Keramik aus dem 9. Jahrhundert kann wie poliertes Metall schimmern, obwohl ihre Oberfläche aus gebrannter Glasur besteht. Eine chemische Analyse historischer Lüsterkeramik zeigt nun, wie Silber und Kupfer während des Brennens in die Glasur wandern und dort eine nanostrukturierte Zone erzeugen. Farbe, Glanz und Irisieren hängen dabei von Reaktionen ab, die sich tief im Material abspielen und mit bloßem Auge nicht zu erkennen sind. Gerade diese verborgene Schicht erklärt, warum das alte Verfahren selbst mit moderner Technik schwer exakt nachzubilden ist.
Gold, Rot, Braun und Gelb laufen über die Oberfläche, wenn Licht flach auf eine historische Lüsterschale fällt. Solche Gefäße wirkten in den Werkstätten des Abbasidenreichs fast wie Edelmetall, obwohl die Töpfer mit gewöhnlicher Keramik, Glasur und einer metallhaltigen Malmischung arbeiteten. Ein Team um Trinitat Pradell von der Universitat Politècnica de Catalunya hat nun untersucht, welche chemischen Schritte aus dieser unscheinbaren Ausgangslage den charakteristischen Metallglanz formen. Die Analyse der islamischen Lüsterkeramik verbindet archäologische Fragmente mit moderner Röntgenspektroskopie und zeigt, dass die Oberfläche während des Brennens regelrecht umgebaut wird.
Für den Effekt genügt es nicht, Metallpigmente auf eine fertige Schale zu streichen. Silber- und Kupferverbindungen müssen während eines weiteren Brennvorgangs in die bereits vorhandene Glasur eindringen, dort ihre chemische Form verändern und in einer sehr dünnen Oberflächenzone Teilchen aus metallischem Silber und Kupfer bilden. Damit entsteht kein aufliegender Metallfilm, sondern eine nanostrukturierte Schicht innerhalb des glasartigen Materials. Dieses Prinzip erinnert an den Lycurgus-Becher mit Gold- und Silberteilchen im Glas, folgt bei der Lüsterkeramik aber einem eigenen Herstellungsweg.
Die Lüstertechnik entstand im Gebiet des heutigen Irak unter den Abbasiden und verband Töpferhandwerk mit einer erstaunlich präzisen Kontrolle von Ofenatmosphäre und Glasur. Gefäße aus Samarra zeigen helle Grundflächen, auf denen braune, rote oder goldene Ornamente je nach Beleuchtung metallisch aufblitzen. Museumsbestände belegen, dass diese Dekoration auf bereits glasierte und gebrannte Keramik aufgetragen wurde. Danach folgte ein weiterer Ofengang unter sauerstoffarmen Bedingungen, bei dem sich die Metallverbindungen reduzierten und der charakteristische Schimmer entstand.
Dass die Technik jahrhundertelang als Werkstattwissen weitergegeben wurde, erklärt einen Teil ihrer heutigen Rätselhaftigkeit. Rezepturen, Brennführung und genaue Materialmischungen wurden kaum schriftlich festgehalten, weil erfolgreiche Verfahren wirtschaftlich wertvoll waren und von Werkstatt zu Werkstatt variierten. Später verbreitete sich die Lüsterkeramik über Ägypten, Syrien und den westlichen Mittelmeerraum bis auf die Iberische Halbinsel, wo sie im 12. Jahrhundert zu einer eigenen Tradition weiterentwickelt wurde. Der metallische Eindruck blieb dabei das auffälligste Merkmal, während Farben, Motive und Glasuren sich regional änderten.
Pradells Team untersuchte winzige Fragmente historischer Keramik, ohne den Glanz nur als optisches Endprodukt zu betrachten. Entscheidend war die Frage, wo sich Silber, Kupfer und weitere Elemente innerhalb der Glasur befinden und in welcher chemischen Form sie dort vorliegen. Dafür kombinierten die Forscher Röntgenfluoreszenz und Röntgenabsorptionsspektroskopie mit Beugungsmessungen. So lässt sich unterscheiden, ob ein Element als Ion, Oxid oder metallischer Bestandteil vorkommt und wie sich diese Zustände über die Tiefe der Oberfläche verändern.
An der ESRF in Grenoble nutzte Marine Cotte mit dem Team die ID21-Strahllinie, deren mikrometergroßer Röntgenstrahl gezielt einzelne Bereiche der Fragmente abtasten kann. Die Messungen konzentrierten sich auf Eisen, Kupfer und Silber und wurden durch Röntgenbeugung am ALBA-Synchrotron nahe Barcelona ergänzt. Das Verfahren liefert kein bloßes Farbfoto, sondern eine chemische Karte der Glasur, in der sich Reaktionszonen und Metallzustände erkennen lassen. Diese Kombination machte sichtbar, dass die glänzende Schicht aus mehreren aufeinanderfolgenden Vorgängen hervorgeht.
