45 Kilometer östlich von Wien, wo Gras und Büsche wachsen, führte vor über 1800 Jahren eine Straße aus der römischen Provinzhauptstadt Carnuntum hinaus zum städtischen Amphitheater. Heute ragen nur noch Reste der Theatermauern aus dem Boden. Ansonsten fällt der Blick in grüne Leere. Ein paar Hecken und Bäume, mehr nicht. Die Besucherin streckt ihr Smartphone in die Höhe – und auf dem Display wächst ein römisches Gebäude empor.
„Augmented reality” nennt sich diese Überlagerung von wirklicher und virtueller Welt. Ein aus Stein errichteter Rundbogen überspannt den Eingang. Im visualisierten Innenhof steht eine Holzarena. Einst übten sich dort Männer im Kampf. Das animierte Gebäude ist eine Gladiatorenschule, ein „Ludus”. Hier lebten und trainierten in der Antike Kämpfer, bis sie im Sand des benachbarten Amphitheaters schließlich ihr Leben aushauchten.
Die Detailtreue der Animation verblüfft – und noch mehr, dass Archäologen die Gladiatorenschule von Carnuntum rekonstruiert haben, ohne zuvor auch nur einen Spatenstich getan zu haben. Stattdessen tuckerte im Sommer 2011 ein kleiner roter Traktor, ausgestattet mit einem Multikanal-Bodenradargerät, in engen Bahnen über das mehr als 11 000 Quadratmeter große Areal. Das Sondengerät schickte Radarwellen durch die Erde, und Antennen fingen jede elektromagnetische Veränderungen im Boden auf. Die Datenmengen, die bei solchen Messungen anfallen, sind riesig. Ein spezielles Visualisierungsprogramm setzt die Werte dann in zwei- und dreidimensionalen Bilder um.
zehn quadratkilometer geheimnis
Vor den Augen von Wolfgang Neubauer, Projektleiter und Direktor des Ludwig Boltzmann Instituts für Archäologische Prospektion und Virtuelle Archäologie, zeichnete sich innerhalb weniger Stunden ein Grundriss auf dem Bildschirm ab. Die Reste einer Fußbodenheizung, Estrichböden, Säulen- und Hausfundamente, Mauerreste und die Holzpfostenspuren der Übungsarena – alles war deutlich zu sehen. Den Ludus auszugraben, scheint sich zu erübrigen. Nach dem großen Erfolg bei der Gladiatorenschule untersucht das Forschungsteam jetzt das übrige Stadtgebiet von Carnuntum. Zehn Quadratkilometer Fläche warten darauf, dass man ihre Geheimnisse lüftet.
Auf Grabungen zu verzichten, wäre auch im Sinne vieler nationaler Denkmalschutzgesetze und des EU-Rechts. Denn die Reste vergangener Kulturen sind im Boden am besten aufgehoben. Nur ausnahmsweise sollte gegraben werden, etwa vor dem Bau von Eisenbahntrassen oder Tiefgaragen. Denn so fachmännisch Archäologen auch vorgehen und so wertvoll die Ergebnisse ihrer Grabungen sind, die Fundzusammenhänge werden unwiederbringlich zerstört.
Mauern, Gräber oder Gruben ohne Verluste sichtbar zu machen, ist die Aufgabe des Ludwig Boltzmann Instituts in Wien. Wolfgang Neubauer und sein Team arbeiten ständig an neuen Fernerkundungsmethoden, Prospektionsverfahren und Visualisierungstechniken. In Europa ist das Forschungsinstitut hier führend. Im vergangenen Winter etwa entdeckten die Wissenschaftler in Südnorwegen eine Häuptlingshalle aus der Wikingerzeit. Dazu hatten die Österreicher einen Bodenradar speziell für den Einsatz in Eis und Schnee entwickelt.
