1 UNTERSUCHUNGSRAHMEN UND UNTERSUCHUNGSVERFAHREN
Das hier vorgelegte Gutachten hat zum Ziel, die Auswirkungen der geplanten Fahrrinnenanpassung der Unter- und Außenelbe an die Containerschiffahrt auf marine Kulturdenkmäler zu überprüfen.
Neben der Erfassung des bisher bekannten Denkmalbestandes im Arbeitsgebiet galt es vor allem, mit marinearchäologischen Prospektionsmethoden die für die Baumaßnahmen vorgesehenen Trassenabschnitte flächendeckend zu untersuchen (vgl. Abb. 1 und für Detaildarstellungen im Anhang A die Abb. A-1 bis A-18).
Schon bei der Bestandsaufnahme wurde deutlich, daß hauptsächlich zwei Kategorien archäologischer Denkmäler von den projektierten Baumaßnahmen betroffen sein könnten. Zum einen handelt es sich um steinzeitliche Fundstellen mit Artefakthäufungen, zum anderen um Schiffswracks des späten Mittelalters und der frühen Neuzeit.
In diesen verschiedenartigen Quellen spiegelt sich gleichzeitig der Wandel wider, dem das Elbstromtal seit dem Ausklingen der letzten Eiszeit bis in die Neuzeit unterworfen war. Zentraler Faktor der Veränderung des Elbtales war der Meeresspiegelanstieg, der das Landschaftsbild tiefgreifend umgestaltete. Stromnahe Bereiche gerieten infolge der fortschreitenden Meerestransgression unter Wassereinfluß und wurden allmählich durch mächtige Sedimentschichten überdeckt. So spielt aus archäologischer Sicht nicht nur der Handels- und Schiffahrtsweg Elbe eine gewichtige Rolle, sondern auch die Elbe bzw. das frühere Elbtal als prähistorische Siedlungslandschaft.
Es ist mit Sicherheit davon auszugehen, daß neben den aufgeführten mittelalterlichen und steinzeitlichen Objekten auch Fundgegenstände anderer Perioden vertreten sind. Da es sich hier häufig um Verlustgegenstände oder auf anderem Wege in die Elbe gelangtes Fundmaterial handelt, ist eine methodische Suche nach ihnen nicht zu realisieren. Bestandserhaltende Maßnahmen können deswegen nicht erfolgen. Es soll bereits an dieser Stelle betont werden, daß aus technischen und methodischen Gründen eine vollständige Erfassung des Denkmalbestandes bzw. aller Fundkategorien nicht möglich war.
Abb. 1: Übersichtskarte der Sonarbefahrungen
Bei der Durchführung der Aufgabe erfuhr ich vielfältige Hilfe. Dr. W. Kramer hat das Unternehmen konzipiert; er hatte auch die organisatorische Leitung inne. Unterstützung in Rat und Tat leistete Dipl.-Ing. (Hydrographie) R. Siemer (Archäologisches Landesamt Schleswig-Holstein), der die Installation der sonaren und digitalen Technik bewerkstelligte. Prof. Dr. G. Wendt und Dipl.-Ing. S. Müller (Institut für Nachrichtentechnik und Informationselektronik der Universität Rostock) führten die Befahrungen mit dem von ihnen entwickelten Sedimentsonar SEL 93 durch. Die Ausarbeitung eines hydrographischen Befahrungsprogrammes, das bei den Meßfahrten eingesetzt werden konnte, erfolgte durch Dipl.-Ing. (Hydrographie) M. Mayer (Hamburg). Ferner danke ich dem Forschungstauchzentrum Kiel, insbesondere Th. Kollatschni und K. Knodt sowie den beteiligten ForschungstauchernNicht unerwähnt bleiben soll die Crew des Meßschiffes "Südfall" mit dem Schiffsführer U. Becker. Abschließend danke ich den beteiligten Fachinstitutionen und Museen sowie dem Bundesamt für Seeschiffahrt und Hydrographie für die gewährte Unterstützung.
Um beurteilen zu können, in welchem Umfang die geplante Fahrrinnenanpassung der Unter- und Außenelbe an die Containerschiffahrt zur Beeinträchtigung von marinen Kulturdenkmälern führt, ist die Erfassung und die genaue Lokalisierung von Fundstellen unerläßlich. Eine Auflistung von archäologischen Denkmälern, die aus der Unter-und Außenelbe stammen, lag bisher nicht vor. Deswegen war als erster Arbeitsschritt eine Aufnahme des Fundbestandes erforderlich. Folgende Museen wurden dafür aufgesucht:
- Hamburg, Museum für Hamburgische Geschichte,
- Hamburg-Altona, Schiffahrtsmuseum Altona,
- Hamburg-Harburg, Hamburgisches Museum für Archäologie (Helmsmuseum),
- Cuxhaven-Stickenbüttel, Wrackmuseum Cuxhaven,
- Stade, Schwedenspeicher-Museum.
