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Conference Proceedings: Gemstones in the first Millennium

Researchers from different fields like archaeology, history, philology and natural sciences present their studies on ancient gemstones. Using precious minerals as an example, trade flows and craftsmanship, but also utilisation and perception are discussed in a cross-cultural and diachronic approach. The present volume aims at three main questions concerning gemstones in archaeological and historical contexts: »Mines and Trade«, »Gemstone Working« as well as »The Value and the Symbolic Meaning(s) of Gemstones«.


This volume contains the proceedings of the conference »Gemstones in the first Millennium AD« held in autumn 2015 in Mainz, Germany, within the scope of the BMBF-funded project »Weltweites Zellwerk – International Framework«.

You can preview the table of content and a preface here.

Introducing the International Framework project

Dieter Quast and Alexandra Hilgner from the Römisch-Germanisches Zentralmuseum (RGZM) in Mainz explain the initial questions of the project “Weltweites Zellwerk – International Framework” regarding the origin and development of garnet cloisonné jewellery in the early middle ages. Garnet gemstones from India arrived in a vast amount during the 6th century in the Merovingian kingdom in central Europe. In the 7th century, the cloisonné jewellery style was suddenly disappearing. Was it because of a change in fashion or did something happen to the former trade routes? The International Framework project, organised by the RGZM, the SAI Heidelberg and the LVR-LandesMuseum, Bonn with partners in Sweden, the UK and Hungary tries not only to find answers to these questions regarding the value and the meaning of the gemstone garnet, but also to understand the international trade and economic interactions in the “dark ages”.

Technical Experiments 1: Producing a piece of silver foil

As an alternative to high karat gold foils fire-gilt silver foils have been used to produce the patterned Early Medieval backing foils. For my experiments, I needed a silver foil of a material thickness of 0,025 to 0,03 mm. My starting material was a sheet the size of 10×10 cm and a thickness of 1 mm. It was composed of 93,5% silver, 6,2% copper and 0,3% zinc. The authentic way to reduce the metal thickness would have been to draw down the material by forging. but to save time I decided to thin the sheet by rolling using a hand-operated rolling mill. The metal is worked in a cold state. It is primarily stretched in length. Because the process creates stresses in the crystal structure, the workpiece has to be annealed after several passes though the rolls: You have to heat it to a red state and then cool it down. Rolling the silver sheet to a material thickness of 0,03 mm would mean that its length expands up to 4 m! So repeated cutting off of smaller pieces was necessary. I started to roll the sheet immediately, reducing the distance between the rollers step by step, and I could go on until a material thickness of 0,1 mm was reached. Then the gap between the rollers couldn’t be made any smaller. So I continued sandwiching the silver between two copper sheets. During the whole rolling process the workpiece had been periodically annealed. The thinner the sheet became the greater was the danger of melting. Finally, I held two silver sheets, sizes 2,7×6,6 cm and 2,7×5,2 cm, of a material thickness of 0,03 mm in my hands, with some small stress cracks along the edges and both a little bit warped, probably because of an irregular roller pressure.

Fig.1: surface area melted during the annealing process, image field: 10,5×15,5 mm (photo: RGZM/Stempel)
Fig. 2: stress cracks along the edge of the sheet, image field: 8×12,6 mm (photo: RGZM/Stempel)


Lit.: E. Brepohl, Theory and Practice of Goldsmithing, Brunswick 2001.

Manufacturing and uses of backing foils – some technical experiments

Hello, I am Christiane Stempel, goldsmith, conservator and responsible for the technological examination of Early Medieval garnet objects that have been brought to the Römisch-Germanisches Zentralmuseum in Mainz for scientific analyses within the project “Weltweites Zellwerk”.

During my work, I made some observations that raised questions regarding the manufacturing and the use of the patterned foils behind the garnets.

Fig. 1: Schematic figure of an Early Medieval garnet cloisonné (photo: RGZM/Ober)

Transparent stones were often underlaid with gold foils to reflect the light through the stone. This is particularly important when the stone is backed up with cement. In the Early Medieval period textured backing foils were used on a large scale. The three-dimensional pattern increased the reflective effect. I examined a great number of objects from different find-spots in Sweden, Anglo-Saxon England and the Rhineland and I found all the varieties of pattern commonly known from the literature such as standard waffle, boxed waffle (Varying in the number of enclosed squares [9 to 25]), ring-and-dot, lozenge, boxed lozenge and rectangle (stack bond). They only differ in fineness (number of lines/mm), depth of texture and contour sharpness.

