Die zerstörungsfreie Vermessung der römischen Provinzhauptstadt Carnuntum

Fr, 01.07.2016 - 06:50 — Wolfgang Neubauer

Wolfgang NeubauerIcon PhysikWas verbirgt sich unter dem Boden auf dem wir leben? Welche Spuren haben unsere fernen Vorfahren dort hinterlassen? Modernste naturwissenschaftlich-technologische Methoden - Fernerkundungsverfahren aus der Luft und geophysikalische Verfahren am Boden - revolutionieren die Archäologie, ermöglichen erstmals große Areale im Untergrund systematisch und zerstörungsfrei zu untersuchen und abzubilden. Der Archäologe, Mathematiker und Computerwissenschafter Wolfgang Neubauer ( Direktor des neu gegründeten Ludwig Boltzmann Instituts für Archäologische Prospektion* und Virtuelle Archäologie (LBI ArchPro)) steht an der Spitze eines internationalen Teams, das derartige Verfahren entwickelt und damit die Grundlagen für eine effiziente Dokumentation gesamter archäologischer Landschaften erstellt. Eine umfassende Bestandsaufnahme Carnuntums, der größten archäologischen Landschaft Österreichs, hat bereits zu sensationellen Entdeckungen geführt.

Das römische Carnuntum ist die größte archäologische Landschaft Österreichs und ein bedeutender Teil des europäischen Kulturerbes. Beinahe die gesamte römische Stadt, die einst über 10 Quadratkilometer bedeckte, ist bis heute unter den Feldern und Weingärten der Orte Petronell-Carnuntum und Bad Deutsch-Altenburg, 40 km östlich von Wien, in der Erde erhalten (Abbildung 1).

Der bis heute vergleichsweise gute Erhaltungszustand der antiken Bodendenkmäler und die großflächige Ausdehnung von Carnuntum in einer sich dynamisch entwickelnden Region führen immer wieder zu Spannungsfeldern zwischen Denkmalschutz und notwendiger gesellschaftlicher und wirtschaftlicher Entwicklung. Insbesondere die natürliche Erosion, beschleunigt durch modernen Ackerbau und Flurbereinigungen, aber auch Rohstoffabbau, Straßen- und Eisenbahnbau, die Errichtung von Industriearealen und Windparks, Siedlungserweiterungen und der Ausbau der modernen Infrastruktur bedrohen das im Boden verborgene kulturelle Erbe.

Wurden in der Vergangenheit großflächige archäologische Ausgrabungen vorgenommen, um den Gesamtplan der römischen Stadt zu rekonstruieren und die archäologische Landschaft Carnuntum zu erkunden, nutzt die moderne Archäologie in immer höherem Ausmaß zerstörungsfreie, nicht invasive Methoden zur Auffindung und Kartierung des im Boden verborgenen archäologischen Erbes (Abbildung 1).

Abbildung 1 . Das Gebiet des römischen Carnuntum, das sich über mehr als 10 km² erstreckt, am orographisch rechten Ufer der Donau. Oben: aktuelle Ansicht des Gebietes. Wien liegt rund 40 km westlich. Mitte: vollständige geomagnetische Prospektion des Gebietes (graue Flächen mit weißen bereits visualisierten Bereichen, im Text erwähnte Entdeckungen sind eingezeichnet.) Unten: Virtuelle Rekonstruktion von Carnuntum zur Römerzeit. (Quelle: © 7reasons / IKAnt / LBI ArchPro)

Archäologie ohne Spaten

Verglichen mit traditioneller Feldarchäologie bieten Prospektionsmethoden eine außerordentlich kostengünstige Möglichkeit, um rasch und detailliert Information über den Untergrund zu gewinnen. Diese, für die zukünftige archäologische Forschung immens wichtigen, zerstörungsfreien Verfahren wurden seit 1990 in Österreich durch die interdisziplinäre Forschungsgruppe Archeo Prospections® (eine interdisziplinäre Kooperation der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik - ZAMG - mit VIAS - Universität Wien) intensiv weiterentwickelt und sowohl national wie auch international auf zahlreichen archäologischen Fundstellen zum Einsatz gebracht.