Darüber hinaus wurde in den Landesaufnahmen der beteiligten Denkmalpflegebehörden und in der Fachliteratur recherchiert.
Eine weitere wichtige Quelle bildete das Wrackarchiv des Bundesamtes für Seeschiffahrt und Hydrographie (BSH), Hamburg. Diese Datensammlung enthält eine Zusammenstellung aller etwa seit 1950 bekanntgewordenen Wrackstellen und anderer Schiffahrtshindernisse. Dokumentiert sind neben der Tiefe und Position auch Größe, Zustand und Charakter des Objekts. Während eiserne Wracks in der Regel nicht von kulturhistorischem Interesse sind, war es bereits anhand dieser Quelle möglich, eine erste Übersicht zum Vorliegen von hölzernen Schiffen im Arbeitsgebiet zu gewinnen.
1.3 Sonare und taucherische Prospektion
Zur Erfassung und Beurteilung frühneuzeitlicher und mittelalterlicher Schiffswracks ist die sonare und taucherische Prospektion von zentraler Bedeutung. Als Meßschiff kam "MS Südfall" des Forschungs- und Technologiezentrums Westküste der Universität Kiel an 43 Tagen zum Einsatz (Abb. 2). Das 17 m lange Meßschiff wurde auf der Elbe mit hydroakustischen und hydrographischen Einrichtungen eingesetzt, deren Aufbau und Zusammensetzung in einem marinearchäologischen Forschungsvorhaben auf der Ostseeförde "Schlei" (Hydroakustische Untersuchungen ... Seesperre in der Schlei) entwickelt worden waren. Die Lateralränder der Baggertrasse und die ausgewiesenen Baggerungsgebiete wurden im Zuge der Meßfahrten mit hydroakustischen Meßmethoden erfaßt. Dabei stand die Suche nach bisher unbekannten Wrackstellen im Vordergrund. Die vorprogrammierten Befahrungsrouten wurden genau abgefahren und digital aufgezeichnet, so daß eine graphische Darstellung der mit dem Sonar untersuchten Meßgebiete vorgelegt werden kann (vgl. Abb. A-1 bis Abb. A-18). Die dort verwendeten Kilometerangaben sind wie jene des folgenden Textes ausschließlich Fahrrinnnenkilometer der neuen Kilometrierung (N), wenn sie nicht ausdrücklich als Stromkilometer (A) ausgewiesen sind.
Abb. 2: Meßschiff "Südfall" während einer Sonarfahrt
Neben der flächigen Erfassung wurden gezielte Kontrollbefahrungen einzelner Objekte durchgeführt. Außer sonaren Anomalien, die während der Befahrungen festgestellt werden konnten, wurden auch bereits bekannte hölzerne Wracks im Meßgebiet in höherer Auflösung erfaßt. Bei letzteren handelt es sich um Wrackstellen, die bereits im Wrackarchiv des BSH verzeichnet waren. Zentralen Stellenwert bei der Durchführung sonarer Messungen hat die genaue Positionsbestimmung. Ohne präzise Ortung ist die Wiederauffindung von Schiffswracks und das Betauchen von Wrackstellen wesentlich erschwert. Die Bereitstellung exakter Ortungsdaten erfolgte durch ein Differential GPS mit fünf parallelen Kanälen. Bei störungsfreiem Betrieb ermöglicht es Meßgenauigkeiten mit einer Abweichung von 2 m.
Durch die sonaren Aufzeichnungen konnten lediglich Daten zur Lage, zum gegenwärtigen Erhaltungsgrad und zur Größe von Schiffen gewonnen werden. Erst durch eine taucherische Prospektion war es möglich, weitere Aussagen zu treffen. Die Taucheinsätze dienten auch zur Klassifizierung sonarer Anomalien, die durch Schiffswracks verursacht sein können, häufig aber anderen Ursprungs sind.