Bevor die Archäologen den Boden mit Radarwellen durchleuchten, tasten sie das Gelände aus der Luft ab. Dabei wenden sie mehrere Methoden gleichzeitig an. Als Erstes fertigen sie von einem Flugzeug aus eine Serie von Luftbildern an. Je nach Jahreszeit und Wetter lassen sich am Pflanzenwuchs in der Erde verborgene Mauern und Gräben erkennen. Dabei gilt die Faustregel: Gras und Getreide wachsen über einer Mauer niedriger und verdorren im Sommer schneller als der übrige Bewuchs. Noch deutlicher zeichnet sich das Mauerwerk ab, wenn das Gelände mit sogenannten Hyperspektralsensoren aufgenommen wird. Denn sie können nicht nur das sichtbare Farbspektrum abbilden, sondern auch den für das menschliche Auge unsichtbaren Infrarot- und Ultraviolettbereich. Feinste Unterschiede in der Bodenfärbung und der Vegetationsdichte lassen sich damit aufspüren. Da die Methode in der Archäologie noch neu ist, weiß keiner genau, welche Informationen die gewonnenen Daten bereithalten.
In der Luft bringen die Forscher zudem Airborne Laserscanner zum Einsatz, auch LiDAR („Light Detection and Ranging”) Scanner genannt. Was so schlicht daherkommt, hat die Archäologie in den vergangenen Jahren revolutioniert. Das Gerät schickt Laserstrahlen nach unten, die von Bäumen, Büschen und vom Erdboden reflektiert werden. Ein Computer misst die Dauer, die der Strahl zurück zum Flugzeug braucht, und errechnet daraus die Länge des zurückgelegten Weges.
Zusammen mit den Daten eines Bord-GPS erzeugt ein Visualisierungsprogramm dann ein genaues Reliefbild der überflogenen Landschaft. Faszinierend ist: Die Archäologen können Wälder und Büsche ausblenden, indem sie nur die jeweils letzte Reflexion in das Programm einspeisen – die Impulse, die am längsten unterwegs waren. Das erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass sie vom Boden und nicht von einer Baumkrone zurückgeworfen wurden. Die Ergebnisse sprechen für sich: Auf den Bildern zeichnen sich Wallanlagen, Gräben und Grabhügel ab, die in Wirklichkeit unter einem Blätterdach verborgen sind.
Nicht nur der letzte Reflex
Doch Wolfgang Neubauer hält diese Daten für zu ungenau. Er schwört auf das „Full Waveform”-Verfahren, bei dem die Sensoren nicht nur den letzten Reflex registrieren, sondern den gesamten Signalverlauf eines jeden Laserimpulses. Dabei lässt Neubauer auch die Intensität der Reflexion messen. „Dadurch können wir genau erkennen, welcher Strahl tatsächlich den Boden erreicht hat und welcher nicht”, erklärt der Direktor des Ludwig Boltzmann Instituts.
Ist die Fernerkundung abgeschlossen, nehmen die Archäologen die gesichteten Spuren mit geophysikalischen Methoden genauer unter die Lupe. Die bekannteste ist die Geomagnetik. Mit einem kleinen Traktor oder Mini-Geländewagen ziehen die Wissenschaftler Sonden über die Felder, die das Erdmagnetfeld ein bis zwei Meter unterhalb der Grasnarbe messen.
Egal, ob dort einst Gruben ausgehoben, Gräben geschaufelt oder Brunnen in den Boden getrieben wurden – jedes Mal ist eine Störung im Erdmagnetfeld zurückgeblieben. Das Magnetometer zeichnet die Eingriffe auf und bildet die Gräben, Kreisanlagen oder Häuser vergangener Zeiten auf dem errechneten Magnetogramm ab.
Die Methode, die es schon seit ein paar Jahrzehnten gibt, wurde kontinuierlich verbessert. Die Sensoren nehmen immer feinere Kontraste wahr, und – ein großes Plus – sie arbeiten immer schneller. „An einem Tag kann man heute eine Fläche prospektieren, für die man früher 80 Tage gebraucht hat”, erklärt Wolfgang Neubauer. Die neuesten Geräte schaffen bis zu 6,5 Hektar in der Stunde.
Geht es darum, kleinere Flächen zu erkunden, bevorzugen Archäologen das Bodenradar. Diese Messungen dauern zwar länger, aber dafür ist die Auflösung höher, und die Radarwellen dringen mehrere Meter tief in die Erde ein. Dem Ludus von Carnuntum kamen Neubauer und sein Team mithilfe ebenjenes Bodenradars auf die Spur. Momentan sind die Forscher dabei, eine elektromagnetische Methode auszutüfteln, die noch tiefer in den Grund vordringt.