Die Gründung des Ludwig Boltzmann Instituts für Archäologische Prospektion und Virtuelle Archäologie (LBI ArchPro) im Jahr 2010 hat zu grundlegenden technologischen Fortschritten geführt. Diese haben die Gesamtprospektion des römischen Carnuntum logistisch und technisch mit der notwendigen Auflösung erst möglich und mit vertretbarem finanziellem Aufwand realisierbar gemacht. Für die Kartierung und Detaildokumentation von römischen Städten haben sich die luftbildarchäologische und die geophysikalische Prospektion neben weiteren Fernerkundungsverfahren hervorragend bewährt.

Fernerkundung aus der Luft

Die Luftbildarchäologie basiert auf Senkrechtaufnahmen und auf Schrägaufnahmen aus Kleinflugzeugen oder Hubschraubern, die photogrammetrisch ausgewertet und archäologisch interpretiert werden. Mit flugzeuggetragenem (Airborne) Laser- Scanning (ALS) und Airborne Imaging Spectroscopy (AIS) lässt sich die Erdoberfläche in kurzer Zeit vermessen und aus den Messdaten digitale Geländemodelle erzeugen, in denen sich alle in der Topographie noch erhaltenen archäologischen Strukturen erkennen lassen. Dies ist auch in bewaldeten Bereichen möglich, da sich mit speziellen, durch das LBI ArchPro entwickelte und verbesserte Verfahren die Vegetation wegfiltern lässt.

Bodenbasierte geophysikalische Prospektion

Zur Verdichtung der aus der Luft gewonnenen Information werden am Boden verschiedene sich ergänzende Methoden der geophysikalischen Prospektion eingesetzt. Am effektivsten für archäologische Anwendungen sind Magnetometer- und Bodenradarmessungen.

Die Magnetometermethode beruht auf der hochauflösenden Messung geringster Abweichungen im Erdmagnetfeld. Diese Abweichungen oder Anomalien beruhen zum einen auf der Veränderung der magnetischen Eigenschaften des Oberbodens durch Verwendung von Feuer in der Vergangenheit und die Füllung von Gruben, Pfostenlöchern und Gräben mit magnetisch angereichertem Material. Aber auch Feuerstellen, Eisenverhüttungsplätze und Ziegel- wie auch Kalksteinmauern verursachen Anomalien und lassen sich dadurch unter geeigneten Umständen kartieren (Abbildung 2).

Abbildung 2. Erkundung mit Magnetometern. Links: motorisiertes Multisensor-Magnetometer. In Reihen angebrachte Magnetfeldsensoren werden von einem Quad-Bike nachgezogen, das mit 20 - 40 kmh flächendeckend das Untersuchungsgelände abfährt. Rechts: Anomalien im Boden (beispielsweise ehemalige Feuerstellen) verursachen eine detektierbare Veränderung des Magnetfeldes. (LBI ArchPro/Geert Verhoeven, Immo Trinks; Screenshots: Magnetometry at Stonehenge: LBI ArchPro, https://www.youtube.com/watch?v=7ippAA86Bdc.)

Die Bodenradarmethode gleicht im Prinzip einem Echolot für Anwendung an Land: Eine Senderantenne schickt ein kurzes elektromagnetisches Signal in den Boden, welches von Schichtgrenzen oder Objekten, wie zum Beispiel vergrabenen Steinen, reflektiert und von einer Empfängerantenne aufgezeichnet wird. (Abbildung 3). Die in engem Raster erfassten Radardaten ergeben ein dreidimensionales Messergebnis, vergleichbar mit einem Computertomogramm.

Das Abbild des Untergrundes in diesem Radardatenblock kann scheibchenweise oder mithilfe spezieller virtueller Werkzeuge dreidimensional von den Archäologen ohne einen einzigen Spatenstich erkundet werden. Aus den Messdaten lassen sich Gebäude bis in kleinste Details ableiten und die im Boden verborgenen Strukturen in 3D am Computer rekonstruieren. Mauern, Türschwellen, Treppen, Fundamente von Säulen und Statuen, Wasserleitungen, Abwasserkanäle, Kellerräume, Wasserbecken, Fußbodenheizungen, Estrichböden, Sarkophage und vieles mehr können deutlich erkannt werden. Sie bieten dem Archäologen einen Einblick in die Reste der versunkenen Römerstadt, wie er bisher nur über langjährige Ausgrabungen möglich war.