Fig. 2 a-f: Foil pattern (RGZM/Stempel)


Unfortunately, the project nears its end and I would like to use the remaining time to carry out some technical experiments:

Producing the pattern

There are indications (see figures 3-7) that at least a number of foils weren’t manufactured with dies. It looks as if lines were traced immediately on to the foils to form the grid pattern.

Fig. 3: Buckle, Ailenberg, Württembergisches Landesmuseum Stuttgart A.V. III333 (photo: RGZM/Stempel)
Fig. 4: Disc brooch, Junkersdorf, Römisch-Germanisches Museum Köln 51,539 (photo: RGZM/Stempel)
Fig. 5: Disc brooch, Monsheim, Römisch-Germanisches Zentralmuseum Mainz O.15370 (photo: RGZM/Stempel)
Fig. 6: Disc brooch, Iversheim, LVR Landesmuseum Bonn 1960.667 (photo: RGZM/Stempel)
Fig. 7: Disc brooch, St.Severin, Römisch-Germanisches Museum Köln 50.286 (photo: RGZM/Stempel)

N. D. Meeks and R. Holmes described in their article “The Sutton Hoo Garnet Jewellery” an experiment with a scriber that they used to draw the lines directly onto the foils. But in their opinion, the result was not satisfying. (N. D. Meeks/R. Holmes, The Sutton Hoo garnet jewellery: an examination of some gold backing foils and a study of their possible manufacturing techniques. Anglo-Saxon Studies in Archaeology and History 4, 1985, 143-157.) I would like to pick up the idea again, but instead of a scriber I will do the work with a profiled hand-operated tool, comparable to a creaser. It is used until today in bookmaking and leather processing to imprint decorative lines onto a leather surface. In contrast to a pointed scriber the elongated working face of a creaser can be of any cross-section.

Fig. 8: Creaser (photo: RGZM/Steidl)


The theory that has to be verified in practice is as follows:  The grid pattern can be formed with a sliding forward motion of the tool, running it along a ruler with moderate pressure to form parallel lines, then rotating the workpiece by 90 degrees and repeating the action. For my experiments, I will use a small creaser-like tool that I have made by removing the cut of a square rifle file. As foil materials, I will use tin foil (0.03 mm) as well as sterling silver foils of different thicknesses (0,025 mm to 0,04 mm).

Using foil for stone securing

Not a small number of foils seem to have a further purpose: In many cases, the foils are trapped between the stone edges and the surrounding metal of the setting. Is it possible to hold a stone in place with the foil?

Fig. 9: Disc brooch, Hürth-Kalscheuren, LVR Landesmuseum Bonn XV (photo: RGZM/Stempel)

If times permits, I would like to produce a foil in the way outlined above using a fire-gilded silver foil. In the next few weeks, I will report about my experiments and I am curious about the results and your comments.


Featured image: Buckle, Endre socken, Statens Historiska Museet Stockholm 484:12, detail: garnet cloisonné with foils behind the garnets. (photo: RGZM/Stempel)

Examination of garnets and their provenance

Deutsche Version

Within my master thesis in the degree course geosciences at the Johannes Gutenberg-University in Mainz I examine the spectroscopic properties of garnets as well as the inclusions in them with different methods. The goal is to get better statements for the provenance of gemstones.

Working at the spectrometer Nicolete 6700 FT-IR to collect spectra in the mid-IR and near-IR spectral ranges.

The term Garnet stands for a group of various minerals, which are seen similarly in the crystal structure and formula. They may be partial mixable among themselves. In this case miscibility means that two or more different minerals from the group of garnets can occur together and form one unit, thus one crystal, because of their similar structural and chemical composition.
Essentially, there are two series, the Pyralspit- and Ugrandit series. The former is aluminum garnets with magnesium (Pyrope), iron [three] (almandine) or manganese (Spessartin), temptation are calcium-grenade with chromium (Uwarowit), aluminum (Grossular) or iron [two] (Andradit). The garnet deposits of the jewels in usual belong to the Pyralspit group.

Through to the large mass of processed garnet in the early European Middle Ages, provides the question for the originated area of the raw material. In addition, the garnets were cut into thin platelets and these were used across the board, but remains of garnet grinding services are not to be found yet. This raises further questions as to whether the garnets were imported already honed and in which direction they were exported as raw material as well as already honed exemplar.

