethanol gewaschen werden, um auch den restlichen Wasseranteil der zuvor benutzten Lösung aus den Poren des Objekts zu verdrängen und ein erneutes Einsetzen des autokatalytischen Zerfalls von Markasit zu verhindern. Die hier behandelten Ammonoideen werden noch kurz in einer 10%igen Paraloid B67-Aceton-Lösung gebadet, um sie vor Luftfeuchtigkeit und Sauerstoff geschützt aufbewahren zu können. Das weniger gesundheitsgefährdende Lösemittel Ethanol eignet sich bei Paraloid B67 im Gegensatz zu den Angaben in älteren Katalogen der Firma Kremer-Pigmente nicht, da es als milchig weißer Film auf den zu versiegelnden Objekten aushärtet. Paraloid B67 ist gegen Wasser beständig und die Oberfläche ist im Gegensatz zu vielen anderen Lacken oder Kunstharzen hydrophob. Auf diese Weise versiegelt, erhalten die Fossilien, sofern sie nicht ohnehin vor und nach der Konservierung metallisch glänzten, einen schönen Glanz.
Die Gefäße, in denen die Fossilien gebadet werden, müssen so groß sein, dass sie nicht die Wände berühren, und der Flüssigkeitsspiegel sollte mehrere Zentimeter über den Fossilien liegen, um ein möglichst vollständiges und allseitiges Eindringen von Ethanolaminthioglycollat zu gewährleisten, und um einen zu raschen Verbrauch der Lösung auszuschließen. In Münster werden Glasröhrchen verwendet, da so die Verfärbung der Lösung und der Zustand der Fossilien gut beobachtet werden kann.
Der enorme Lösemittelverbrauch setzt eine Grenze bei der Größe der sinnvoll mit dieser Methode zu behandelnden Objekte. Die hier behandelten Ammonoideen haben alle einen Durchmesser unter 3 cm. Demzufolge sind die Durchmesser der verwendeten Glasröhrchen zwischen einem und drei Zentimeter. Bei einigen Ammonoideen ist der Zerfall nach wenigen Bädern gestoppt, bei anderen muss der Prozess bis zu über 20 Mal wiederholt werden. Es besteht dann allerdings die Gefahr, dass das Fossil durch die aggressive Behandlung mit der Ethanolaminthioglycollat-Lösung auseinander fällt. Folglich bedarf es noch einer weiteren, schonenderen Methode der Konservierung. Cornish & Doyle (1984) beschreiben neben der Verwendung von Ethanolaminthioglycollat als Flüssigkeit ein Verfahren, dieses Mittel als Paste zu verwenden. Allerdings dringt Ethanolaminthioglycollat auf diese Weise nicht in das Fossil ein und es ist folglich nur eine oberflächliche, nicht zwingend ausreichende Behandlung möglich. Aus diesem Grund wird dieses Verfahren hier nicht angewandt. Eine vollständige deutsche Übersetzung des Artikels von Cornish & Doyle (1984) liegt als Gebrauchsanweisung dem Ethanolaminthioglycollat von der Firma Krantz bei.
Konservieren mit Ammoniak und PEG
Gasförmiger Ammoniak dringt tief durch feine Risse in die zu behandelnden Fossilien ein und neutralisiert so die Schweflige Säure. Kombiniert mit einer passenden Umgebungstemperatur bei der Lagerung und vor allem einer kontrollierten Luftfeuchtigkeit wird der Pyrit-Markasit-Zerfall um einige Jahrzehnte verlangsamt (vgl. Doyle, 2003).
Der Vorteil dieser Technik gegenüber der mit Ethanolaminthioglycollat-Bearbeitung besteht vor allem darin, dass auch sehr fragile Fossilien ohne weitere Schäden behandelt werden können. Auch größere Objekte sind mit dieser Methode gut zu konservieren, da der Verbrauch im Vergleich wesentlich geringer ist (Abb. 2a, b).
Abb. 2a
Abb. 2b
Zur Behandlung sind folgende Chemikalien vonnöten.
- Ammoniak 35%
- Polyethylenglykol (PEG) 400
- Eisen-(II)-Sulfat
- Quarzstaub
Dabei hält PEG 400 die relative Luftfeuchtigkeit auf 50%, damit Kondensationsniederschlag von gesättigtem Ammoniak vermieden wird.
Dies ist eine entscheidende Ergänzung zur herkömmlichen Ammoniakbedampfung, bei der die Fossilien in einem geschlossenen System mittels konzentriertem Ammoniak in einer gesättigten Atmosphäre verweilen.
Das Eisen-(II)-Sulfat, das mit Quarzstaub im Verhältnis 1:1 gemischt wird, dient als Indikator.
Es zeigt an, wie weit die Fossilien begast wurden. Ammoniak zieht in das Fossil ein, wobei der Fortschritt anhand des Indikators abgelesen werden kann.
Für anfängliche Tests wurden jeweils drei Goniatiten in einem kleinen Plastikbehälter bearbeitet. Hierfür bietet der Fachhandel zwar Spezialboxen an, man kann diese aber auch selbst anfertigen. Die Ergebnisse dieser Tests entsprachen den Erwartungen. Optisch lassen sich nach abgeschlossener Konservierung keine Unterschiede zu den Fossilien, die mit Ethanolaminthioglycollat behandelt wurden, erkennen. Für die Konservierung in einem größeren Maßstab wird ein Aquarium luftdicht verschlossen (Abb. 3).
Abb. 3
Die Goniatiten werden in kleinen Plastikdosen aus Polystyrol, das gegen Laugen und Mineralsäuren beständig ist, auf Schaumstoff liegend aufbewahrt.
