Villigen

Historisches Kupfer, gefangen im Eis: Forscher des PSI lüftet ein Geheimnis

Anja Eichler (links) und Margit Schwikowski in der Kältekammer des PSI. zvg

Anja Eichler (links) und Margit Schwikowski in der Kältekammer des PSI. zvg

Der Bergbau Südamerikas versorgt den halben Globus mit Kupfer. Doch wann die Kupferproduktion begann, war bislang unklar. Forschende des Paul-Scherrer-Instituts sind dem Geheimnis auf die Spur gekommen.

Seit rund 2700 Jahren wird in Südamerika Kupfer abgebaut. Das haben Forschende des Labors für Umweltchemie am Paul-Scherrer-Institut (PSI) in Villigen durch Analysen von Gletschereis aus Bolivien ermittelt, schreibt das Institut. Kupferbergbau hat in Südamerika eine enorme Bedeutung: Chile und Peru sind die beiden grössten Kupferproduzenten der Welt. Die Anfänge dieses zentralen Wirtschaftszweiges lagen bislang jedoch im Dunkeln.

Das Eis eines Gletschers ist im Prinzip wie ein Archiv: In seiner Schichtung sind wie in den Jahresringen eines Baumes die regionale Klimaentwicklung und Luftqualität der Vergangenheit gespeichert. Jedes Jahr kommt eine neue Schicht gefrorener Niederschlag obendrauf. Und jedes Mal werden Staubteilchen eingelagert, die zu jener Zeit durch die Luft schwebten. Bohrt man tief in den Gletscher hinein und zieht eine lange Säule Eis heraus, kann man sie in einem Labor untersuchen. Und so nahm sich das Team um Studien-Erstautorin Anja Eichler und Projektleiterin Margit Schwikowski einen 139 Meter langen Eisbohrkern vor und analysierten die Ablagerungen von Metallstaub. Das Eis wurde 1999 bei einer Expedition auf dem 6300 Meter hohen Illimani-Gletscher in Bolivien gebohrt.

In einem Kühlraum des PSI schmolzen die Forschenden das Eis mit einem eigens entwickelten Gerät kontinuierlich Schicht für Schicht ein. Das Schmelzwasser analysierten sie mit einem Massenspektrometer. Dieses Instrument kann verschiedene chemische Elemente voneinander trennen und mengenmässig bestimmen. «So arbeiteten wir uns in der Zeit zurück bis ungefähr 4500 v. Chr. – das entsprechende Eis dieser Zeit lag in ungefähr 134 Metern Tiefe», sagt Anja Eichler. «Und wir stellten fest, dass die ersten höheren Kupferkonzentrationen, die auf den Menschen zurückgehen müssen, um das Jahr 700 v. Chr. auftraten.»

Anja Eichler recherchierte daraufhin in den Archiven zahlreicher Museen und konnte als Belege immerhin zwei Kupferartefakte aus jener Zeit finden: Eine verbogene Nadel der Chiripakultur, die 1934 gefunden wurde. Und ein Armband aus Bolivien, das sich aber keiner Kultur klar zuordnen liess.

Frühere Ergebnisse korrigiert

Mit ihrer Studie korrigieren die Forschenden ein Bild, das eine andere Studie einige Jahre zuvor ergeben hatte. In dieser postulierte eine Forschergruppe, die Kupferverhüttung in Südamerika habe noch früher, also schon um 2000 v. Chr. begonnen. Diese Forschenden hatten auf ähnliche Weise einen Torfbohrkern aus Feuerland analysiert und bereits für diese frühe Zeit einen starken Anstieg der Kupferkonzentration festgestellt.

Torf bildet ähnlich wie Eis Schichten über die Jahre und Jahrhunderte, welche die Umweltverschmutzung vergangener Zeiten speichern. «Allerdings liegt Feuerland rund 3000 Kilometer südlich von den Zentren der Metallurgie in den Anden», sagt Anja Eichler. «Unsere Ergebnisse legen nahe, dass der damalige Anstieg in Feuerland eine regionale natürliche Schwankung war.» (az)

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