Charakterisierung terpenhaltiger Pflanzenharze, Holzteer und Peche in der Kulturgutwissenschaft: analytische Methoden und Anwendungen

Klebrige Gaben der Bäume

Von steinzeitlichen Werkzeugmachern über Wikinger-Schiffsbauer bis hin zu modernen Restauratorinnen und Restauratoren haben Menschen lange auf die klebrigen Substanzen vertraut, die aus Bäumen sickern oder durch Erhitzen von Holz entstehen. Diese Harze, Teere und Peche haben Klingen an Griffen befestigt, Boote wasserdicht gemacht, Musikinstrumente überzogen und sogar Mumien konserviert. Dieser Beitrag untersucht, woraus diese Materialien bestehen, wie sie historisch verwendet wurden und wie heutige Wissenschaftler ihre chemischen Fingerabdrücke entschlüsseln, um verlorene Techniken zu rekonstruieren — und um Anregungen für umweltfreundlichere Materialien der Zukunft zu liefern.

Vom Lagerfeuer zu Kathedralen

Pflanzenharze und Holzteere bilden einen technologischen Faden, der mindestens 200.000 Jahre zurückreicht. Frühe Menschen erhitzten Birkenrinde und stellten so eines der ersten bekannten synthetischen Materialien her: einen Teer, mit dem Steinwerkzeuge an Holzgriffen geleimt wurden und der möglicherweise auch Insekten abwehrte. Später verfeinerten Menschen im Mittelmeerraum und in Nordeuropa Techniken zur Herstellung von Teer aus Kiefer und anderen Hölzern; sie nutzten ihn, um Behälter abzudichten, Holzgebäude zu schützen und Schiffe zu verfugen. In römischer Zeit wurden Amphoren und Schiffsrümpfe mit Kiefernharz ausgekleidet; im mittelalterlichen Skandinavien hielt Teer Stabkirchen und Langschiffe trocken. Harze verschiedener Bäume dufteten auch Tempel als Weihrauch, überzogen Kunstwerke als Lack und dienten in Medizin und Kaugummi.

Was diese Baumstoffe besonders macht

Harze sind komplexe natürliche Gemische, aufgebaut aus einer großen Familie von Pflanzenmolekülen, den Terpenen. Einige verdampfen leicht und verleihen Harzen ihren starken Duft und ihre Fließfähigkeit. Andere sind größer und weniger flüchtig und härten mit der Zeit zu zähen, glasigen Feststoffen aus. Der Beitrag unterscheidet zwei breite Gruppen: diterpenoide Harze, die bei Nadelbäumen wie Kiefer und Tanne verbreitet sind, und triterpenoide Harze, typisch für viele Laubbäume, deren Produkte Weihrauch, Myrrhe, Mastix, Dammar und historische Kopale umfassen. Wenn Menschen harzhaltiges Holz erhitzen, um Teer oder Pech herzustellen, werden diese Moleküle aufgebrochen und umgebaut; sie werden aromatischer, dunkler und stabiler. Jede Pflanzenfamilie — und jede Verarbeitungsmethode — hinterlässt eine charakteristische Mischung langlebiger Verbindungen, die Jahrtausende überdauern kann.

Chemische Fingerabdrücke der Vergangenheit lesen

Die in einem winzigen Teerkrümel verborgene Geschichte zu entschlüsseln, ist anspruchsvoll. Die Probe ist meist sehr klein, mit Mineralien, Wachsen, Fetten oder Ölen vermischt und durch Hitze, Sauerstoff, Mikroben und Zeit verändert. Wissenschaftler suchen daher nach robusten „molekularen Markern“: spezifischen Verbindungen oder Stoffgruppen, die auf eine bestimmte Pflanzenquelle oder Behandlung hinweisen. Beispielsweise signalisieren bestimmte Abietanderivate erhitztes Kiefernharz; andere Marker heben Birkenrindenteer oder triterpenoide Harze wie Mastix oder Weihrauch hervor. Durch den Vergleich dieser Marker mit gut dokumentierten Referenzmaterialien können Forschende feststellen, ob eine schwarze Beschichtung von Kiefernholz, Birkenrinde oder einer Mischung mit Bienenwachs oder Fetten stammt und ob sie behutsam erwärmt oder stark verkohlt in einem Ofen hergestellt wurde.

Instrumente, um das Unsichtbare sichtbar zu machen

Die Übersicht stellt ein Instrumentarium vor, mit dem Harze, Teere und Peche untersucht werden. Vibrationsspektroskopien wie Infrarot und Raman lassen sich oft vor Ort anwenden: Sie beleuchten ein Objekt und zeigen die wichtigsten funktionellen Gruppen sowie die Unterscheidung breiter Klassen wie diterpenoide versus triterpenoide Harze oder frisches gegenüber stark gealtertem Material. Gas- und Flüssigchromatographie kombiniert mit Massenspektrometrie liefern wesentlich feinere Details, trennen komplexe Gemische und bestimmen einzelne Moleküle, um präzise Marker und Oxidationsprodukte zu identifizieren. Thermische Analysen verfolgen, wie ein Material beim Erwärmen Masse verliert oder Wärme aufnimmt und offenbaren Glasübergänge, Zersetzungsschritte und Wechselwirkungen mit Zusatzstoffen wie Bienenwachs oder Pigmenten. Kernspinresonanz bietet strukturelle Einblicke, während neuere Methoden zur Analyse antiker DNA manchmal die Baumart identifizieren können und sogar menschliche und mikrobielle DNA aus gekauten Mastixen nachweisen.

Warum das heute wichtig ist

Das Verständnis dieser uralten klebrigen Substanzen löst mehr als nur archäologische Rätsel. Durch die Rekonstruktion historischer Rezepturen und Verarbeitungsverfahren erkennen Wissenschaftler, wie Handwerker Harze bewusst mit Wachsen, Ölen und Fetten mischten, um Festigkeit, Klebrigkeit und Widerstand gegen Wasser oder Licht zu steuern. Dieses Wissen hilft Restauratoren, kompatible Materialien für die Konservierung von Kunstwerken und historischen Bauten zu wählen, und informiert Bemühungen, moderne, biobasierte Beschichtungen und Klebstoffe zu entwickeln, die erdölbasierte Produkte ersetzen könnten. Der Beitrag schließt mit der Feststellung, dass kein einzelner Test solche komplexen, zeitgealterten Materialien vollständig beschreiben kann; stattdessen ist eine sorgfältig ausgewählte Kombination von Techniken, gestützt durch gute Referenzsammlungen und intelligente Datenanalyse, nötig, um Chemie, Geschichte und Konservierung zu verbinden — und die Lehren aus Harzen, Teeren und Pechen für eine nachhaltigere Zukunft nutzbar zu machen.

Zitation: Łucejko, J.J., Bertelli, I., Costa, R. et al. Characterising terpenic plant resins, wood tars and pitches in heritage science: analytical methods and applications. npj Herit. Sci. 14, 162 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02426-6

Schlüsselwörter: Pflanzenharze, Holzteer, archäologische Klebstoffe, Kulturgutwissenschaft, analytische Chemie