Dendrochronologische Untersuchungsmethoden

Holz als Untersuchungsgegenstand begegnet uns auf vielfältigste Weise. Einerseits wird Holz mehr oder weniger in seiner gewachsenen Form verwendet (z.B. Pfähle, Dachbalken), andererseits haben Menschen seit Jahrtausenden den Werkstoff Holz kunstvoll zu bearbeiten und einzusetzen gelernt (z.B. in Musikinstrumenten).

Diese Vielzahl an möglichen Ausprägungen des Werkstoffes Holz erfordern sehr unterschiedliche Untersuchungsmethoden. Da sich das VIAS Dendolabor seit über 10 Jahren mit der Entwicklung neuer dendrochronologischer Analysenmethoden beschäftigt, stehen uns heute eine Vielzahl an etablierten Geräten und Methoden zur Verfügung.

Wir arbeiten beständig an der Weiterentwicklung unserer Werkzeuge und machen neue Methoden gerne auch für andere Labors verfügbar. Für Informationen zu den von uns entwickelten und kommerziell verfügbaren Werkzeugen und Geräten klicken Sie bitte hier. 

Messtisch mit Binokular

VIAS TimeTable mit Binokular. Klicken Sie auf die Abbildung, um sie zu vergrössern.

Die klassische Methode der Vermessung von Holzproben beruht auf der Untersuchung von präparierten Objekten unter dem Binokularmikroskop.

Die Probe liegt auf einem Messtisch, und wird mittels eines Handrades unter dem Mikroskop bewegt. Diese Bewegungen werden mit einer Genauigkeit von 1/100mm gemessen und in einen Computer übertragen. Der Bearbeiter entscheidet anhand des mikroskopischen Bildes über die Position der Ringgrenzen.

  • Gut geeignet für Objekte mit präparierbaren Oberflächen, auch mit engen Jahrringen (abhängig von der Optik des Mikroskops und der Auflösung des Messgerätes), bedingt geeignet für Holzkohlen (schlechte Kontrastwerte).
  • Nachteil: Nach der Vermessung einer Probe bleibt als Resultat nur ein Datensatz aus Ringbreiten, keine Überprüfung und Korrektur einer Messung möglich.


Messtisch mit Digitalkamera

VIAS TimeTable mit Binokular und Kamera-Livebild. Klicken Sie auf die Abbildung, um sie zu vergrössern.

Eine Variante der oben beschriebenen Methode der Vermessung stellt die Kombination eines Messtisches mit einem Binokular mit Kameraaufsatz oder einer Digitalkamera mit hochwertiger Makrooptik dar.

Der Operator verfolgt die Messung durch die Beobachtung des Makro-Livebildes am Bildschirm (mit eingeblendetem Fadenkreuz). Der eigentliche Vermessungsvorgang bleibt gleich, allerdings wird beim Auslösen einer Messung ein hochauflösendes Bild im Computer gespeichert. Zusammen mit der Positionsinformation können anhand der entstehenden Bildserien Fehler (falsch interpretierte Ringgrenzen) später erkannt und bereinigt werden.

Als Kameras kommen hochauflösende Videokameras (1,2 - 6MPx) mit C-Mount-Wechseloptik und schneller USB oder FIrewire Schnittstelle in Frage.

Ein besonderer Vorteil dieser Methode ist die gleichzeitige Beobachtbarkeit einer Stelle der Probe von mehreren Personen, was insbesondere auch in der Ausbildungsphase von Operatoren von Nutzen ist.

VideoTimeTable

Der VIAS VideoTimeTable beim Vermessen eines Sarkophages. Klicken Sie auf die Abbildungen, um sie zu vergrössern.

Bass-Deckplatte. Klicken Sie auf die Abbildungen, um sie zu vergrössern.

Nachdem im Rahmen der Arbeiten zum Projekt SCIEM 2000 zahlreiche Vermessungen an empfindlichen Holzobjekten in Museen in aller Welt durchzuführen waren, mussten wir ein entsprechendes System entwickeln, das transportabel und für das Vermessen vor Ort geeignet ist, ohne die Genauigkeit der Messungen zu kompromitieren.

Durch die Umkehr der oben beschriebenen Messmethode konnte dieses Ziel erreicht werden. Eine digitale Video-Kamera wird dazu auf einem motorbetriebenen Messtisch befestigt und entlang der Probe bewegt. Das Live-Videobild wird im Computer angezeigt und dient dem Operator zur Bestimmung der Ringgrenzen. Die Kamera ist vollmotorisiert in allen Achsen beweglich, sodaß eine Scharfeinstellung des Bildes und ein Auf- und Abwandern der Ringgrenzen möglich wird. Das digitale Bild wird zusätzlich für jede Messung gespeichert, um später Fehler korrigieren zu können.

