Järnframställning under yngre järnålder

Transkript

1 UV GAL RAPPORT 2011:14 GEOARKEOLOGISK UNDERSÖKNING Järnframställning under yngre järnålder Kemisk analys av slagg och malm Amundhusene gnr 22, Li søndre gnr. 26, Li oppigard gnr. 27, Øyer kommune, Oppland, Norge Lena Grandin G A L Geoarkeologiskt Laboratorium

2

3 UV GAL RAPPORT 2011:14 GEOARKEOLOGISK UNDERSÖKNING Järnframställning under yngre järnålder Kemisk analys av slagg och malm Amundhusene gnr 22, Li søndre gnr. 26, Li oppigard gnr. 27, Øyer kommune, Oppland, Norge Lena Grandin A G L Geoarkeologiskt Laboratorium Järnframställning under yngre järnålder 3

4 Riksantikvarieämbetet Avdelningen för arkeologiska undersökningar UV Mitt Portalgatan 2A Uppsala Växel: Fax: e-post: e-post: Figur på framsidan. En tappslagg i delat tvärsnitt med detalj från mikroskopet på kontakten mellan två slaggflöden som definieras av en tunn ljus kant av magnetit. Se fig 5 och Riksantikvarieämbetet UV Uppsala Rapport 2011:14 ISSN Utskrift Uppsala, 2011

5 Innehåll Sammanfattning... 7 Abstract... 8 Inledning... 9 Uppdrag... 9 Bakgrund... 9 Platsen i fokus och i ett större perspektiv Metod Okulär granskning Provtagning Kemiska analyser Mikroskopering av slaggprov Presentation och utvärdering av analyser Resultat Platsen Slagger Prov 4, slagg från slaggrop till ugn (S22) Prov 5, slagg från slagghög (S6) Malmen Prov 3, malm från malmlager (S4) Kemiska analyser Tolkning Referenser Administrativa uppgifter Figurer Tabellförteckning Järnframställning under yngre järnålder 5

6 6 UV GAL Rapport 2011:14. Geoarkeologisk undersökning

7 Sammanfattning En järnframställningsplats i Øyer kommune i Oppland, Norge, med en brukningsfas koncentrerad till yngre järnålder har undersökts av Kulturhistorisk Museum i Oslo. Platsen förefaller dock ha varit i bruk från yngre järnålder till medeltid. Tre ugnar för järnframställning kunde påvisas, liksom sex slagghögar och ett stort malmlager. Slagger från en ugn och en slagghög, som är samtida, har analyserats och är båda tappslagger med mycket likartad kemisk sammansättning i överensstämmelse med den rumsliga relation som finns mellan ugn och slagghög. Slaggerna har höga halter av bland annat mangan och barium, som är bland de högsta som observerats för slagger från den utbredda järnframställningen i Oppland. En analyserad malm från ett malmlager på platsen har dock betydligt lägre halter av dessa ämnen. Lagret har dessutom en senare datering vilket antyder att flera malmkällor kan ha använts under järnframställningsplatsens brukningstid. Järnframställning under yngre järnålder 7

8 Abstract An iron production site in Øyer, Oppland, Norway, has been excavated by the Cultural museum in Oslo. The site comprises remains of three bloomery furnaces, six slag heaps and a vast layer of ore. The iron production is dated mainly to Late Iron Age but the site seems to have been in use also in the Medieval Period. Slag samples from a spatially related furnace and a slag heap have been analysed. Both are of the type that is typologically characteristic of shaft furnaces designed for slag tapping. The slags have very similar chemical signatures, with for example a markedly high concentration of manganese, and related barium. These concentrations are among the highest recorded from the vast iron production in Oppland. An analysed ore sample, collected from an ore layer with somewhat later date, however, has lower concentrations of these elements, indicating that several ore sources of various compositions were used during the production time at the site. 8 UV GAL Rapport 2011:14. Geoarkeologisk undersökning

