Die Hydraulik der weltweit ersten Industrieanlage

Wassermühlen gehörten zu den ersten Energielieferanten, die nicht auf die Muskelkraft von Menschen oder Tieren angewiesen waren. Im Römischen Reich dienten sie zur Herstellung von Mehl und dem Sägen von Holz und Stein. Die Wassermühlen von Barbegal – als einer der ersten Industriekomplexe in der europäischen Geschichte – sind ein herausragendes Beispiel für die damalige Entwicklung. Der Mühlenkomplex bestand aus 16 Wasserrädern in einer parallelen Anordnung von jeweils acht Rädern, die durch zentrale Gebäude getrennt waren und von einem Aquädukt gespeist wurden. Die oberen Teile der Anlage wurden zerstört und von den Holzkonstruktionen sind keine Spuren erhalten, weshalb die Art der Mühlräder und ihre Funktionsweise lange ein Rätsel blieben.

Erhalten blieben jedoch Kalkablagerungen, die sich durch das Wasser auf den Holzbauteilen gebildet hatten. Sie wurden im archäologischen Museum in Arles eingelagert und erst vor kurzer Zeit im Detail untersucht. Dabei fanden die Forschenden eine Art Abdruck einer ungewöhnlichen, ellenbogenförmigen Wasserrinne, die Teil der Konstruktion gewesen sein muss. "Wir haben Messungen der Wasserbecken mit hydraulischen Berechnungen kombiniert und konnten so zeigen, dass die Wasserrinne, zu der dieses ellenbogenförmige Stück gehörte, sehr wahrscheinlich die Mühlenräder in den unteren Becken des Komplexes mit Wasser versorgte", sagt Cees Passchier. "Die Form dieser Wasserrinne war von anderen Wassermühlen nicht bekannt, weder aus römischer noch aus jüngerer Zeit. Wir haben daher gerätselt, warum die Rinne so konstruiert wurde und wozu sie diente."

Auf den ersten Blick erschien dem Team eine solche Wasserrinne unnötig und sogar nachtteilig, weil dadurch die Höhe verkürzt wird, aus der das Wasser auf das Mühlrad fällt. "Unsere Berechnungen zeigen jedoch, dass die seltsam geformte Rinne eine einzigartige Anpassung für die Mühlen von Barbegal darstellt", erklärt Passchier. Die Verteilung der Kalkablagerungen in der ellenbogenförmigen Rinne zeigt, dass sie entgegen der Stromrichtung leicht nach hinten geneigt war. Dadurch wurde eine maximale Fließrate im ersten, steilen Teil der Rinne erzeugt und gleichzeitig erhielt der Wasserstrahl auf dem Mühlrad den richtigen Winkel und die richtige Geschwindigkeit. In der komplizierten Mühlenanlage mit den kleinen Wasserbecken war diese einzigartige Lösung effizienter als die Benutzung einer traditionellen, geraden Wasserrinne. "Das zeigt uns den Einfallsreichtum der römischen Konstrukteure, die den Komplex gebaut haben", sagt Passchier. "Eine weitere Entdeckung war, dass das Holz der Wasserrinne wahrscheinlich selbst mit einer mechanischen, von Wasser angetriebene Säge gesägt wurde. Dies stellt möglicherweise die früheste Anweisung für eine mechanische Holzsäge dar – wiederum ein Beweis für eine industrielle Tätigkeit in der Antike." Passchier weist darauf hin, dass die Forschungsarbeiten von einem multidisziplinären Team aus Expertinnen und Experten der Geologie, Geochemie, Hydraulik, Dendrochronologie und Archäologie durchgeführt wurden.

Die Kalkablagerungen, die sich auf den antiken Wasserbauten bildeten, sind für die Forschenden ein wichtiges Werkzeug für archäologische Rekonstruktionen. Bereits in einem früheren Projekt konnte das Team um Cees Passchier zeigen, dass das Mehl der Barbegal-Mühlen vermutlich der Herstellung von Schiffszwieback diente. "Die Kalkablagerungen liefern uns extrem spannende Einsichten in die Fähigkeiten der römischen Techniker zu einer Zeit, die als direkter Vorläufer unserer Zivilisation zu sehen ist", fügt Passchier hinzu. Der Wissenschaftler war von 1993 bis 2019 Professor für Tektonophysik und Strukturgeologie am Institut für Geowissenschaften der JGU und ist seit 2019 Seniorforschungsprofessor in Geoarchäologie in Mainz.