Landesamt für Denkmalpflege und Archäologie Sachsen-Anhalt
Landesmuseum für Vorgeschichte
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Alles strahlt hell

Der Nobelpreisträger für Physik und die Tranfunzel

Spektralverteilung in Abhängigkeit der Temperatur nach der Planckschen Strahlungsformel
Spektralverteilung in Abhängigkeit der Temperatur nach der Planckschen Strahlungsformel

Alles strahlt. Ein Körper, der wärmer als 0 Grad K (-273 Grad C) ist, gibt elektromagnetische Strahlung an seine Umgebung ab. Die Strahlung erstreckt sich über ein breites Band von Wellenlängen, von Infrarot (= Wärmestrahlung) über sichtbares Licht hin bis zum Ultraviolett. Die Funktion von Wellenlänge und Intensität ist eine Kurve, deren Form und Maximum von der Temperatur des Körpers abhängt. Max Planck, Begründer der modernen Quantenchemie (Nobelpreis 1918), hat für einen idealen Körper (eine runde, absolut schwarze Kugel) die Gesetzmäßigkeit dieser Abhängigkeit entwickelt. Ohne auf die Details der "Planckschen Strahlungsformel" (s. Abb.) eingehen zu wollen: sie besagt, dass die emittierte Strahlung ("Schwarzkörperstrahlung") mit steigender Temperatur immer kurzwelliger wird. Das bedeutet, dass eine z.B. 500 Grad C heiße Herdplatte im Dunkeln ein gerade erkennbares, rotes Leuchten abgibt, aber spürbar viel "Wärme" (infrarotes Licht) abstrahlt. Mit steigender Temperatur steigen Intensität  und Anteil kürzerwelliger Strahlung, und damit die des sichtbaren Lichtes. Die Folge: das Licht wird heller, und "weißer".

Auch die Flamme einer Öllampe beruht auf dieser Körperstrahlung. Sind Flammen denn eigentlich Körper? Nicht, wenn sie nur aus heißen Gasen bestehen, wie etwa die nicht leuchtenden Flammen eines Campinggas- oder Bunsenbrenners. Die leuchtenden Flammen einer Kerze, eines Holzfeuers aber enthalten feinste Rußpartikel, die in der Flamme entstehen, wenn der Brennstoff unvollständig umgesetzt wird.  Die Rußteilchen erfüllen sogar die planckschen Kriterien besonders gut - sie sind schwarz und rund. Die Temperatur der leuchtenden Zone einer gewöhnlichen Fettlampen-Flamme beträgt ca. 1200 - 1400 Grad C (= ca. 1470-1670 K).

Betrachtet man die Intensitätskurve für diese Temperatur (s. Abbildung oben), so sieht man, dass nur ein verschwindend kleiner Teil der emittierten Strahlung in den Bereich sichtbaren Lichtes fällt. Der bei weitem überwiegende Teil ist Wärme- (Infrarot-) Strahlung. In der Tat ist der "Wirkungsgrad" der Öllampen (wie die der Kerzen) in Bezug auf   sichtbares Licht erbärmlich gering: etwa ein Tausendstel der eingesetzten Energie wird in sichtbares Licht umgewandelt, der Rest ist Wärmestrahlung. Werte: normale Öllampe oder Stearinklerze: ca. 0,1 lm/W (Lumen pro Watt), römische "Firmallampe mit Kammflamme 0,15 - 2,0 lm/W, Petroleumlampe mit Glaszylinder ca. 0,25 lm/W). 

Will man nun die Lichtausbeute erhöhen, muss die Flamme heißer werden - und das gelingt durch Zufuhr von mehr Sauerstoff. Theoretisch wusste man dies erst seit den Arbeiten des französischen Chemikers Lavoisier (1743 - 1794), und zwei seiner Schüler (Leger und Argand) gelten als die Erfinder der "modernen" Öl- und Petroleumlampen mit Flach- oder Röhrendocht und Glaszylinder. Vermutlich nicht ganz zu recht, wie Beobachtungen und Messungen an  römischen Firmalampen vermuten lassen.

Ein Optimum an Lichtausbeute erhält man übrigens erst bei ca. 5000 Grad Celsius - das ist etwa die Temperatur der Sonnenoberfläche, und selbst der Wolfram-Glühfaden einer Glühbirne erreicht diese Temperatur bei weitem nicht (ca. 2500 Grad, Wirkungsgrad ca. 12 lm/W). Etwas höhere Temperaturen erreicht der Wolframfaden in Halogenlampen, ein besonderes Gasgemisch (organische Halogenverbindungen) verhindert, dass der Wolframfaden bei den hohen Temperaturen verdampft. Lichtausbeute: ca. 22 lm/W. Vorgeschichtliche Öllampen könnten eine solche Temperatur niemals erreichen, selbst nicht in einer reinen Sauerstoffatmosphäre und mit noch so ausgetüftelter Konstruktion.  