Hightech, wie ihn sich das Ludwig Boltzmann Institut leistet, übersteigt allerdings die Mittel der meisten Archäologen. Von Erfolgen wie der rekonstruierten Gladiatorenschule können viele Denkmalpflegeämter in Deutschland nur träumen. Der Gürtel wird überall enger geschnallt. Viele verkneifen sich teure, hochgenaue Airborne Laserscans oder setzen sie nur in ausgewählten Arealen ein. Selbst die etwas gröberen LiDAR-Daten der Vermessungsämter sind in der Regel nicht umsonst zu haben. Neue Techniken wie das Hyperspektral-Scanning kommen nur selten zum Einsatz. Ihre Ergebnisse sind zu ungewiss.
Mit der bewährten Geomagnetik arbeiten zwar inzwischen alle Einrichtungen, doch die Geräte sind nicht immer auf dem neuesten Stand der Technik. Ein neues Magnetometer kostet immerhin 120 000 bis 130 000 Euro. Auch Axel Posluschny vom Deutschen Archäologischen Institut bezeichnet die technische Ausstattung seines Hauses als suboptimal. Er tröstet sich mit dem Gedanken, dass man nicht nur mit einem Sportflitzer, sondern auch mit der Familienkutsche ans Ziel kommt. „Schließlich lässt sich eine Kreisanlage auch bei geringerer Auflösung und Messgeschwindigkeit erkennen”, meint der Archäologe.
Bedenklich findet Axel Posluschny allerdings, dass die geschilderten Methoden kaum gelehrt werden: „Es gibt zwar großes Interesse, aber viele Kollegen überlassen die Arbeit mit Magnetometer, Bodenradar und LiDAR-Daten lieber Geophysikern, die naturgemäß wenig Ahnung von Archäologie haben. Es gibt derzeit kaum Archäologen, die das unterrichten können.”
Auch Wolfgang Neubauer wittert bei vielen seiner Kollegen eine gewisse Technikscheu. Völlig ohne Grund, wie beide Wissenschaftler meinen. „Jeder Archäologe sollte zumindest wissen, welche Methoden es gibt, welche Daten sie liefern und wie man sie interpretieren kann”, fordert Posluschny. Als Vorreiter beteiligt er sich am EU-Projekt Archaeolandscapes und bietet europaweit Workshops und Lehrgänge an.
EIn wahres Fund-Dorado
Und es fließen Fördergelder. Zum Beispiel nach Esslingen in Baden-Württemberg, ins Landesamt für Denkmalpflege: Dort sitzt Ralf Hesse an einem Bildschirm und bereitet LiDAR-Daten auf, die das Landesamt für Vermessung und Geoinformation von ganz Baden-Württemberg gewonnen hat. Am Neckar ist man stolz auf die bisherigen Ergebnisse der Auswertung. Selbst in vermeintlich „ abgegrasten” Gebieten dokumentierten die Forscher noch ein Viertel mehr Fundstellen. „Vor allem in Waldgebieten sind die Ergebnisse beachtlich”, betont Ralf Hesse. „Im Schwarzwald kennen wir inzwischen zehn Mal so viele Verdachtsstellen wie vorher.”
Aus den LiDAR-Daten setzen die Landesarchäologen 3D-Modelle der Landschaft zusammen. Die bringen den Forschern große Vorteile: Auf einen Blick können sie das ganze Bundesland mit allen bekannten archäologischen Stellen überschauen. Werden Bauvorhaben bei den Behörden gemeldet, sehen Jörg Bofinger und seine Kollegen schnell, ob an Ort und Stelle mit archäologischen Funden zu rechnen ist.
Früher musste man dafür mit Bagger und Schaufel anrücken. Heute untersuchen Archäologen vor Großprojekten das Gelände mit dem Magnetometer, das rasch genaue Ergebnisse liefert. „Bauherren wie die Deutsche Bahn geben sich nicht mit Vermutungen zufrieden” , sagt Jörg Bofinger. „Und nach einer geomagnetischen Untersuchung wissen wir mehr, als früher nach mehreren Baggersondagen.”