Examples of garnet platelets from a find in sweden. Foto: Michael Rychlicki

In order to determine possible areas of origin, the chemical compositions of as many garnet platelets are determined by X-ray fluorescence analysis. By this method, groups of garnets indicate which originated most likely in India, Sri Lanka and Bohemia. However, these allocations are based on the comparison with measurement results of garnets, which origin is not 100% guaranteed, because of the lack of exact details like the accurate provenance for example.

CaO/MgO-plot for the garnet finds in Sweden and in India. (In accordance to Greiff 2010)

Therefore it is the more gratifying that now samples are available that guaranteed are hailed from different federal states of India and were picked up by Borayin Larios himself.

Garnet samples from different mines in India (on 5mm square papaer)

These are examined on their chemical composition as usual and the results are compared with already collected data to improve the currently used method to assign the garnets origin by their chemistry. In addition, these samples, and other samples found in Sweden, using modern spectroscopic methods (UV-Vis, NIR-MIR and Raman spectroscopy) are examined to determine a dependence of the spectra-differences to the origin of the samples. In this manner discovered unique features may be useful as an additional discrimination criterion. Furthermore, inclusions are studied to show possible dependencies between the provenance and the other minerals.

Untersuchung von Granaten und deren Herkunft

Im Rahmen meiner Masterarbeit im Studiengang Geowissenschaften an der Johannes Gutenberg‑Universität in Mainz untersuche ich Granate mit Hilfe verschiedener Messmethoden auf ihre spektroskopischen Eigenschaften sowie ihre Einschlüsse. Das Ziel ist es, genauere Aussagen über die Herkunft der Edelsteine treffen zu können.

Arbeit am Spektrometer Nicolete 6700 FT-IR um Messungen innerhalb mittlerer und naher Infrarotstrahlung vornehmen zu können.

Der Begriff Granat bezeichnet eine Gruppe von verschiedenen Mineralen, die sich in der Kristallstruktur und -formel ähnlich sehen und untereinander teilweiße gut mischbar sein können. Unter Mischbarkeit versteht man hierbei die Tatsache, dass zwei oder mehr verschiedene Minerale der Granatgruppe aufgrund ihrer strukturellen und chemischen Ähnlichkeit gemeinsam auftreten und eine Einheit, also einen Kristall, bilden.
Im Wesentlichen gibt es zwei Reihen, die Pyralspit- und die Ugrandit-Reihe. Bei ersteren handelt es sich um Aluminium-Granate mit Magnesium (Pyrope), Eisen [dreiwertig](Almandin) oder Mangan (Spessartin), zweitere sind Kalzium-Granate mit Chrom (Uwarowit), Aluminium (Grossular) oder Eisen [zweiwertig](Andradit). Die Granateinlagen der Schmuckstücke gehören in der Regel der Pyralspit-Gruppe an.

Durch die große Masse an verarbeitetem Granat aus dem frühen europäischen Mittelalter stellt sich die Frage, aus welchem Abbaugebiet das Rohmaterial ursprünglich stammt. Zudem wurden die Granate zu dünnen Plättchen geschliffen und diese flächendeckend verwendet, Überreste von Granatschleifereien sind aber nicht zu finden. Wurden die Granate bereits geschliffen importiert? In welche Richtungen fand der Export des Rohmaterials, sowie der bereits bearbeiteten Steine statt?

Beispiele von Granat-Plättchen von Funden aus Schweden. Foto: Michael Rychlicki

Um mögliche Herkunftsgebiete bestimmen zu können, werden mittels Röntgen-Fluoreszenz-Analyse die chemischen Zusammensetzungen von möglichst vielen Granat-Plättchen bestimmt. Durch dieses Verfahren lassen sich Gruppen von Granaten erkennen, welche ihren Ursprung höchstwahrscheinlich in Indien, Sri Lanka und Böhmen haben. Allerdings basieren diese Zuordnungen auf dem Vergleich zu Messergebnissen von Granaten, deren Herkunft nicht zu 100% gesichert ist, da oft exakte Details wie z.B. die genaue Fundstelle fehlen.

CaO/MgO-plot der gRanatfunde in Schweden und Indien. (In Anlehnung an Greiff 2010)

Daher ist es umso erfreulicher, dass nun Proben zur Verfügung stehen, welche garantiert aus verschiedenen Bundesstaaten Indiens stammen und von Borayin Larios selbst gesammelt wurden.