9 Inledning Uppdrag Geoarkeologiskt Laboratorium (GAL), vid Riksantikvarieämbetet har fått i uppdrag av Jan Henning Larsen vid Kulturhistorisk museum, Universitetet i Oslo, att analysera slagg och malm från en järnframställningsplats vid Amundhusene gnr 22, Li søndre gnr. 26, och Li oppigard gnr. 27, Øyer kommune, Oppland. Platsen förefaller ha varit i bruk under en längre period från yngre järnålder till medeltid. Tyngdpunkten i järnhanteringen ligger i yngre järnålder, där en 14 C- datering från en av tre påträffade blästugnar resulterar i e.kr. Bakgrund Kulturhistorisk museum genomför varje år ett stort antal utgrävningar med anledning av utbyggnader i samhället, blant annat av järnframställningsplatser. I undersökningarna ingår arkeometallurgiska analyser för att få upplysningar om produktion, process och kvalitet. Som en del i varje enskild undersökning är det är också viktigt att kunna jämföra olika anläggnignar och regioner med varandra. Vid museet har också ett projekt, Iron Origins, startats för att utreda om det är möjligt att proveniensbestämma järnfynd från järnålder, speciellt vikingatid, och medeltid. Som ett led i projektet ingår analyser av slagger för att bygga upp en referenssamling för framtida analyser av järnfynd. Slagger har kontinuerligt analyserats från flera undersökningar av järnframställningsoch smidesplatser genom åren, bland annat av Arne Espelund (2003, 2004, 2009), Vagn Buchwald (2005) och Geoarkeologiskt Laboratorium GAL (Grandin m.fl. 2004, 2005, 2006; Andersson & Grandin 2008; Andersson m.fl. 2006), och dessa utgör en grund i en sådan undersökning. Den omfattande arkeologiska undersökningen av järnframställningsområdet i Gråfjell, Hedmark, inkluderade ett stort antal analyser av slagger men även järn (t.ex. Espelund 2003, 2004; Espelund & Nordstrand 2003, Grandin m.fl. 2004, 2005, 2006; Andersson m.fl. 2006) är en viktig del. Inom ramen för forskningsprojektet valdes ytterligare slagger ut för analys från tidigare undersökta järnframställningsplatser i Oppland, Vestfold, Aust-Agder och Buskerud (Grandin 2009). Slutsatsen från den inledande utvärderingen av analyserna var att det är möjligt att se skillnader mellan regioner med olika geologiska miljöer med hjälp av en kombination av olika huvudoch spårämnen i slaggerna (Grandin m.fl. 2010). För att ytterligare bygga upp analysdatabasen genomfördes analyser av slagger från åtta lokaler i Oppland som har undersökts de senaste åren av Kulturhistorisk museum. Platserna spänner över ett stort tidsintervall och omfattar framställning i blästugnar med såväl slagguppsamling som slaggtappning. De kemiska analyserna (t.ex. Grandin 2010) visar att många av slaggerna från järnframställning i Oppland innehåller en del spårämnen, t.ex. vanadin och nickel i högre halter än vad som observerats i slagger från flera andra undersökta regioner. Ett ämne som är vanligt i malmer är mangan och det har hittills visat sig förekomma i varierande halter i de undersökta slaggerna. Såväl mangan som förekommer i flera Järnframställning under yngre järnålder 9

10 viktsprocent, som spårämnena i betydligt lägre halter, i slaggerna speglar de använda malmernas sammansättning. Malmerna som i sin tur påverkas av den geologiska miljö de har bildats i. De analyser som genomförs här omfattar både slagger och en möjlig malm varför det ges möjlighet att ytterligare bygga på kunskapsbanken om järnframställningen i Oppland. Ytterligare två platser med järnframställning i Oppland undersöks också (Grandin2011a, b). Dessa presenteras separat, men en helhetsbild av de kemiska resultaten, i relation till tidigare analyser, ges även i denna rapport. Platsen i fokus och i ett större perspektiv I denna rapport kommer resultaten från den aktuella undersökningen att presenteras. Platsen beskrivs inledningsvis kortfattat med hjälp av information från uppdragsgivaren. Därefter följer information om slaggerna och malmprovet, och de analyser som genomförs. Resultaten från de kemiska analyserna jämförs med motsvarande analyser från framförallt andra järnframställningsplatser i Oppland, men även från enstaka andra regioner (se bakgrundstexten ovan). Metod Okulär granskning Slaggerna granskas inledningsvis okulärt och karaktäriseras med avseende på bland annat form, typ och grad av magnetism. Slaggerna delas också och tvärsnittet undersöks för att få ytterligare information om hur de är sammansatta och om de är homogent eller heterogent uppbyggda. Malmen studeras med stereolupp för att få en uppfattning om inblandning av annat material, t.ex. sand. En del av malmprovet rostas också med brännare för att se hur malmen förändras med ökad temperaturer. Malmens färg och magnetism kontrolleras före och efter rostning vilket också ger en fingervisning om innehåll av järnoxid. En naturlig färsk malm, innehållande järnhydroxider är omagnetisk men övergår till magnetisk järnoxid vid rostning. Provtagning De delade slaggerna provtas för kemisk analys. Syftet med analysen är bland annat att få kännedom om slaggernas kemiska sammansättning vilken antyder vilken malm som har använts. Malmen har i sin tur fått sin sammansättning från den kemiska signatur som finns i den geologiska miljön där den är bildad. Därför är det viktigt att man analyserar material som är resultat av framställningsprocessen. Det innebär att andra komponenter som bränd lera från eventuella ugnsväggar eller sandigt och grusigt material som smält fast från underlaget inte får ingå. Dessa material har inte aktivt deltagit i processen och har inte heller sitt ursprung i den malm som använts på området. Därför har allt sådant tagits bort i provhanteringen så att endast slaggkomponenten har ingått i proverna som analyseras kemiskt. 10 UV GAL Rapport 2011:14. Geoarkeologisk undersökning