Außerdem lässt sich der Grabungsaufwand besser kalkulieren – und eventuell die Entscheidung fällen, die Fundstätte zu überbauen, statt sie vollkommen abzutragen. Solche genauen Informationen wissen auch die Bauherren zu schätzen. Gebaut werden darf nämlich trotz Denkmal in der Erde, wenn zuvor fachmännisch gegraben und dokumentiert wurde. Können Radar- und Elektrowellen die Ausgrabungen also doch nicht ersetzen? „Auf jeden Fall helfen sie, unnötige Grabungen wie Baggersondagen zu vermeiden”, meint Wolfgang Neubauer.
Doch den Methoden der Geophysik und Fernerkundung sind technisch und physikalisch Grenzen gesetzt. Wenn der Kontrast zwischen den Bodenverfärbungen zu schwach ist oder die Fundschichten zu mächtig sind, gehen viele Verfahren in die Knie. Dies ist häufig in Stadtgebieten der Fall, wo sich über Jahrhunderte Mauerreste und Schuttschichten meterdick übereinander getürmt haben. Auch das Bodenradar, das einige Meter tief in die Erde vordringen kann, scheitert, wenn die Feuchtigkeit im Boden zu groß wird.
Und selbst wenn sich nach allen Untersuchungen ein klarer Umriss oder sogar ein 3D-Bild zeichnen lässt, ist nicht in jedem Fall zu erkennen, was genau dort im Boden schlummert und wie alt es ist. Der Ludus von Carnuntum war ein Ausnahmefall. Die vollständige Rekonstruktion war möglich, weil Altertumswissenschaftler andernorts schon viel über römische Gebäudetypen herausgefunden hatten.
Sind geophysikalische Scans, Fernerkundungen mit Lasern und Hyperspektralaufnahmen also nur ein technisches Bonbon? „Auf gar keinen Fall!” Da sind sich alle Archäologen einig. Moderne, zerstörungsfreie Methoden geben Auskunft über Form und Lage einer Fundstätte. „Das bedeutet, dass wir gezielt graben können, um herauszufinden, wie alt ein Bodendenkmal ist oder wie es konstruiert wurde”, sagt Wolfgang Neubauer. Mit Studenten gräbt er im niederösterreichischen Hornsburg gerade den Torbereich einer mittelneolithischen Kreisgrabenanlage mit drei Gräben aus.
Seit 1989 haben die Archäologen rund um die Anlage immer wieder das Gelände mit ihren Messsensoren abgelaufen und Funde aufgelesen. „Jetzt wollen wir bei der Grabung klären, wie die Gräben zeitlich zueinander stehen. Das ist eine konkrete Fragestellung. Aber mit unserer Grabungsarbeit beeinträchtigen wir nur einen Teil der Anlage”, betont der Forscher. Natürlich greift Wolfgang Neubauer auch hier zu einer Sonde: Über jede freigelegte Schicht fährt ein Magnetscanner. Mit den Daten will er später die gesamte Kreisgrabenanlage in einem 3D-Modell rekonstruieren.
Alte Äcker unter wäldern
Und in Esslingen? Auf dem Bildschirm in Ralf Hesses Büro zieht das Oberflächenrelief von Baden-Württemberg vorüber. Er zeigt auf mal mehr, mal weniger sichtbare Rinnen im Gelände. „Das sind alte Wegesysteme”, sagt der Mann mit dunkelblondem Zopf und Brille. Unter Wäldern werden alte Ackerflächen sichtbar – der Pflug hat deutliche Spuren hinterlassen. Und die Podeste alter Holzkohlemeiler ragen wie Beulen aus dem Gelände.
Früher waren die Archäologen nur über ausgegrabene Flächen gut informiert. Die Summe aller modernen Fernerkundungs- und Prospektionsmethoden stößt das Fenster in die Vergangenheit weiter auf. Plötzlich klärt sich der Nebel im Umfeld von Siedlungen, Kreisanlagen oder Burgen. Wie sich ganze Landschaften über Jahrhunderte hinweg entwickelt haben, können Archäologen nun recht schnell und genau überblicken. Hinter den gesammelten Bildern und Daten verbirgt sich ein Schatz, den man gerade erst begonnen hat zu heben. ■
Journalistin und Archäologin KARIN KRAPP juckt es in den Fingern: Gerne würde sie auch einmal mit einem Quad auf „Grabung” gehen.
von Karin Krapp