Während des Brennens bewegen sich Kupfer- und Silberionen aus der aufgetragenen Mischung in die Glasur hinein und ersetzen dort Alkaliionen. Dieser Ionentausch funktioniert nur in einem thermischen Fenster, in dem das glasartige Material beweglich genug für Diffusion ist, ohne so weich zu werden, dass die bemalte Schicht einfach einsinkt oder festklebt. Genau an dieser Grenze entscheidet sich, ob die Metalle tief genug wandern und anschließend als winzige Partikel ausfallen können. Der Ofen ist damit nicht nur Wärmequelle, sondern steuert die gesamte chemische Architektur der Oberfläche.
Nach dem Eindringen verändert die sauerstoffarme Atmosphäre den Oxidationszustand der Metallarten. Aus gelösten Metallionen entstehen schließlich metallische Silber- und Kupferteilchen, die in der Glasur eingebettet bleiben. Ihre Nähe zur Oberfläche, ihre Größe und ihre räumliche Verteilung bestimmen, welche Wellenlängen des Lichts besonders stark absorbiert, gestreut oder reflektiert werden. Aus dem Zusammenspiel dieser Prozesse entsteht der Eindruck eines dünnen Metallfilms, obwohl die Oberfläche weiterhin eine keramische Glasur ist.
Besonders wichtig ist das Verhältnis von Kupfer zu Silber in der Malmischung. Beide Metalle reagieren während des Brennens miteinander und beeinflussen, welche Teilchen in welcher Menge entstehen. Eine silberreichere Zone entwickelt daher eine andere Mikrostruktur als ein kupferreicher Bereich, selbst wenn beide auf derselben Grundglasur liegen. Die Töpfer konnten so mit ihrer Mischung und der Brennführung unterschiedliche Lüsterfarben erzeugen, ohne eine moderne Vorstellung von Nanopartikeln oder Elektronenzuständen zu besitzen.
Auch Eisen und Bestandteile der Glasur greifen in diese Reaktionskette ein. Die Oberfläche ist deshalb kein simples Zwei-Komponenten-System, sondern ein chemisches Gefüge, in dem mehrere Elemente, Sauerstoffangebot und Temperatur voneinander abhängen. Genau diese Empfindlichkeit erklärt, weshalb historische Stücke in Farbe und Glanz stark variieren können und warum moderne Repliken oft nur einen Teil des ursprünglichen Effekts treffen. Ähnliche Fragen stellt die Pigmentchemie auch bei Berliner Blau und anderen historischen Farbmaterialien, bei denen kleine Änderungen der chemischen Umgebung sichtbare Farbverschiebungen auslösen.
Die Bezeichnung Nanotechnologie beschreibt hier das Ergebnis aus heutiger Sicht, nicht die Absicht der historischen Handwerker. Sie arbeiteten mit sichtbaren Pasten, Glasuren, Feuer und Erfahrung, erzeugten dabei aber Strukturen in einem Größenbereich, den moderne Materialforschung gezielt untersucht. Der entscheidende Unterschied liegt im Wissen über den Mechanismus: Was ein Töpfer anhand von Farbe, Flamme, Ofenführung und Erfahrung beurteilte, lässt sich heute über Spektren, Elementverteilungen und chemische Zustände zerlegen.
Gerade deshalb ist die neue Untersuchung mehr als eine nachträgliche Erklärung eines dekorativen Effekts. Sie zeigt, welche Prozessschritte für das Entstehen des Lüsters notwendig sind und welche Stellgrößen voneinander getrennt betrachtet werden müssen. Solche Informationen helfen Restauratoren, historische Oberflächen zu beurteilen, ohne große Proben zu entnehmen, und Materialwissenschaftlern, metallische Nanostrukturen in glasartigen Matrices besser zu verstehen. Die Forschung verbindet damit eine sichtbare Eigenschaft alter Kunst mit einer präzisen Beschreibung von Diffusion, Reduktion und Partikelbildung.
Die Analyse historischer Fragmente kann zeigen, was im fertigen Material vorhanden ist, aber sie rekonstruiert den Brennvorgang nur indirekt. Deshalb wollen die beteiligten Forscher als nächsten Schritt Repliken unter kontrollierten Bedingungen herstellen und einzelne Parameter getrennt verändern. So lässt sich prüfen, wie stark Ofenatmosphäre, Glasurzusammensetzung und Metallmischung jeweils auf die entstehende Nanostruktur wirken. Marine Cotte nennt dabei auch Eisen und Zinn als Elemente, deren Rolle noch genauer untersucht werden soll.
Solche Nachbauten könnten erstmals Schritt für Schritt zeigen, wann der metallische Schimmer entsteht und ab welchem Punkt ein Brennversuch in eine matte oder farblich andere Oberfläche kippt. Für die historische Keramik wäre das eine ungewöhnlich direkte Verbindung zwischen Werkstattpraxis und moderner Chemie: Der alte Glanz würde nicht nur analysiert, sondern unter messbaren Bedingungen neu erzeugt und während seiner Entstehung chemisch verfolgt.
Science Advances, Shedding light on the formation mechanisms of Islamic polychrome lusters: A Cu, Fe, Ag micro XANES study; doi:10.1126/sciadv.aeg55
Universitat Politècnica de Catalunya, Chemical reactions behind the iridescent effect in ancient ceramics revealed
The Metropolitan Museum of Art, Lusterware: historical technique and development
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