11 Vanligtvis undersöks kemiskt analyserade slagger också i mikroskop för att exakt veta vad som har analyserats och kunna se hur slaggen är uppbyggd. Undersökning i mikroskop är också ett viktigt redskap för att särskilja järnframställningsslagger från smidesslagger då detta inte låter sig göras genom enbart okulär granskning. Det är också möjligt att särskilja slagger som stelnat innanför blästugnens väggar från dem som runnit ut och stelnat utanför. Kemiska analyser Totalkemisk analys utfördes på slaggerna och malmprovet hos ALS Scandinavia, Luleå. Använd analysmetod är ICP-AES för huvudelement och ICP-QMS för spårelement. Totalt analyserades 43 element i varje prov. Mikroskopering av slaggprov Slaggerna har undersökts i mikroskop för att se hur de är uppbyggda. Slaggernas utseende i mikroskala visar detaljer om slaggbildning som avslöjar under vilka temperatur- och syreförhållanden som slaggen har stelnat. Detta i sin tur säger något om slaggen har bildats i eller utanför en ugn, eller i en härd, och om processen varit homogen eller heterogen. Petrografiska undersökningar utfördes i påfallande (planpolariserat) ljus för att identifiera materialets olika komponenter och texturella drag. Undersökningen gjordes i ett Zeiss Axioskop 40A polarisationsmikroskop utrustad med en digitalkamera. Slagger består huvudsakligen av olivin, wüstit och glas. Vanliga inslag är också hercynit, magnetit, leucit, limonit och metalliskt järn. Olivin är ett silikatmineral med den allmänna formeln A 2 SiO 4, där A oftast är järn (fayalitisk sammansättning). Även mangan, magnesium och kalcium kan förekomma i mindre mängder. Wüstit, FeO, är också ett mycket vanligt inslag i slagger från blästbruket. Om höga koncentrationer av wüstit förekommer är slaggens totala järnhalt vanligtvis också hög. Glas utgör slaggernas restsmälta och kan därför variera kraftigt i sammansättning beroende på vilka mineral som tidigare kristalliserat, slaggernas totalsammansättning och avkylningsförlopp. Magnetit, Fe 3 O 4, kan förekomma i stället för wüstit om temperatur och/eller syretryck är tillräckligt högt. Detta innebär att det är möjligt att särskilja slagger som stelnat i eller utanför ugnen. Höga aluminiumhalter i kombination med höga kaliumhalter återfinns i leucit, KAlSi 2 O 6, som i vissa slagger kan förekomma i stället för den vanligare glasfasen. Droppar av metalliskt järn, några mikrometer stora, är också vanliga inslag i slagger från reduktionsprocessen. Mineralens kornstorlekar är också betydelsefulla där finkorniga slagger visar snabb avkylning och grovkorniga långsam avkylning. Det senare har vanligen skett inne i ugnen. Presentation och utvärdering av analyser Resultaten beskrivs i sammanfattning i anslutning till den okulära granskningen och de kemiska analyserna återges i sin helhet i tabellform. Huvudämnena presenteras enligt konventionellt sätt som oxider där allt Järnframställning under yngre järnålder 11