Die Altersbestimmung neuidentifizierter oder bekannter Schiffswracks erfolgte durch Probennahme von Bauhölzern oder durch die Bergung von Ladungsgegenständen. Schiffsbauteile aus Eichenholz ermöglichen häufig eine dendrochronologische Datierung. Hinweise zur chronologischen Fixierung konnten auch anhand von Ausrüstungsgegenständen oder Ladungsteilen gewonnen werden.
1.3.1 Prospektion mit dem Klein-Sonar 595
Als Prospektionsmethode bei der Objektsuche im marinen Bereich hat sich der Einsatz von hochauflösenden Sidescansonaren durchgesetzt. Die Wirkungsweise des eingesetzten Sidescan (Seitensicht)-Sonars beruht auf der Beschickung des Seegrundes mit hochfrequenten Schallwellen durch einen Schleppkörper, der als Sender und Empfänger dient. Hochfrequente Schallwellen dringen nicht oder nur geringfügig ins Sediment ein und ermöglichen nur das Abgreifen von Oberflächenstrukturen. Der ausgesandte Schall wird am Seegrund reflektiert und von dem Empfänger aufgenommen. Der aufgenommene Schallrücklauf wird gewandelt und zum Recorder, der mit einer Druckeinrichtung ausgestattet ist, weitergeleitet. Anomalien im Meßgebiet, wie herausragende Objekte, aber auch Zonen mit unterschiedlicher Sedimentzusammensetzung, lassen sich mittels eines Ausdruckes visuell darstellen.
Als Grundeinstellungen wurden überwiegend die 500 KHZ Frequenz und "ranges"(laterale Bestreichungsbreiten) zwischen 50-75 m gewählt. Flächendeckend erfaßt wurden jene Fahrrinnenbereiche, die von der geplanten Baumaßnahme tangiert sind. Darüber hinaus wurden die Baggertrassenränder auf der gesamten Strecke befahren. Die Trassenränder wurden untersucht, da es aufgrund morphologischer Veränderungen durch Nachlauf und Sedimentabtrag besonders an den Abböschungen zur Freilegung ehemals eingesandeter Schiffswracks kommen kann.
Die während der Befahrungen erzeugten Sonogramme werden im archäologischen Landesamt Schleswig-Holstein verwahrt. Sie enthalten genaue Ortsangaben, so daß sie auch für spätere, vergleichende Untersuchungen genutzt werden können.
Bei der sonaren Prospektion waren zahlreiche Anomalien zu orten, deren Charakter zunächst häufig unbestimmbar war. Auffällige Untergrundveränderungen wurden zur Kontrolle nochmals mit größerer Auflösung bzw. verminderter Range aus verschiedenen Ansichtswinkeln sonar befahren. Zusätzlich wurden diese Zielpunkte mit einem niederfrequenten Lot bestrichen (Typ Fahrentholtz). So war eine genaue Tiefenangabe möglich, die wiederum das Seegrundrelief darstellen läßt. Wrackkörper stören das Seegrundrelief nämlich zumeist infolge Kolkbildung.
1.3.2 Prospektion mit dem Sedimentsonar SEL 93 der Universität Rostock
Die Wirkungsweise aller Sedimentsonare basiert auf der Verwendung von niederfrequenten Schallquellen. Im Rahmen der Meßfahrten kam das Sedimentsonar SEL 93 - ein Prototyp mit neuen Leistungseigenschaften - acht Tage lang in verschiedenen Gebieten der Unter- und Außenelbe zum Einsatz. Das Sedimentsonar wurde u.a. in dem erwähnten marinearchäologischen Forschungsunternehmen entwickelt. Ziel war die Ortung einsedimentierter Wracks. Im Bereich des Mühlenberger Lochs galt es gleichzeitig, die geologische Strukturierung zu erfassen.
Das eingesetzte Sedimentsonar SEL 93 der Universität Rostock zeichnet sich durch hohe Auflösung aus. Nach Angaben von Prof. Dr. G. Wendt und Dipl. Ing. S. Müller wird dies durch die Anwendung neuer physikalischer Wirkprinzipien erreicht, die es ermöglichen, niederfrequente Signale gerichtet und mit großer Bandbreite abzustrahlen (WENDT 1993/ MÜLLER; MERKEL; FÖRSTER 1993). Mit niederfrequenten Ortungssignalen läßt sich eine hohe Eindringung auch in festere Sedimente erzielen. Große Bandbreiten gestatten die Aussendung extrem kurzer Signale.