Aus dem dunklen Vergangnen - Lux und Luxus, Dark Ages und Hunger

Bis zur Entdeckung und Ausbeutung der Erdölvorräte im 19. Jahrhundert und dem damit aufkommenden Petroleum standen den Menschen nur zwei künstliche Lichtquellen zur Verfügung:

Holz- und Kienspanfeuer oder aber Dochtleuchten. Erstere haben den Nachteil, dass sie kein ruhiges Licht abgeben, bei dem man einer konzentrierten Beschäftigung nachgehen könnte. Sie flackern, rußen, und bedürfen der intensiven Betreuung.

Zu einer gleichmäßigen, ruhigen Beleuchtung, wie man sie für die meisten produktiven Verrichtungen benötigte - etwa Nähen, Weben, Auf- und Zubereiten von Nahrung, Lampenbauen - eignen sich nur Dochtleuchten, d.h. Kerzen oder Talg-, Tran- und Öllampen. Als Brennmittel eigneten sich dafür jedoch nur Fette und Wachse.

Schon eine kleine, ca. 2-3 cm hohe Ölflamme (Lichtstärke etwa die einer Kerze) verbraucht 8 g Öl pro Stunde (Baumwolldocht, ca 1 cm lang, 0,5 cm dick). Dies entspricht einem "Nährwert" von etwa  300 KJ pro Stunde bzw. 7296 KJ pro Tag. Dies ist etwa der durchschnittliche Energiebedarf eines Menschen. Und eine solche Flamme reicht gerade einmal zu einer notdürftigen Beleuchtung.  Ausbeute: ca. 0,1 Lumen/Watt, wie Messungen am LDA ergeben haben. Der Energieverbrauch ist gewaltig - eine solch einfaches Lichtlein hat eine Leistungsaufnahme von 85 Watt.  Eine größere Flamme (1,5 cm Docht, 0.5 cm Dicke, Höhe der Flamme ca. 5 cm, leicht rußend) verbraucht schon 20 g Öl pro Stunde, das sind 760 KJ pro Stunde, der Energieverbrauch beträgt damit schon über 200 Watt (Man vergleiche dies mit der Lichtausbeute einer 200-Watt Halogenlampe!). Selbst die ausgereiften römischen Firmalampen stehen zwar mit 0,15-0,2 Lumen/Watt geringfügig besser da,  aber auch sie lösten das Grundproblem nur marginal. Selbst mit der aufsehenerregenden Erfindung der "Argandlampe" mit Glaszylinder zu Ende des 18. Jahrhunderts (die eine Ausbeute von bis zu 0,25 Lumen/Watt ergab), blieb Licht (Lux) ein teurer Luxus. 

Die Konstruktion des abgebildeten Leuchters aus Schwerzau zeigt, dass man trotz des leichter verfügbaren Rüböls dennoch keinen Tropfen Öl verschwendet. Das aus der Schnauze beim Brennen gelegentlich ablaufende Öl kriecht am Ständer entlang in die darunter befindliche ringförmige Auffangschale, von dort läuft es durch zwei darin angebrachte Löcher in den hohlen Fuß, wo es sich sammelt und über den schräg seitlich daran befindliche Ausgusstülle wieder entnommen werden kann. Rapsöl enthält viele mehrfach ungesättigte Fettsäuren, vor allem Linolsäure (die eingangs erwähnte Erucasäure ist nur ein Nebenbestandteil). Es rußt unangenehm stark, und die Flamme brennt nicht sehr hell - aber gegenüber totaler Finsternis war das ein ungeheurer Fortschritt.
Die Konstruktion des abgebildeten Leuchters aus Schwerzau zeigt, dass man trotz des leichter verfügbaren Rüböls dennoch keinen Tropfen Öl verschwendet. Das aus der Schnauze beim Brennen gelegentlich ablaufende Öl kriecht am Ständer entlang in die darunter befindliche ringförmige Auffangschale, von dort läuft es durch zwei darin angebrachte Löcher in den hohlen Fuß, wo es sich sammelt und über den schräg seitlich daran befindliche Ausgusstülle wieder entnommen werden kann. Rapsöl enthält viele mehrfach ungesättigte Fettsäuren, vor allem Linolsäure (die eingangs erwähnte Erucasäure ist nur ein Nebenbestandteil). Es rußt unangenehm stark, und die Flamme brennt nicht sehr hell - aber gegenüber totaler Finsternis war das ein ungeheurer Fortschritt.