12 järn har räknats om till FeO även om järnet förekommer i många olika konstellationer. Spårämnen presenteras i en egen del som rena element, också på konventionellt sätt. Resultat Inledningsvis beskrivs lokalen i korthet med informationen som har tillhandahållits av uppdragsgivaren. Varje slagg och malm som har granskats beskrivs därefter till sitt yttre. Slaggen beskrivs också i delat tvärsnitt och från undersökningen i mikroskop. De kemiska analysresultaten behandlas slutligen i ett separat avsnitt. Platsen De analyserade slaggerna och malmen kommer från en järnframställningsplats som undersöktes 2009 av Kulturhistorisk museum. Platsen ligger i ett säterområde på ca 900 m.ö.h. Tre ugnar för järnframställning kunde påvisas, liksom 6 slagghögar. Dessutom fanns ett stort malmlager och flera kolningsgropar. Slaggerna som påträffades var av två typer; såväl slagg som stelnat i ugnen som tappslagg. Enligt dateringsresultat (uppgift från Ingar M. Gundersen och Langvik Berge & Larsen (2011)) förefaller platsen att ha varit i bruk under en längre period från yngre järnålder till medeltid. Tyngdpunkten i järnhanteringen ligger i yngre järnålder, medan kolningsgroparna förefaller var yngre än järnframställningen. Två slaggprover är valda för analys. Prov 4 kommer från en av ugnarna, S22, närmare bestämt dess slaggrop. Prov 5 kommer från en slagghög (S6) som låg intill ugn S22. Denna slagghög, tillsammans med två andra, S5 och S7, har dateringar inom intervallet e. Kr., där S6 förefaller vara något senare än S5 och S7 och sammanfaller med dateringen av ugnen S22, med resultat e.kr. Malmlagret, S4, som också tolkats som möjligt rostningsområde med utbredning både över ytan och i tid, har dock fått en senare datering; e.kr. Från detta har ett prov av rostad malm analyserats (prov 3). Slagger Prov 4, slagg från slaggrop till ugn (S22) Slagger; 5 omagnetiska fragment med totalvikt 231 g. Slaggerna är oregelbundna i formen och uppbyggda av flera pålagrade slaggsträngar (Fig. 1), vilket också syns tydligt i delat tvärsnitt. Lokalt finns stora hålrum. Tunnare slaggsträngar har stelnat runt kolstycken. Det största slaggfragmentet (62 g) sågades för tunnslip och totalkemisk analys (20 g). Även i mikroskop syns tydligt att slaggen är uppbyggd av flera pålagrade slaggflöden, eller slaggsträngar (Fig. 2). De flesta är finkorniga ytterkanterna och något grövre i mer centrala delar. De har en likartad, men inte identisk, sammansättning. I alla finns olivin, glas och wüsit, men i något varierande proportioner. Glasfasen är ställvis tämligen mörk och avlöses sannolikt av det kalium- och aluminiumrika mineralet leucit. 12 UV GAL Rapport 2011:14. Geoarkeologisk undersökning

13 Ytterkanterna på slaggflödena är finkornigare i samtliga fall och i enstaka täcks de av en tunn zon av järnoxid (Fig. 3). Denna är mycket finkornig men är sannolikt magnetit, dvs. en järnoxid som förekommer istället för wüstit när tillgången på syre är högre. Magnetitzonen finns dock bara på vad som verkar vara en liten slaggdroppe Slaggen har bildats successivt av mindre slaggflöden som har runnit fram en stund efter varandra där ett har hunnit stelnat något innan nästa har flutit fram, vilket syns med hjälp av de finkornigare, kylda kontakterna. Enstaka slagger har en yttre zon av magnetit som visar att den stelnat i syrerik miljö men de flesta saknar denna indikation. Slaggen är inte den mest typiska tappslaggen, men visar ändå tecken på att ha stelnat utanför ugnen, åtminstone delar av den. Figur 1. Slaggerna i prov nr 4 i olika riktningar som visar hur de är uppbyggda av flera pålagrade slaggsträngar. Den övre slaggen är vald för analys. Figur 2. Slaggen i prov nr 4 i mikroskop. Översikt som visar att slaggen är uppbyggd av flera pålagrade slaggflöden som är allra finkornigast i respektive ytterkant. Sammansättningen är likartad med olivin (ljust grå), glas (mörkare grå) och wüstit (ljus). olika riktningar som visar hur de är uppbyggda av flera pålagrade slaggsträngar. Järnframställning under yngre järnålder 13