Abbildung 3. Dreidimensionale Erkundung mittels Bodenradar. Elektromagnetische Signale, die von Radarantennen emittiert werden, dringen in den Boden und werden von den Schichten reflektiert. Mit 400MHz-Antennen wird eine enorm hohe Auflösung von 8 x 8 x 2 cm erzielt mit der Gebäude bis ins kleinste Detail erkundet und am Computer rekonstruiert werden.(Bild links: Erich Nau; Bild rechts: Immo Trinks; screenshot "Ground Penetrating Radar at Stonehenge"LBI ArchPro, https://www.youtube.com/watch?v=VDgwWpftatw).

Integrierte Auswertung der Big Data

Die Auswertung der hochauflösenden magnetischen, elektrischen und elektromagnetischen Daten, der Messaufnahmen aus der Luft und am Boden erfolgt mit speziell entwickelter Software durch die Umsetzung der Messwerte in digitale Bilder oder in Form von dreidimensionalen Datenblöcken. Die erfassten digitalen Daten werden innerhalb angepasster Spezialprogramme oder mittels eines Geographischen Informationssystems (GIS) mit allen weiteren zur Verfügung stehenden Informationen (digitale Geländemodelle, Grabungsinformationen, geographischen Daten, terrestrischen Laserscans, Katasterkarten, geologischen Karten) kombiniert.

Das GIS bildet die Grundlage für die Erstellung spezifischer Karten und Visualisierungen, dient als Informationssystem zum römischen Carnuntum und sichert die langfristige Verfügbarkeit der Daten für ein nachhaltiges Kulturmanagement und Raumplanung. Auf der Grundlage dieser Karten, Pläne und dreidimensionalen Interpretationsmodelle können digitale Rekonstruktionen erstellt werden, welche die römische Landschaft im virtuellen Raum, zum Beispiel im Wikitude World Browser, für Besucher wieder auferstehen lassen.

Eine einzigartige archäologische Landschaft

Carnuntum diente über mehrere Jahre hinweg als eine der wesentlichsten Testflächen für die Entwicklung von hochauflösenden geophysikalischen Prospektionsmethoden durch das bereits erwähnte interdisziplinäre Team Archeo Prospections®.

Unter der Leitung des neugegründeten LBI ArchPro wurde dann im Rahmen des von 2012 bis 2015 laufenden Projektes „ArchPro Carnuntum“ das 10 km2 große römisch Stadtgebiet von Carnuntum vollständig prospektiert (Abbildung 1).

Zu den spektakulärsten Entdeckungen, die mit Hilfe der zerstörungsfreien Methoden gemacht wurden, gehören das Forum der Zivilstadt Carnuntum (2001), die Gladiatorenschule (2011), das früheste Militärlager Carnuntums (2014) und Kasernen, in denen die Garde des Statthalters untergebracht war (2016).

Das Forum der Zivilstadt von Carnuntum

Bereits vor 15 Jahren gelang eine der bisher bedeutendsten Entdeckungen innerhalb eines Gebiets, in dem die Luftbilder nur wenige Strukturen erkennen ließen. Mit einer Bodenwiderstandsmessung (d.i. Messung der Varianz der elektrischen Leitfähigkeit des Erdbodens aufgrund von Einschlüssen) wurde der monumentale Gebäudekomplex um einen offenen Platz entdeckt (Abbildung 4).

Abbildung 4. Forum der Zivilstadt Carnuntum. Von der zerstörungsfreien geophysikalischen Prospektion zur virtuellen Visualisierung. Lage des Forums: Abbildung 1. (LBI ArchPro/Wolfgang Neubauer, Klaus Löcker, 7reasons)

Die Entdeckung einer Gladiatorenschule (Ludus)

Außerhalb der Zivilstadt von Carnuntum liegt das in der ersten Hälfte des zweiten Jahrhunderts gebaute Amphitheater. Es wurde in den Jahren 1923 bis 1930 ausgegraben (Lage: siehe Abbildung 1). Nach zeitgenössischen Inschriften war es das viertgrößte Amphitheater des gesamten römischen Reiches, fasste bis zu 13.000 Zuschauer und war Schauplatz zahlreicher Gladiatorenspiele. Das davon westlich gelegene Areal, in dem nun die Gladiatorenschule entdeckt wurde, fand zuvor nur wenig Beachtung. Luftbildaufnahmen zeigen hier eine deutliche Anomalie; Mauerstrukturen wurden jedoch erst im Frühling 2011 auch aus der Luft ausgemacht. Bei einer Untersuchung mithilfe eines hochauflösenden Bodenradarsystems konnten 2010 in nur wenigen Stunden Messeinsatz die Reste einer in ihrer Vollständigkeit und Größe international einzigartigen Gladiatorenschule detailliert erkundet werden (Abbildung 5).