Der in der Ausstellung gezeigte römische Kandelaber mit 12 solcher Flammen hat einen stündlichen Ölverbrauch von 240 g Öl. Künstliche Beleuchtung als Nahrungskonkurrent ? Prinzipiell ist das bei Kerzen nicht anders.

Ihre Energiebilanz ist ähnlich, bei Talgkerzen wird auch prinzipiell Essbares verbrannt. Bienenwachs selbst ist zwar kein Lebensmittel, aber seine Verfügbarkeit ist begrenzt - es ist Nebenprodukt der Honiggewinnung, und daher auch eher den Luxusgütern zuzurechnen. "Luxuria" (Luxus) als Ableitung von "lucem urere" (Lichtbrennen) ?

Deutschland im Dunkeln?

Vielleicht ist das der Grund, weswegen sich in Mitteldeutschland so wenig archäologische Zeugnisse künstlicher Beleuchtung finden lassen? Klischeehaft gesagt: Während zumindest die soziale Oberschicht im 2. - 4. Jahrhundert im nur  400 km (Luftlinie) entfernten römischen Köln sich dem fröhlichen Nachtleben im Scheine luxuriöser Leuchter oder einfacher Lämpchen frönte -  war im hiesigen "Barbaricum" ab Sonnenuntergang "nichts mehr los" ? Was taten die Menschen in den langen Winternächten mit 16 Stunden Dunkelheit ? Wenn Licht tatsächlich ein so hohes Luxusgut war, bleibt die Frage: Was machte der Mensch im Dunkeln ? Viele produktive Tätigkeiten kann er eigentlich nicht verrichtet haben. Könnte das - neben vielen anderen Gründen - Ursache sein, weshalb die Zivilisation der nördlichen Länder lange Zeit nicht an die des mediterranen Siedlungsraumes heranreichte - mangelnde Produktivität, weil keine Ölüberschüsse zur Beleuchtung vorhanden waren ? Die ohnehin knappen Lebensmittelvorräte im Winter wird man sicher nicht unnötig in Lampen verbrannt haben....

Im Mittelalter sah der gemeine Mensch in hiesigen Breiten künstliches Licht fast nur in den Kirchen. Lichter und Leuchter sind ein Zeichen von Pracht und (göttlicher "Herrlichkeit"), und  Licht ist ein wichtiges religiöses Motiv, wie an anderer Stelle noch ausgeführt werden soll.

Nicht erst seit Erfindung des Rapsdiesels: Sachsen-Anhalts Ölfelder weisen den Weg aus der Energiekrise

Erst im 16. Jahrhundert deutet sich in Sachsen Anhalt der Ausweg aus dem "finsteren Mittelalter" an. Ab Mitte des 16. Jahrhunderts breitet sich der Anbau des Rübsen, später auch des Raps, in Deutschland aus. Technisch verbesserte Ölmühlen liefern Raps- und Rüböl. Nun scheint Öl auch für breitere Schichten halbwegs erschwinglich zu sein. Wegen seines Gehaltes an  Erucasäure (C22-1 einer langkettigen, einfach ungesättigten Fettsäure, die schwer verdaulich ist) eignete sich das Öl für die menschliche Ernährung nur bedingt (erst das Öl neu gezüchtete Rapssorten (0-Raps) enthält so wenig Erucasäure, daß man es bedenkenlos in der Küche verwenden kann). An den Ausgrabungsbefunden von Schwerzau, einem kleinen Dorf bei Zeitz, das dem Braunkohletagebau weichen musste, lässt sich der kleine Schritt aus der Finsternis verfolgen. Das Dorf wurde im Vorfeld des Abbruchs fast vollständig ergraben, die Grabung gewährt damit einen unbestechlichen Einblick in die Alltagskultur eines Dorfes in Mittelalter und Neuzeit.  Nach Aussage des Ausgräbers, dem Archäologen Peter Rudolf, sind im  Fundmaterial ab dem 16. Jahrhundert plötzlich auffallend viele Fragmente, teils auch komplette Exemplare, von Öllampen vertreten. Die Leuchter sind in Schwerzau seit dem 16. Jahrhundert plötzlich so reich vertreten, dass man annehmen kann, sie seien in jedem Haushalt vorhanden gewesen. Über die Gründe kann man spekulieren - einer erscheint aber besonders "einleuchtend": Die mitteldeutschen  Ölfelder. Sie bringen endlich etwas Licht in die finsteren Bauernstuben. Raps und Rübsen dürfte in der Gegend um Schwerzau auch angebaut worden sein, vielleicht hat man das Öl auch irgendwo im Umland, beispielsweise in Zeitz, günstig erwerben können.