14 Figur 3. Slaggen i prov nr 4 i mikroskop. Detalj från övre vänstra hörnet i föregående figur. Längs en kontakt finns ansamling av järnoxid som inte är enbart wüstit. Här finns sannolikt även en magnetitkomponent (jämför dock prov 5 med tydligare magnetitkristaller) Prov 5, slagg från slagghög (S6) Slagger, 2 fragment med totalvikt 157g, båda omagnetiska. Den mindre slaggen är sannolikt del av en längre, långsmal slagg, som stelnat i en halvcirkelformad ränna, ca 20 mm som bredast, som den formats mot. Övre delen är uppbyggd så att hela slaggen i profil är ca 25 mm tjock, har stelnat utan begränsningsyta. Den större slaggen (109 g) är likartad, men mer typisk tappslagg, uppbyggd av tydligt urskiljbara slaggflöden (Fig. 4). Tunnare slaggflöden har formats av underlaget. Övre delen av slaggen, som mesta ca 30 mm tjock, utgörs av flera relativt platta slaggflöden. Deras överyta har stelnat snabbt och bildat ett skrynkligt mönster medan slaggen har fortsatt rinna under den översta hinnan. Denna slagg valdes för tunnslip och totalkemisk analys (20 g). Tvärsnittet (Fig. 5), som täcker hela slaggens tjocklek har undersökts i mikroskop. Här framträder ett större slaggflöde och några få mindre över detta. De är alla mycket likartade i textur och sammansättning. De är finkorniga i ytterkanterna, något grövre mer centralt i respektive slaggflöde (Fig. 6). Alla domineras av olivin och glas. Järnoxider förekommer endast mycket sparsamt, huvudsakligen som wüstitdendriter som är betydligt finkornigare än olivinkristallerna. Ett fåtal droppar av metalliskt järn förekommer också fördelat i slaggen. Längs överytan på framförallt de översta slaggflödena finns en tunn zon av järnoxider, främst små magnetitkristaller. Även järnoxider av andra sammansättningar förekommer som mycket små kristaller i slaggen. Slaggens tämligen finkorniga textur, främst i ytterkanten, visar tydligt på hastig avsvalning. Förekomsten av magnetit längs överkanten är ett tydligt tecken på att slaggen har stelnat i en syrerik miljö, dvs. utanför ugnen. Båda dessa drag är karaktäristiska för tappslagger. 14 UV GAL Rapport 2011:14. Geoarkeologisk undersökning

15 Figur 4. Slaggerna i prov 5. Till höger fragment av en långsmal slagg i profil med nedre delen stelnad mot underlag. Till vänster en tappslagg sedd ovanifrån med flera relativt platta slaggflöden med en karaktäristisk skrynklig överyta. Slaggen till vänster har analyserats. Figur 5. Delad tappslagg i prov 5 som har analyserats. Flera pålagrade slaggflöden kan urskiljas. Figur 6. Slaggen i prov nr 5 i mikroskop. Översikt i dess övre del som visar att slaggen är uppbyggd av flera pålagrade slaggflöden som är allra finkornigast i respektive ytterkant. Sammansättningen är likartad med olivin (ljust grå) och glas (mörkare grå). Wüstit (ljus) förekommer endast som mycket finkorniga dendriter (Se nästa figur).

16 Figur 7. Slaggen i prov nr 5 i mikroskop. Detalj på kontakten mellan två slaggflöden som kantas av en väldefinierad zon av magnetit (ljusa kantiga kristaller). Längre från kontakten förekommer wüstit (ljusa rundare former). Här finns även ytterligare järnoxider (små grå kristaller; syns bäst över kontakten). De största grå kristallerna är olivin, den mörkaste fasen är glas. Malmen Prov 3, malm från malmlager (S4) Malm, totalt 266 g brunt finkornigt material som är kraftigt magnetiskt (rostad malm) samt innehåller mindre mängd kolfragment och småsten. 21 g av finmaterialet är utvalt för totalkemisk analys. Kemiska analyser Resultaten från de kemiska analyserna återges i sin helhet i tabellform (Tabell 1). Huvudämnena presenteras enligt konventionellt sätt som oxider där allt järn har räknats om till FeO även om järnet förekommer i många olika konstellationer. Spårämnen presenteras i en egen del som rena element, också på konventionellt sätt. För att kunna jämföra de olika ämnena har diagram använts där huvud- och/eller spårämnen har jämförts parvis. Analysresultaten jämförs också med analyser av slagger från andra järnframställningsplatser, framförallt i Oppland. För att få ytterligare perspektiv presenteras också data för Hedmark, Vestfold, Aust-Agder och Buskerud, dvs. de områden som nämndes i inledningen (se referenser ovan). Resultaten visar att de båda slaggerna är mycket lika varandra. De har ett högt innehåll av mangan (ca 21 %). Jämfört med andra slagger från Oppland, som uppvisar ett tämligen stort sammansättningsintervall, har dessa båda slagger de högsta halterna även av fosfor och en tämligen hög bariumhalt (Fig. 8 9). Däremot har den bland de lägsta halterna av vanadin (Fig. 10). Fosforhalter på samma nivå (drygt 1 % P 2 O 5 ) finns endast från ett fåtal slagger från Oppland. Denna nivå är betydligt vanligare i slagger från Hedmark. Även den analyserade malmen har 16 UV GAL Rapport 2011:14. Geoarkeologisk undersökning