Abbildung 5. Die Gladiatorenschule (Ludus). Von der Lufterkundung zur Bodenradarmessung und Visualisierung. Lage des Ludus und des benachbarten Amphitheaters: Abbildung 1. (li oben, re oben: LBI ArchPro/Mario Wallner; li unten: LBI ArchPro/Mario Wallner 7reasons; re unten: LUDUS SW/NW, 7reasons; unten Mitte: LUDUS W/O 7reasons)

Aus den über 20 Gigabyte umfassenden Rohdaten wurden dreidimensionale Visualisierungen der im Untergrund verborgenen archäologischen Strukturen erstellt und archäologisch interpretiert:

Die Gladiatorenschule liegt in einer 11.000 m2 großen, von einer Mauer umgebenen Parzelle. An deren südlichem Ende befindet sich ein abgeschlossener Gebäudekomplex mit einem Ausmaß von, 2800 m2, der um einen großen Innenhof angelegt ist. In diesem haben Radarmessungen eine kreisrunde Trainingsarena mit einem Durchmesser von 19 m nachgewiesen und Fundamentreste der hölzernen Zuschauertribünen. Hinsichtlich der Gebäudeteile können in den detailreichen Radarbildern deutlich die Fundamente einer beheizbaren Trainingshalle erkannt werden, einer daran anschließenden ausgedehnten Badeanlage, eines großen Verwaltungstraktes/Wohnbereiches und zweier länglicher Trakte, die durchschnittlich 5 m2 große Wohnzellen der Gladiatoren beherbergten. Aber auch die notwendige Infrastruktur - Wasserleitungen, Fußbodenheizungen, Abwasserkanäle - sowie Zugangswege, Portale oder die Fundamente von Gedenksteinen und schließlich ein Gräberfeld direkt hinter der Gladiatorenschule sind in den hochauflösenden Radardaten klar feststellbar.

An Deutlichkeit der erfassten Baustrukturen ist die Gladiatorenschule von Carnuntum derzeit nur mit der großen Gladiatorenschule, dem LUDUS MAGNUS, hinter dem Kolosseum in Rom zu vergleichen. In seiner Vollständigkeit und Dimension ist dieser sensationelle archäologische Befund derzeit weltweit einzigartig.

Frühes römisches Militärlager durch Bodenradar entdeckt

Am West-Ausgang der römischen Stadt hat sich entlang der römischen Straße nach Vindobona (Wien) ein ausgedehntes Straßendorf entwickelt. Unter den Resten dieses Dorfes - in den tieferen Datenschichten verborgen - entdeckten 2014 die Forscher des LBI ArchPro einen typischen Befestigungsgraben eines direkt an der Donau gelegenen römischen Zeltlagers im Ausmaß von ca. 6 Fußballfeldern (57.600 m2). Aufgrund der späteren Überbauung gehen die Wissenschaftler davon aus, dass es sich bei diesem Zeltlager um eines der frühesten Militärläger im Rahmen der römischen Okkupation des Raumes von Carnuntum handeln dürfte. Abbildung 6.

Abbildung 6. Das frühe Militärlager in Carnuntum. Bodenradarmessungen. Screenshots .Die ersten Römer in Carnuntum https://www.youtube.com/watch?v=glr-vCcNKc4&feature=youtu.be (techlab 7reasons) und Idealrekonstruktion Marschlager in Carnuntum7reasons

Die Garde des Statthalters

Im März 2016 wurde eine weitere außergewöhnliche Entdeckung vorgestellt: westlich des Legionslagers und unmittelbar an den Statthalterpalast und auf der Gegenseite an den Campus (Legionsübungsplatz) angrenzend konnten die Kasernen der Leibgarde des Statthalters - Castra Singularium – identifiziert werden (Abbildung 7). In diesem rund 1,8 ha großen, von einer massiven Mauer umschlossenen Areal ließen sich sechs bis sieben Mannschaftsbaracken, Offiziersunterkünfte, ein Zentralgebäude und weitere Gebäude erkennen. Es ist dies bislang der einzige in dieser Eindeutigkeit und Dimension nachweisbare Fund im gesamten Gebiet des ehemaligen Imperium Romanum.