Einsedimentierte Wracks können mit hydroakustischen Mitteln generell erfaßt werden. Voraussetzung dafür ist, daß das Wrack vom Schall getroffen wird, und sich die akustische Impedanz (Produkt aus Dichte und Schallgeschwindigkeit) von der des umgebenden Sediments unterscheidet
Als Meßgebiete wurden Stellen gewählt, bei denen im Zuge der geplanten Baumaßnahmen eine Sohlerniedrigung von mehreren Metern vorgesehen ist. Dies trifft auf den Abschnitt nördlich des Leitdammes Kugelbake (Strom-km 734-737 A) zu, wo in Verbindung mit der Fahrrinnenvertiefung eine Kurvenabflachung mit Abtragshöhen bis zu 4,5 m projektiert ist. In diesem Areal fand eine fünftägige Befahrung mit dem Sedimentsonar statt (Abb. A-17). Des weiteren wurde das für die Mergelklappgrube vorgesehene Areal im Bereich des Mühlenberger Lochs prospektiert (Abb. A-18). Die Befahrungen wurden in Form von 10 bzw. 20 m auseinanderliegenden stromparallelen Profilen durchgeführt. Daneben wurden auch zahlreiche Profile quer zur Stromrichtung angelegt.
1.3.3 Grenzen der eingesetzten Prospektionsmethoden
Wie bereits bei der Beschreibung der Wirkungsweise des Seitensichtsonars erwähnt, ist mit diesem Sonartyp nur eine Erfassung von Oberflächenstrukturen möglich. Vollständig versandete bzw. einsedimentierte Wracks entziehen sich der Bestandsaufnahme.
Durch die ständige Umlagerung der Sedimente verändert sich jedoch auch das Aussehen der Stromsohle im Bereich der Baggertrasse (WOLF; WITTEN 1995, Anlage 2.2). Freikommen und Versandung von Wracks sind deswegen reversible Prozesse. Dies ist anhand des Wrackregisters des BSH gut zu belegen (vgl. Kapitel 4.1.1.1 Wrack BSH-Nummer 966).
So ließen sich auch im Zuge der gutachterlichen Tätigkeit bei der Kontrollbefahrung des Wracks am Kratzsand (Wrack BSH Nummer 1566) starke Sedimentumlagerungen nachweisen.
Abb. 3: Wrack BSH-Nummer 1566. Aufnahme vom 27.10.1994
Abb. 4: Wrack BSH-Nummer 1566. Aufnahme vom 08.08.1995
Die im Abstand von neun Monaten aufgenommenen Zustandsdarstellungen der Wrackstelle lassen markante Veränderungen erkennen. Die Wrackteile lagen 1994 wohl kurzfristig frei, was auch zur Entdeckung der Wrackstelle führte. Zu diesem Zeitpunkt war der auseinandergebrochene Schiffskörper auf voller Länge erkennbar (Abb. 3). Seit den ersten Befahrungen setzte wieder die Aufsedimentation ein, die bis zum Juli/August 1995 schon zu einer weitgehenden Abdeckung des Schiffsrumpfes geführt hatte. In der Sonaraufzeichnung sind lediglich noch vier mittschiffs gelegene Bauteile sichtbar, die aus dem Meeresgrund herausragen (Abb. 4). Auf den Bereich der Baggertrasse bezogen besteht daher die Möglichkeit, daß sich manche Wrackstellen trotz der sonaren Prospektion nicht erfassen ließen.
Innerhalb der Baggertrasse befinden sich sowohl Akkumulationszonen als auch Erosionszonen. In Bereichen, in denen strömungsbedingt Abtrag vorherrscht, ist mit dem Freikommen von Schiffskörpern zu rechnen. Dies läßt sich beispielsweise im Strombogen vor Cuxhaven und vor Brokdorf belegen, wo ein gehäuftes Vorkommen hölzerner Wracks nachweisbar ist. Diese Massierung dürfte auf die Prallhanglagen, im Bereich vor Cuxhaven zusätzlich auf relativ hohe Strömungsgeschwindigkeiten zurückzuführen sein. In Akkumulationszonen muß dagegen damit gerechnet werden, daß eingesandete Schiffskörper vorliegen und deswegen ein Nachweis mit dem Sidescansonar nicht gelingt. Zonen mit starkem Sedimentauftrag sind aufgrund der ausgewiesenen Unterhaltungsbaggermengen unschwer zu lokalisieren. Hier seien beispielsweise die Bereiche des Osteriffs, der Rhinplatte und des Juelssandes genannt (vgl. WOLF; WITTEN 1995, Kap. 8).
