Der Einfluss der Temperatur auf die Entwicklung von Oberflächenschäden an petroglyphentragenden Felsen mit schwarzer Kruste

Warum alte Felskunst abblättert

In den Wüsten weltweit haben Menschen vor Tausenden von Jahren Bilder von Tieren, Menschen und Symbolen in blanken Fels gemeißelt. Heute verschwinden viele dieser Petroglyphen stillschweigend, weil dünne Gesteinsschalen aufblähen und abplatzen und die eingeritzten Motive mit sich reißen. Diese Studie untersucht einen bekannten Fundort in Nordwest-China näher, um eine zunächst einfache Frage zu beantworten: Warum löst sich die Gesteinshaut, die die Kunst trägt, und welche Rolle spielt die Temperatur dabei?

Eine fragile Haut auf Wüstenstein

Die Forschenden konzentrieren sich auf die Damaidi-Petroglyphen in Ningxia, einer trockenen Region, in der mehr als 800 eingeritzte Felsplatten auf windgepeitschten Rücken freiliegen. Die Meißelflächen sind mit einer dünnen, dunklen „Schwarzkruste“ überzogen, die die Motive hervorhebt, aber offenbar besonders anfällig für Schäden ist. Felduntersuchungen zeigten, dass dort, wo die Kruste in Blasen (sogenanntes Blistern) auftritt und dann abblättert (Scaling), die Bilder oft verloren gehen. Wenn Schollen abfallen, legen sie einen schmalen Streifen geschwächten Gesteins direkt unter der Kruste frei, der auf stärkerem, solidem Sandstein liegt. Diese Schichtstruktur – harte dunkle Kruste, weiche schwache Zwischenschicht, harter Grundfelsen – ist entscheidend, um zu verstehen, wie Temperatur das Gestein angreift.

Sonne, Regen und Ausrichtung des Felsens

Das Team überwachte monatelang die Temperaturen an und im Gestein, indem es Sensoren in verschiedenen Tiefen einbohrte und thermische Infrarotkameras einsetzte, um verborgene Blasen zu finden. Sie stellten fest, dass die obersten 10 Zentimeter des Gesteins starke tägliche Temperaturschwankungen erleben, mit steilem Anstieg unter der Mittagssonne und Abkühlung in der Nacht. Felsflächen, die ungefähr nach Süden zeigen (etwa 180 Grad an diesem Ort auf der Nordhalbkugel), erhielten die längste und intensivste Sonneneinstrahlung. Diese sonnenzugewandten Tafeln wiesen die höchsten Raten an Blistern und Abplatzungen auf, was die Schäden stark mit der solaren Erwärmung verknüpft. Plötzlicher Regen auf aufgeheiztem Gestein fügte eine zweite Stressart hinzu: rasche Abkühlung an der Oberfläche, viel schneller als das Innere des Gesteins folgen konnte.

Messungen des Verhaltens der Gesteinsschichten

Um zu verstehen, warum sich die verkrustete Oberfläche anders verhält als das darunter liegende Gestein, entnahmen die Wissenschaftler kleine Stücke der Schwarzkruste, der schwachen Zwischenschicht und des intakten Grundfelsens aus Bereichen in der Nähe, aber nicht auf den Ritzungen. Im Labor maßen sie, wie schnell Schallwellen durch jedes Material laufen (ein Indikator für Steifigkeit und Rissigkeit), wie gut jede Schicht Wärme leitet und wie stark sie sich bei Erwärmung ausdehnt. Der frische Sandstein in der Tiefe war steif, leitete Wärme gut und dehnte sich relativ stark aus. Die Schwarzkruste war ebenfalls relativ steif und dehnfähig, jedoch weniger wärmeleitfähig. Die schwache Zwischenschicht, die dazwischenliegt, war weicher, leitete Wärme schlecht und dehnte sich am wenigsten. In einfachen Worten: Die Gesteinsoberfläche ist aufgebaut wie eine harte Schale, die auf einem weichen, anfälligeren Band sitzt, das wiederum auf einem harten Kern ruht.

Simulation der Beanspruchung im Gestein

Mithilfe dieser Messwerte bauten die Forschenden Computermodelle eines Gesteinsblocks, der Schwarzkruste, schwache Zwischenschicht und starken Grundfelsen enthielt. Sie setzten dann zwei Arten von Temperaturänderungen an: langsames, tägliches Erwärmen und Abkühlen sowie abruptes Abkühlen wie bei einem Sommergewitter, das auf heißen Stein trifft. In den Simulationen erzeugten Alltagszyklen mäßige Spannungen, aber konsistente, ungleichmäßige Dehnungs- und Schrumpfmuster an den Grenzflächen zwischen den Schichten. Plötzliches Abkühlen verursachte deutlich stärkere Spannungen und scharfe Sprünge in der Dehnung über die schwache Zwischenschicht hinweg. Diese Sprünge konzentrierten sich innerhalb des weichen Bands und begünstigten Rissbildungen parallel zur Oberfläche. Je nach Temperaturverlauf konnte sich die erste Ablösung entweder zwischen Kruste und Zwischenschicht oder zwischen Zwischenschicht und tieferem Grundfelsen ereignen – ein Befund, der den Feldbeobachtungen dünner Krustenschollen gegenüber dicker abhebender Platten entspricht.

Was das für den Schutz von Felskunst bedeutet

Die Studie zeigt, dass petroglyphentragende Felsen nicht zufällig versagen; ihre Schichtstruktur zusammen mit starker Sonneneinstrahlung und gelegentlicher rascher Abkühlung treibt aktiv Blistern und Abplatzen voran. Weil die äußere Kruste und der innere Grundfelsen sich stärker ausdehnen und zusammenziehen als das weichere Mittelband, zerren thermische Spannungen wiederholt an der schwachen Zwischenschicht, bis sich Risse ausbreiten und Oberflächenschollen abfallen. Das bedeutet, dass Konservierungsmaßnahmen darauf abzielen sollten, extreme Temperaturschocks zu reduzieren – insbesondere direkte intensive Sonneneinstrahlung und plötzlichen Regen auf überhitzten Flächen – etwa durch Beschattungsstrukturen oder gesteuertes Wasser-Management. Darüber hinaus hilft die Arbeit, ähnliches Abblättern und Abplatzen an anderen Wüstenfelsen weltweit zu erklären und liefert ein klareres Bild davon, wie Klima und Gesteinsstruktur gemeinsam unwiederbringliche antike Kunst bedrohen.

Zitation: Wu, C., Liu, C., Wang, J. et al. The effect of temperature on the development of surface deterioration on the petroglyph-bearing rocks with black crust. npj Herit. Sci. 14, 173 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02447-1

Schlüsselwörter: Erhaltung von Felsbildern, Gesteinsverwitterung, thermische Beanspruchung, Wüsten-Felskunst, Steinkonservierung