Abbildung 7. Castra Singularium - die Unterkünfte der Leibgarde des Statthalters lagen zwischen Statthalterpalast und Campus, westlich des Legionslagers. Von der zerstörungsfreien geophysikalischen Prospektion (GPR) zur Interpretation und virtuellen Rekonstruktion. (LBI ArchPro/Mario Wallner, 7reasons / IKAnt / Christian Gugl/ LBI ArchPro.)

Ausblick

Hochauflösende naturwissenschaftlich-technische Methoden zur Prospektion ganzer Landschaften ermöglichen die Auffindung, Erkundung ,Visualisierung und Interpretation archäologischer Stätten. Das Fallbeispiel Carnuntum hat dabei Vorbildcharakter: es zeigt, wie rasch, kostengünstig und zerstörungsfrei eine außergewöhnliche Fülle an detaillierten räumlichen Befunden generiert werden kann - einerseits zur Klärung archäologischer Fragen, anderseits aber auch als Grundlage zur wirtschaftlichen Planung und Nutzung des Kulturerbes.

Prospektionsmethoden, wie sie das LBI ArchPro entwickelt und mit Partnern national und international erfolgreich anwendet, sind zur Zeit noch ungebräuchlich, besitzen aber ein sehr hohes Potential für die Zukunft der Archäologie. Schließlich ist es eine Forderung der Valletta-Konvention der Europäischen Union zum Schutz und Erhalt des archäologischen Kulturerbes (Council of Europe 1992), dass zerstörungsfreie Prospektionsmethoden aus der Luft und am Boden vor jeder archäologischen Ausgrabung eingesetzt werden.


*Prospektion: Erkundung und Erfassung von archäologischen Stätten in Landschaften

Weiterführende Links

Ludwig Boltzmann Institute for Archaeological Prospection and Virtual Archaeology – http://archpro.lbg.ac.at

Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik – http://www.zamg.ac.at
Institut für Kulturgeschichte der Antike – http://www.oeaw.ac.at/antike

Römerstadt Carnuntum (Archäologische Kulturpark Niederösterreich Betriebsges.m.b.Gradehttp://www.carnuntum.at

7reasons Medien GmbH – http://www.7reasons.net

Entdeckungen ohne Spaten

Die Garde des Statthalters. Sensationsfund in Carnuntum. Pressemitteilung. http://www.7reasons.net/wp-content/uploads/2016/03/pr_car_30_03_2016.pdf

Carnuntum - Die Garde des Statthalters. Video 2:56 min. https://www.youtube.com/watch?v=S5JMvmOymkg&feature=youtu.be (Quelle: techlab7reasons, Standard YouTube Lizenz)

Archäologischer Park Carnuntum: Die ersten Römer in Carnuntum . http://carnuntum.7reasons.net/TXT/2014_PA_Carnuntum_Frueheste_Marschlage...

Die ersten Römer in Carnuntum. Video 3:27 min. https://www.youtube.com/watch?v=glr-vCcNKc4&feature=youtu.be (Quelle: techlab7reasons, Standard YouTube Lizenz)

Reconstruction of a roman city - Carnuntum 2011 - Making of the scale model. Video 11:21 min https://www.youtube.com/watch?v=HMjiWlvSsSc (Quelle: techlab7reasons, Standard YouTube Lizenz)

Gladiatorenschule

LBI ArchPro 05.09.2011 Video 5:25 min https://www.youtube.com/watch?v=5IZ99v14aaU (Quelle: techlab7reasons, Standard YouTube Lizenz)

Gladiatoren Schule Video 3:07 min https://www.youtube.com/watch?v=aJFH3TCVzTk
RGZM Gutachten Dr. Scholz Video (deutsch) 7:17 min. Archäologisches Gutachten zum Befund eines ludus beim Amphitheater Carnuntum. https://www.youtube.com/watch?v=bWTLa8rJrJU (Quelle: techlab7reasons, Standard YouTube Lizenz)

Über das römische Carnuntum

Carnuntum (im Austria-Forum). http://austria-forum.org/af/AEIOU/Carnuntum

Municipum Aelium Carnuntum = Colonia Septimia Aurelia Antoniniana Carnuntum – Petronell. (ausführliche Darstellung des Römisch-Germanischen Zentralmuseums) http://www2.rgzm.de/Transformation/Noricum/Carnuntum/Pannonia_Carnuntum.htm