Hier zeigt sich ein weiterer Vorteil gegenüber der Ethanolaminthioglycollat-Methode, denn die Ammonoideen müssen nicht entnommen, sondern nur die Döschen geöffnet werden. Somit ist ein aufwendiges Markieren von Konservierungsgefäßen für die einzelnen Goniatiten unnötig, und ein Vertauschen ist ausgeschlossen.
Die Döschen werden auf eigens hergestellte Gitter im Aquarium platziert. Gitter eignen sich besonders, da sich das Gas ungehemmt in der Konservierungsbox verteilen kann und die Fossilien vollständig und von allen Seiten erreicht. Es zieht auch durch den Schaumstoff, so dass die Goniatiten in ihren Döschen verbleiben können. Auch beiliegende beschriftete Etiketten müssen nicht entfernt werden, da diese Methode das Papier nicht angreift. (Auf diese Weise wird übrigens auch von Säurefraß befallenes Papier restauriert.) Eisen-(II)-Sulfat, wird mit Quarzstaub im Verhältnis 1:1 gemischt, in ein Röhrchen mit einem Durchmesser 1,5 cm und einer Höhe von 5 cm gefüllt und halb offen in der Box platziert.
Dann werden eine 35%ige Ammoniak-Lösung und Polyethylenglykol 400 im Verhältnis 1:4 gemischt; bei diesem Mischungsverhältnis sind die Mol-Massen aufeinander abgestimmt. Am Besten eignet sich dafür eine flache Schale, damit die Ammoniak-Lösung gut ausgasen kann. Nach der Vermischung von PEG und Ammoniak, muss die Lösung unverzüglich in das Aquarium gestellt werden, denn das Ausgasen beginnt sofort. Die Konservierungsbox sollte möglichst schnell verschlossen werden. Für das Aquarium mit den Maßen 35 x 30 x 70 cm, wird 320g PEG und 80g Ammoniak verwendet.
Der Indikator wird regelmäßig überprüft. Zieht die Verfärbung des Eisen-(II)-Sulfat-Quarzstaub-Gemisches nicht weiter nach unten, ist der Konservierungsvorgang unterbrochen. Die Fossilien müssen dann unverzüglich entnommen werden, da aufgrund der hohen relativen Luftfeuchtigkeit von 50% ein erneutes Einsetzten des Pyrit-Markasit-Zerfalls möglich ist. Spätestens nach 5 Tagen werden die Fossilien allerdings zur genaueren Begutachtung entnommen. Bei der Verweildauer der Objekte kommt es auf ihre Größe an; bei den in Münster behandelten Ammonoideen hat sich gezeigt, dass eine einmalige Begasung von 4 bis 5 Tagen ausreichte.
Die zum Teil weiß-pulvrigen Eisensulfat-Ausblühungen einiger Ammonoideen verfärben sich zusammen mit dem Indikator ebenso (Abb. 4a, b, c).
Abb. 4a
Abb. 4b
Abb. 4c
Diese Rost-Färbung kann durch ein Sandstrahlgerät mit feinem Strahlpulver bei maximal 2 bar entfernt werden. Abschließend werden die Objekte zum Versiegeln in Paraloid B67 getränkt (Abb. 5).
Abb. 5
Das relativ teure PEG 400 kann man wenige Male wieder verwenden. Es muss hierfür auf 150°C erhitzt werden. Verändert sich die Farbe des PEGs, verändert sich auch der Dampfdruck. Eine relative Luftfeuchtigkeit von 50% beim Konservieren ist nicht mehr gewährleistet und es sollte dann nicht mehr benutzt werden.
Fazit
Die Konservierungsmethoden mit Ethanolaminthyoglycollat und Ammoniakgas, sind zur Behandlung pyritisierter Fossilien geeignet, sie unterscheiden sich in einigen Aspekten allerdings gravierend. Die Wahl der Methode ist abhängig vom Material und von den Vorlieben des Präparators.
Hier seien kurz die Vor- und Nachteile gegenüber gestellt:
Der Indikator Eisen-(II)-Sulfat des Ammoniak-PEG 400-Gemisches zeigt nur die Aktivität des Ammoniakgases an. Der erfolgreiche Stop des Zerfalls ist mit bloßem Auge nicht zwingend erkennbar und somit eine Erfahrungssache des Präparators.
Bei den hier behandelten Ammonoideen erfolgte stichprobenartig die Gegenprobe mit dem Ethanolaminthyoglycollat. Es hat sich gezeigt das für unsere Zwecke eine einmalige Begasung von 4 bis 5 Tagen ausreichte.
Durch die Begasung in beliebig großen Boxen, können größere Fossilien und auch größere Mengen zeitgleich behandelt werden. Aufwendiges Markieren von Probengefäßen entfällt, da die Goniatiten in ihren Döschen verbleiben.
Insgesamt ist diese Methode schonender und besonders für fragile Objekte geeignet. Durch die relativ hohe Luftfeuchtigkeit beim Konservieren können auch Fossilien mit toniger Matrix behandelt werden, die vor vollständiger Austrocknung geschützt werden müssen.
Anmerkung
Literatur
Cornish, L., Doyle, A. (1984): Use of ethanolamine thioglycollate in the conservation of pyritised fossils. Palaeontology 27(2): 421-424.
Doyle, A. (2003): A large scale “Microclimate” enclosure for pyritic specimens. The Geological Curator 7(9): 329-335.
Maus, M., Wuttke, M. (2003): „Pyritkonservierung“ bei Fossilien aus der Fundstelle Bundenbach. – In: Alfred-Wegener-Stiftung (Hrsg.): Terra Nostra 5: 110-111. Berlin: Alfred-Wegener-Stiftung.