17 fosforhalter på samma nivå. Malmen (Tabell 1, Fig. 8 10) har också tämligen hög manganhalt även om den är betydligt lägre än i slaggerna. Den uppvisar kemiskt släktskap även i övrigt med slaggerna och det analyserade malmprovet antyder att denna har malmtyp har använts även om det inte är exakt denna malm som använts i den körning där slaggerna har bildats. 30 Referensdata Oppland (GAL 2010) Oppland (Espelund 2009) Oppland (GAL 2009) Hedmark (GAL 2009) Aust-Agder (GAL 2009) Buskerud (GAL 2009) Vestfold (GAL 2009) Oppland (2011) Øystre Slidre, Rudi-Volbu Øystre Slidre, Rudi-Volbu (malm) Øystre Slidre, Beitostølen Øystre Slidre, Beitostølen (malm Øyer Øyer (malm) 20 MnO (wt%) Ba (mg/kg) Figur 8. Jämförelse av slaggernas innehåll av barium och mangan. Det finns ett fåtal referensdata med ännu högre bariuminnehåll (se Grandin 2010) men diagrammet är beskuret och visar merparten av data i detalj. Referensdata från Espelund (2009), Grandin (2009, 2010). Data för 2011 i Grandin (2011a, b). Denna undersöknings slagger (markerade med fyrkant) tillhör de med tämligen högt innehåll, främst av mangan, men malmen (ring) har betydligt lägre halter. Slaggerna från järnframställningsplatsen i Øyer kommune tillhör slagger med de högsta halterna av flera ämnen (Mn, Ba, P), i kombination med lägsta halterna av andra (V), men fortfarande i stora drag inom det sammansättningsintervall som tidigare har framkommit för slagger från Oppland, oberoende av datering på järnframställningen, och ugnstyp (sammanställt bl.a. i Grandin 2010). Redan i mitten av 1900-talet påtalade T Dannevig Hauge, med sin forskning om järnframställning med Järnframställning under yngre järnålder 17

18 Oppland i fokus, just manganinnehållet i slagger som påvisade att man nyttjat manganförande malmer. Speciellt i Valdres var malmen manganrik menade han, medan manganhalten föreföll vara lägre längre söderut (ref. i Larsen 2009, s 133). Den nu genomförda analysen visar höga manganhalter även i andra delar av Oppland. I tidigare genomförda undersökningar har också den äldre framställningen uppvisat slagger med lägre manganhalter än den yngre (Grandin 2010), vilket därmed denna undersökning ger ytterligare indikation för. Men, en annan ny analys visar låga manganhalter även från 1100/1200-tal i Øystre Slidre kommune (Grandin 2011a). Frågan om det finns en stor variation även inom små områden, som är av likartad storleksordning som inom hela fylket, bör man ha i åtanke även i kommande studier samtidigt som kronologiska, teknologiska och geografiska aspekter behandlas. 1.6 Referensdata Oppland (GAL 2010) Oppland (Espelund 2009) Oppland (GAL 2009) Hedmark (GAL 2009) Aust-Agder (GAL 2009) Buskerud (GAL 2009) Vestfold (GAL 2009) Oppland (2011) Øystre Slidre, Rudi-Volbu Øystre Slidre, Rudi-Volbu (malm) Øystre Slidre, Beitostølen Øystre Slidre, Beitostølen (malm Øyer Øyer (malm) 1.2 MgO (wt%) P2O5 (wt%) Figur 9. Jämförelse av slaggernas innehåll av fosfor och magnesium. Referensdata från Espelund (2009), Grandin (2009, 2010). Data för 2011 i Grandin (2011a, b). Denna undersöknings slagger (markerade med fyrkant) och malm (ring) tillhör de med högst innehåll av fosfor. 18 UV GAL Rapport 2011:14. Geoarkeologisk undersökning

