Bisher war nur bekannt, was sich aus den spärlich erhaltenen Ruinen herauslesen lässt: Die Wassermühlen wurden von einem Aquädukt aus den Hügeln der Umgebung gespeist. Eine Münze von Trajan, in einem Becken oberhalb der Mühlen gefunden, sowie die Baueigenschaften lassen vermuten, dass die Mühle etwa 100 Jahre lang genutzt wurde. Doch die Art der Mühlräder und ihre Nutzungsweise blieben bislang ein Rätsel.

Karbonate enthüllen spannende Zusammenhänge

Prof. Dr. Cees W. Passchier und Dr. Gül Sürmelihindi von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) konnten gemeinsam mit Kollegen aus Frankreich und Österreich die Geschichte der Mühle nun jedoch weiter ausrollen und zwar über im Archäologischen Museum in Arles lagernde Karbonatstücke, also Kalkablagerungen, die sich gegen Ende der etwa hundertjährigen Betriebszeit der Wassermühlen von Barbegal durch das Wasser auf Wänden und Boden des hölzernen Wasserzulaufs gebildet hatten. »Wir konnten zeigen, dass sich die Entwicklungsgeschichte einer Wassermühle über Karbonat zu großen Teilen rekonstruieren lässt«, erläutert Passchier, der das Team leitete. Dazu puzzelten die Forschenden zunächst einen Teil der 140 Stücke zusammen, ordneten sie zu und untersuchten die Schichten anschließend unter anderem per Massenspektrometrie.

Hölzerne Wasserräder und Rinnen wurden ersetzt

Die Ergebnisse veröffentlichte das Forscherteam im renommierten Fachmagazin Geoarchaeology. »Wir konnten beispielsweise zeigen, dass hölzerne Wasserräder und Wasserrinnen nach etwa drei bis acht Jahren ersetzt wurden und dass in einem Fall ein Wasserrad durch ein größeres ersetzt wurde«, sagt Passchier. Dies leiteten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus der merkwürdigen Form der Karbonatschicht ab, die sich in der Wasserrinne gebildet hatte: Während die unteren, frühen Schichten auf ein niedriges Wasserniveau schließen ließen, lagerten sich die neueren Schichten bis in eine größere Höhe in der Rinne ab. Floss anfangs also weniger Wasser durch den Zulauf, später dann mehr? Diese Annahme konnten die Forschenden widerlegen. Denn der Wasserstand, so wiesen sie nach, hätte bei einem horizontalen Verlauf nicht ausgereicht, um ein Mühlrad zu betreiben. Daher ist die einzige mögliche Lösung, dass sich die Orientierung des Zulaufs änderte – von ursprünglich steil und daher mit niedrigem Wasserstand zu flacherer Ausrichtung mit dementsprechend höherem Wasserstand. »Wir konnten auf diese Weise rekonstruieren, dass die gesamte Struktur der Wassermühle geändert wurde«, fasst Passchier zusammen. »Denn hängt man den Zulauf steiler, spritzt das Wasser zu sehr und treibt das Wasserrad nicht effizient an – sinnvoll ist eine solche Änderung nur dann, wenn ein größeres Wasserrad verwendet wird.« Ein Karbonatstück, das sich am Wasserrad gebildet hat, untermauert diese Annahme, denn es weist nicht alle Karbonatschichten, sondern nur diejenigen der letzten Betriebsjahre auf.

Isotopenanalyse zur Einordnung der Nutzungsdauer

Selbst die Nutzungszeit der Mühle konnten die Forschenden mithilfe der Karbonatschichten bestimmen – und zwar über eine Isotopenanalyse. Denn das Karbonat enthält Sauerstoff, wobei Sauerstoffisotopen je nach Wassertemperatur in einem anderen Verhältnis vorliegen. Über die Isotopenzusammensetzung in den Karbonatschichten konnten die Forschenden daher auf die Wassertemperatur und somit auf die Jahreszeiten schließen. Das Ergebnis: Das Karbonat, das im Museum von Arles lagert, wurde über einen Zeitraum von sieben bis acht Jahren in den Wasserkanälen abgelagert. »Die oberste und damit jüngste Karbonatschicht enthält Muschelschalen und Holzstückchen – die Mühle wurde also aufgegeben. Zwar lief das Wasser zunächst weiter, wodurch sich auch das Karbonat weiterhin ablagerte, doch wurde der Zulauf nicht mehr regelmäßig gesäubert«, erläutert Passchier.

Ein weiteres Rätsel konnten die Forschenden ebenfalls knacken. So war bisher nicht bekannt, ob die Anlage als »Komplettanlage« von einem einzigen Betreiber genutzt oder aber die 16 Wasserräder unabhängig voneinander eingesetzt wurden. Den Schichten von drei untersuchte Wasserrinnen zufolge, die sich deutlich voneinander unterscheiden, wurden die Mühlen unabhängig voneinander betrieben – zumindest gegen Ende ihrer Nutzungsdauer. Zudem wurde die Westseite der Anlage deutlich früher aufgegeben als die Ostseite. Letztlich wurden längliche Karbonatstücke aus den Wasserkanälen später, nachdem die Mühlen bereits aufgegeben worden waren, als Trennwände in einem Wasserbecken für andere industrielle Zwecke verwendet.