Welche Konsequenzen für eingesandete Wracks sind nun im Falle einer Baggerung zu erwarten? Da die Höhe eines Schiffwracks mehrere Meter beträgt, Schiffskörper häufig verkippt liegen und zudem oft einzelne Teile weit aus dem Schiffskörper herausragen, ist seine vollständige Versandung erst bei sehr mächtigen Auflagerungen möglich.
Liegt ein Wrack in waagerechter Position kieloben unter dem Sediment, wird schon eine geringe Baggerungstiefe zu einer völligen Zertrümmerung des Schiffskörpers führen; dies wird nicht der Fall sein, wenn das Schiffswrack in mehr oder weniger gekippter Lage aufrecht im Sediment ruht (Abb. 5). Generell jedoch sind erhebliche oder vollständige Verluste eher in Trassenbereichen mit größeren Baggerungstiefen zu erwarten.
Abb. 5: Schematisierte Darstellung von versandeten Schiffswracks in verschiedenen Verkippungspositionen
Durch den komplementären Einsatz eines Sedimentsonars wurde versucht, der Problematik, mit dem Sidescansonar nicht in die Tiefe suchen zu können, entgegenzuwirken. Ein ständiger Einsatz war aus verschiedenen Gründen nicht möglich: Im Gegensatz zum Seitensichtsonar arbeiten Sedimentsonare nicht flächendeckend, sondern in vertikaler Richtung. Um etwa die Objekterfassung von Wracks mit einer Größe über 10 m zu gewährleisten, muß mit dem Sedimentsonar eine gitternetzartige Befahrung in einem Raster von unter 10 m Seitenlänge erfolgen; der Befahrungsaufwand potenziert sich dadurch. Der Einsatz von Sedimentsonaren bietet beim gegenwärtigen Stand der Technik deshalb keine Erfolgsgarantie. Erschwert wird die Wrackerkennung auch durch heterogene Strukturen des Sedimentkörpers, wie sie unter anderem bei Strömungsrippeln, großen eingelagerten Steinen oder Gasansammlungen gegeben sind.
Die Messungen werden durch weitere Faktoren eingeschränkt. Eindringtiefen und Auflösung sind unter anderem von der Sedimentzusammensetzung abhängig. Auch die Befahrungsgeschwindigkeit wirkt sich auf das Ergebnis aus. Gerade in einem Tidegewässer wie der Unter- und Außenelbe ist eine angestrebte niedrige Geschwindigkeit bei vorgegebenem Kurs nur unter Idealbedingungen einzuhalten. Ungünstige Witterungsbedingungen, insbesondere Seegang, führen zu akustischen Störungen und auch zu ungewollten Bewegungen des Schallwandlers. Dies kann sich im Meßergebnis in der Verringerung der möglichen Eindringtiefe und geringerer lateraler und vertikaler Auflösung äußern.
Magnetometrische Messungen schienen im Untersuchungsgebiet nicht erfolgversprechend zu sein, da besonders im Bereich der Baggertrasse zu viele störende Metallkörper verschiedenster Herkunft enthalten sein dürften. Für die Bestandserfassung historisch relevanter Schiffswracks scheint diese Methode - und dies ebenfalls mit vielen Einschränkungen - nur nach bereits erfolgter Ortung Aussagemöglichkeiten zu bieten.
Bohrungen sind zur Auffindung von Siedlungsstellen eine häufig verwendete und erfolgversprechende Prospektionstechnik. Organische Ablagerungsschichten oder geologische Schichtungen, die von archäologischem Interesse sind, lassen sich zumeist ohne Schwierigkeiten erkennen. Dadurch gelingt es, Ausdehnung und Umfang archäologischer Fundstellen zu bestimmen.
Archäologische Fundschichten sind häufig an bestimmte geologische Sedimentationen gebunden. Für die Unterelbe besteht die Vermutung, daß bestimmte Funde nur in geologischen Bildungen auftreten, die in mehreren Metern Tiefe liegen. Hierbei kommen, soweit überhaupt Beobachtungen vorliegen, Torf- und Kieshorizonte in Frage.
Aufgrund einer starken Fundkonzentration bei Blankenese war es im Gebiet des Mühlenberger Loches nötig, Sondierungen durchzuführen, da an dieser Stelle die Anlage einer Mergelklappgrube geplant ist. Um detailliertere Informationen zum geologischen Aufbau und zur Sedimentzusammensetzung zu erhalten, wurden in diesem Areal zehn Wasserbohrungen im Trockenbohrverfahren niedergebracht.