19 300 Referensdata Oppland (GAL 2010) Oppland (Espelund 2009) Oppland (GAL 2009) Hedmark (GAL 2009) Aust-Agder (GAL 2009) Buskerud (GAL 2009) Vestfold (GAL 2009) Oppland (2011) Øystre Slidre, Rudi-Volbu Øystre Slidre, Rudi-Volbu (malm) Øystre Slidre, Beitostølen Øystre Slidre, Beitostølen (malm Øyer Øyer (malm) 200 V (mg/kg) Ni (mg/kg) Figur 10. Jämförelse av slaggernas innehåll av nickel och vanadin. Referensdata från Espelund (2009), Grandin (2009, 2010). Data för 2011 i Grandin (2011a, b). Slaggerna från Oppland har genomgående höga vanadinhalter. Nickelinnehållet varierar från låga till mycket höga halter. Bland referensslaggerna från Vestfold, Buskerud och Aust-Agder är nickelhalten under detektionsnivån, ca 10 mg/kg men deras vanadinhalt är schematisk inritad som en ellips i diagrammet. Denna undersöknings slagger (markerade med fyrkant) och malm (ring) är de med lägst innehåll av vanadin, men något förhöjda halter av nickel, främst i slaggerna, jämfört med slagger i Oppland. Frågan om spårämnen är knutna till geografiskt definierade områden är också av intresse. Norges Geologiske Undersökelse har genomfört en geokemisk kartläggning av lösa sediment för hela Norge. Resultaten som har sammanställts i en atlas tillsammans med en regionindelning för förekomsten av olika ämnen (Ottesen m.fl. 2000). Inom Oppland kan man se en variation från låga till höga halter av flera av de spårämnen som är av intresse för att undersöka slagger. Variationen uppvisar dock en regelbundenhet med Gudbrandsdalen som en gräns. Även om sedimenten inte är identiska med malmer så påvisar de att det finns Järnframställning under yngre järnålder 19

20 kemiska skillnader. Dessa beror naturligtvis också på berggrunden i regionen, som ligger till grund för såväl lösa sediment som malmer. Även berggrunden uppvisar skillnader, med olika geokemisk signatur. I Oppland finns såväl prekambriska magmatiska bergarter som yngre sandstenar. Gränserna mellan dessa definieras ofta av förkastningar, och många dalgångar i landskapet är knutna till sådana gränser. Tolkning En av slaggerna som har analyserats består av tunnare slaggsträngar (prov 4), en av större (prov 5). De uppvisar likartad uppbyggnad med endast låga halter av wüstit, allra lägst i prov 5, vilket antyder tämligen låga totalhalter av järn vilket framgår även av de totalkemiska analyserna även om järn bör betraktas tillsammans med mangan. Prov 5 har dessutom ett karaktäristiskt yttre för en tappslagg och visar också detsamma i mikroskala med finkornigt yttre, delvis täckt av en magnetitzon som tecken på stelning i syrerik miljö utanför ugnen. Prov 4, som har ett yttre som också kan förekomma i slagger som samlas i ett slagguppsamlingsutrymme inne i ugnen, är dock finkornig på motsvarande sätt. Den saknar magnetit till stora delar, men ett fåtal slaggsträngar har ett sådant yttre vilket antyder motsvarande tillgång på syre som i prov 5. Den ena slaggen (prov 4) kommer från slaggropen till en blästugn, den andra (prov 5) från en slagghög men kemiskt sett är de mycket lika varandra. Det går inte att belägga att de kommer från samma körning men detta är mycket möjligt. Oavsett vilket så bör samma malm ha använts. De dateringar som finns från lokalen (Langvik Berge & Larsen 2011) antyder vidare att de är samtida och att slagghögen S6 är rumsligt relaterad till blästugnen S22 som de båda slaggerna kommer ifrån. Med den markant höga manganhalten, som är korrelerad med höga halter även av barium och fosfor, tillhör de gruppen av slagger från Oppland med de högsta halterna av dessa ämnen. Malmen har också tämligen höga halter av samma ämnen och är kemiskt besläktad med slaggerna men malm av ännu högre manganinnehåll bör ha använts på platsen för att resultera i de halter som slaggerna uppvisar. Med tanke på att malmlagret har en senare datering än både ugnen och slagghögen är det möjligt att man på järnframställningsplatsen, över tid, har använt sig av olika malmförekomster, med något varierande sammansättning. Denna undersökning utgör tillsammans med många tidigare genomförda analyser en viktig del i att öka kunskapen om järnframställningen och de råvaror som funnits tillgängliga och har använts i Oppland under en lång period med förändrad teknologi där dessa båda slagger representerar den yngre framställningen i slaggtappningsugn. 20 UV GAL Rapport 2011:14. Geoarkeologisk undersökning