Granatproben aus Indien (auf 5mm kariertem Papier)

Diese werden wie üblich auf ihre chemische Zusammensetzung untersucht und die Ergebnisse werden mit bereits erfassten Daten verglichen um die aktuell genutzte Methode, Granaten anhand ihrer Chemie eine Herkunft zuzuordnen, verbessern zu können. Außerdem werden diese Proben, sowie weitere in Schweden gefundene Proben, mit modernen spektroskopischen Methoden (UV-Vis-, NIR-MIR- und Raman-Spektroskopie) untersucht, um eine Abhängigkeit der Spektren –Unterschiede zu der Herkunft der Probe festzustellen .Auf diese Weise entdeckte eindeutige Merkmale können als weiteres Unterscheidungs-Kriterium hilfreich sein. Ebenso werden die Proben auf Einschlüsse untersucht um eventuelle Abhängigkeiten zwischen der Herkunft und den fremden Mineralen aufzuweisen.
Diese werden wie üblich auf ihre chemische Zusammensetzung untersucht und die Ergebnisse werden mit bereits erfassten Daten verglichen um die aktuell genutzte Methode, Granaten anhand ihrer Chemie eine Herkunft zuzuordnen, verbessern zu können. Außerdem werden diese Proben, sowie weitere in Schweden gefundene Proben, mit modernen spektroskopischen Methoden (UV-Vis-, NIR-MIR- und Raman-Spektroskopie) untersucht, um eine Abhängigkeit der Spektren –Unterschiede zu der Herkunft der Probe festzustellen .Auf diese Weise entdeckte eindeutige Merkmale können als weiteres Unterscheidungs-Kriterium hilfreich sein. Ebenso werden die Proben auf Einschlüsse untersucht um eventuelle Abhängigkeiten zwischen der Herkunft und den fremden Mineralen aufzuweisen.



Novak, G. A. / Gibbs, G. V. (1971): The crystal chemistry of the silicate garnets, in: The American Mineralogist, vol. 56, 1971; 791-825.

Greiff, S. (2010): Zur Herkunft der roten Granate an Schmuckobjekten des Erfurter Schatzfundes, in: Ostritz, S. (Hrsg.). Die Mittelalterliche jüdische Kultur in Erfurt, Band 2, Der Schatzfund, Analysen – Herstellungstechniken – Rekonstruktionen; Weimar; 482-487.

An outstanding jewel collar from the cemetery of Keszthely-Fenékpuszta-Horreum (South-West Hungary)

Authors: Eszter HorváthZsófia Rácz

Deutsche Version

In Pannonia, in the south-western region of the Lake Balaton, in the 6th-7th century a population with broad international, Mediterranean and Western connections lived under the Avar rule. An important centre of power of this population was situated in the former Late Antique fortification of Keszthely-Fenékpuszta. Next to the horreum (granary) building of the fortress 36 graves of a 6th –7th-century cemetery have been unearthed. Grave 5 belonged to a girl richly furnished with golden and silver jewels: earrings, dress pin, disc brooch, ring and a unique composite jewel collar.

Keszthely-Fenékpuszta-Horreum (Hungary), grave 5, jewel collar, front-side
Keszthely-Fenékpuszta-Horreum (Hungary), grave 5, jewel collar, back-side.

Archaeometric analysis of this jewel collar was carried out within our project. The investigated artefact is constructed of triangle golden bezel settings (14 items remained) – decorated on both sides, on one side with granulation and on the other side with red garnet and glass inlays – as well as triangle lapis lazuli plates (6 items remained).

Keszthely-Fenékpuszta-Horreum (Hungary), grave 5, jewel collar, back-side (detail)


Keszthely-Fenékpuszta-Horreum (Hungary), grave 5, jewel collar, front-side (detail)

Originally, the triangles were interlaced by a double twine. At the lower edge of the golden triangles further circular bezel settings were soldered, filled with green and colorless glass inlays and in one case a garnet cabochon.

Keszthely-Fenékpuszta-Horreum (Hungary), grave 5, jewel collar, front-side (detail): The lower part of the composite elements of the jewel collar.

As an addition, at the end of these pendants small pearls might have been attached which presumably got fully weathered because of the soil acidity.

Identification of lapis lazuli as the raw material of an early medieval necklace (by means of Raman spektroscopy) is a real sensation.

Backing foil with punched ring-dot pattern in one of the triangle bezel settings of the jewel collar.
Details of the lapis lazuli plates of the jewel collar







In the discussed period this precious stone could have been imported from the region of Afghanistan, the Ural and the Baikal Sea and occurs very rarely in Early Medieval assemblages.

Details of the lapis lazuli plates of the jewel collar.
Details of the lapis lazuli plates of the jewel collar.