Eine Berührung des Objektes ist mit dieser Methode nicht nötig, wodurch sie sich besonders zum Einsatz in den Ausstellungsräumen von Museen eignet.

Voraussetzung für das Arbeiten mit dem VideoTimeTable ist die genaue Ausrichtung der Messaparatur zu den Ringgrenzen des Objektes.

Die gesamte Messeinrichtung wiegt ca. 30kg und findet in zwei Transportkoffern Platz. Der auf einem stabilen Dreibein montierte Messtisch lässt sich in allen Dimensionen positionieren.

Scanner

Ein Scanner im Einsatz im Ägyptischen Museum, Kairo. Der Scan-Vorgang dauert nur wenige Minuten, die Vermessung des Bildes kann später im Labor erfolgen.

Alle bisher genannten Methoden haben den Nachteil, dass der Vermessungsvorgang nur möglich ist, wenn das Objekt physikalisch verfügbar ist. Im Falle der in-situ-Vermessung von Objekten mit dem VideoTimeTable muss viel Zeit aufgebracht werden, um das Mess-System aufzubauen und für jedes zu vermessende Objekt erneut auszurichten. Die eigentliche Vermessung wird üblicherweise zumindest zwei Mal pro Objekt durchgeführt und dauert je nach Anzahl der Ringe und dem Präparationszustand der Holzoberflläche zwischen einigen Minuten und mehreren Stunden.

Durch die technischen Entwicklungen der vergangenen Jahre ist eine weitere Vermessungsmethode möglich geworden. Dazu werden handelsübliche oder adaptierte Flachbett-Scanner zur Aufnahme eines hochauflösenden Bildes einer Holzoberfläche verwendet. Moderne Scanner haben eine optische Auflösung von 3200x3200 Pixel/Zoll (dpi, dots per inch) und sind damit hervorragend für diesen Zweck geeignet. Um die bei in Dendrochronologie übliche Messauflösung von 1/100mm zu erreichen, ist eine optische Auflösung von 2540dpi nötig.

Die hochauflösenden Bilder werden mit spezieller Software (SCIEM OSM - On Screen Measuring) vermessen. Die Messungen sind editierbar, wodurch Fehler (falsch interpretierte Ringgrenzen) erkannt und behoben werden können. Durch das räumliche und zeitliche Trennen des Scanvorganges von der eigentlichen Vermessung ergibt sich ein rationeller und effektiver work-flow.

Voraussetzung für den Einsatz von Scannern sind ebene, gut präparierte Holzoberflächen. Die entstehenden Bilder haben eine Grösse von 60 MPx, was an die verwendete Hardware hohe Anforderungen stellt.

Raster-Elektronenmikroskop

REM-Aufnahme einer ca. 27.000 Jahre alten Holzkohle einer Feuerstelle am Wachtberg, NÖ

Die Vermessung zusammengesetzer REM-Bilder erfolgt mit der OSM-Software. Deutlich sind die überlappenden Einzelbilder zu erkennen.

Sowohl die lichtmikroskopischen Vermessungsmethoden als auch die Benutzung von Flachbett-Scannern hat beim Bearbeiten von sehr engringigen und kontrastarmen (z.B. Holzkohlen) Proben Grenzen.

Um auch derartige Projekte erfolgreich vermessen zu können, wurde im VIAS-Dendrolabor eine neue Methode  entwickelt, die auf der Bildaufnahme mit Hilfe von Raster-Elektronenmikroskopen beruht. Holzkohlestücke werden in einem ersten Präparationsschirtt eben geschliffen, anschliessend mit einer hauchdünnen Goldschicht bedampft und dann in die evakuierte Probenkammer eines REMs eingebracht. Bei mässiger Vergrösserung (75-120 x ) werden die Zelllumen deutlich sichtbar. Der REM-Operator macht nun überlappende Bilder, die von einem Computer aufgenommen werden. Nach der Bildaufnahme werden diese Bilder am Computer zu einem Mosaik zusammengesetzt und anschliessend wie die eingescannten Bilder mit der OSM-Software vermessen. Auch hier besteht der wesentliche Vorteil darin, bei der anschliessenden statistischen und optischen Auswertung und Synchronisation der Messungen zu den Messungen zurückkehren zu können.

Das Präparieren und Arbeiten am REM ist allerdings ein zeitaufwendiges und kostenintensives Verfahren. Das VIAS-Dendrolabor dankt dem Institut für Paläontologie der Universität Wien für die Erlaubnis, unsere Proben auf deren Mikroskop zu untersuchen.