Analogues of this jewel collar are known from the territory of Byzantium, from Asia Minor (Lebanon: cemetery of Tyros), and from the Balkan (Bulgaria: Varna and Sadovec). The necklace from the Late Antique fortress of Sadovec is similarly composed of antithetical golden and lapis lazuli triangles, completed with amethyst beads. These intricate, composite necklaces imitated the garment of the Byzantine ruling family: wearing large jewel collars with pendants of precious stones and pearls was the privilege of the female members of the emperor’s family in the 6th century AD.

Ein besonderer Halsschmuck aus dem Gräberfeld von Keszthely-Fenékpuszta-Horreum (West-Ungarn)

In Pannonien, am südwestlichen Ende des Balaton lebte im 6.-7. Jahrhundert eine Bevölkerung mit weiten internationalen, mediterranen und westlichen Kontakten unter awarischer Herrschaft. Ein wichtiges Machtzentrum dieses Gebietes befand sich in der früheren spätrömischen Befestigung von Keszthely-Fenékpuszta. Neben dem Horreum-Gebäude der Befestigung wurde eine Nekropole mit 36 Bestattungen aus dem 6.–7. Jahrhundert entdeckt. Grab 5 dieses Gräberfeldes enthielt die Bestattung eines Mädchens mit besonders reichen Beigaben: goldene Ohrringe, goldene und silberne Gewandnadeln, eine Scheibenfibel, einen Fingerring und einen einzigartigen, aus mehreren Teilen zusammengesetzten Halsschmuck.

Keszthely-Fenékpuszta-Horreum (Ungarn), Grab 5, Juwelenkragen, Vorderseite.
Keszthely-Fenékpuszta-Horreum (Ungarn), Grab 5, Juwelenkragen, Rückseite.

Im Rahmen des Zellwerk-Projektes wurden die archäometrischen Untersuchungen des Halsschmuckes (sog. Juwelenkragen) durchgeführt. Er wurde aus 14 dreieckigen goldenen Bandfassungen – auf der einen Seite mit Granulation, auf der anderen mit Granat- und Glaseinlagen verziert – und aus 6 dreieckigen Lapislazuli Plättchen zusammengesetzt.

Keszthely-Fenékpuszta-Horreum (Ungarn), Grab 5, Juwelenkragen, Vorderseite (Detail).
Keszthely-Fenékpuszta-Horreum (Ungarn), Grab 5, Juwelenkragen, Vorderseite (Detail).
Keszthely-Fenékpuszta-Horreum (Ungarn), Grab 5, Juwelenkragen, Rückseite (Detail).

Die Dreiecke waren ursprünglich auf einer doppelten Schnur aufgereiht. Zu den goldenen Dreiecken waren weitere runde Fassungen mit grünen und farblosen Glaseinlagen, bzw. mit einem Granatstein ergänzt. Auf dem unteren Teil der Einlagen befanden sich vermutlich einst echten Perlen die sich allerdings im sauren Bodenmilieu nicht erhalten haben.5.kép

Die Entdeckung der Lapislazuli Platten mit Hilfe von Raman-spektroskopischen Untersuchungen gilt als wahre Sensation.

Folienunterlage mit gepresstem Punkt-Kreis Motiv in einer der dreieckigen Bandfassungen des Halsschmuckes.
Lapislazuli Plättchen des Halsschmuckes in Detailaufnahmen.







Dieser Schmuckstein, dessen wichtigste Fundstellen sich in Afghanistan, in der Ural- und Baikalgegend befinden, kommt im frühmittelalterlichen Fundzusammenhängen nur sehr selten vor.

Lapislazuli Plättchen des Halsschmuckes in Detailaufnahmen.
Lapislazuli Plättchen des Halsschmuckes in Detailaufnahmen.

Typologische Gegenstücke des Juwelenkragens von Keszthely kennt man aus dem Byzantinischen Reich, aus Kleinasien (Libanon, Gräberfeld von Tyros), und aus dem Balkan (Bulgarien, Varna und Sadovec). Der Halsschmuck von Sadovec besteht ebenso aus entgegengesetzten goldenen und Lapislazuli Dreiecken, mit Amethystperlen ergänzt. Diese komplizierte Schmuckstücke folgen der kaiserliche Mode: das Tragen der größeren Juwelenkragen mit sog. Pendilien (eine Art von Hängeschmuck) wurde ab dem 6. Jahrhundert nach Christus das Privileg der weiblichen Mitglieder der kaiserlichen Familie.