21 Referenser Andersson, D. & Grandin, L Medeltida järnframställning i blästugn. Arkeometallurgiska undersökningar av material från Larvik. Norge, Vestfold, Larvik, Rødbøl 2040/2, E18-prosjektets lokal 19. UV Uppsala Rapport 2008:03. Geoarkeologisk undersökning. Riksantikvarieämbetet. Avdelningen för arkeologiska undersökningar. Geoarkeologiskt Laboratorium. Uppsala. Andersson, D., Grandin, L., Stilborg, O. & Willim, A Järnframställning i Gråfjellområdet. Arkeometallurgiska analyser av 2005 års undersökningar. Järnframställningsplatserna 23/J, 28/Tr, 29/S, 30/F, 31/M, 32/M, 33/M och 34/M. Rostningsplatserna 18/J, 20/J och 24/J. Gråfjellområdet, Åmot kommune, Hedmark Norge. Geoarkeologiskt Laboratorium, Analysrapport Uppsala. Buchwald, V.F Iron and steel in ancient times. Historiskfilosofiske Skrifter 29. Det Kongelige Danske Videnskabernes Selskab. The Royal Danish Academy of Sciences and Letters. Copenhagen. Espelund, A Jernvinna i Gråfjell, Åmot kommune, Hedmark. En metallurgisk analyse av funnmaterialet fra jernframstillingsanlegg ID , utgravd i Norges teknisk-naturvetenskaplige universitet. Fakultet for naturvitenskap og teknologi. Institutt for materialteknologi. Trondheim. Espelund, A Metallurgiske undersøkelser av jernvinneanlegg Jfp 9 i Gråfjellet år Institutt for materialteknologi, NTNU. Trondheim. Espelund, A Malm- og slaggprøver fra Valdres og Gausdal. Gudbrandslie R 31, R 48 i Vang Tørrisheisen R 12, Kvien 96/7, Holen 131/1 i Gausdal. Institutt for materialteknologi, NTNU. Trondheim Espelund, A. & Nordstrand, E Metallurgiske undersøkelser av jernvinneanlegg i Gråfjellet år Rapport til Universitetets kulturhistoriske museer, Oslo. Institutt for materialteknologi, NTNU. Trondheim Grandin, L Är det möjligt att proveniensbestämma det norska järnet? Kemiska analyser av slagger från järnframställning. Norge: Oppland, Vestfold, Aust-Agder, Buskerud och Hedmark. Ingår i projektet Iron Origins. UV Uppsala Rapport 2009:15. Geoarkeologisk undersökning. Riksantikvarieämbetet. Avdelningen för arkeologiska undersökningar. Geoarkeologiskt Laboratorium. Uppsala. Grandin, L Järnframställning under yngre järnålder-medeltid. Kemisk analys av slagg från blästugn med slaggtappning. Grov 7/4, Strand 10/4, Vang kommune, Oppland, Norge. UV GAL Rapport 2010:16. Geoarkeologisk undersökning. Riksantikvarieämbetet. Avdelningen för arkeologiska undersökningar. Geoarkeologiskt Laboratorium. Uppsala. Grandin, L. 2011a. Vikingatida järnframställning. Kemisk analys av slagg och malm från fv 269 Rudi Volbu, Askeladden id , Lille-Rudi 50/17, Rudi 51/1, 51/3 och 51/4, Øystre Slidre kommune, Oppland, Norge. UV GAL Rapport 2011:12. Geoarkeologisk Järnframställning under yngre järnålder 21

22 22 UV GAL Rapport 2011:14. Geoarkeologisk undersökning undersökning. Riksantikvarieämbetet. Avdelningen för arkeologiska undersökningar. Geoarkeologiskt Laboratorium. Uppsala. Grandin, L. 2011b. Järnframställning under 1100-/1200-tal. Kemisk analys av slagg och malm från Beitostølen helsesportsenter. Askeladden id Okshovd vestre 5/61, Øystre Slidre kommune, Oppland, Norge. UV GAL Rapport 2011:13. Geoarkeologisk undersökning. Riksantikvarieämbetet. Avdelningen för arkeologiska undersökningar. Geoarkeologiskt Laboratorium. Uppsala. Grandin, L., Forenius, S. & Hjärthner-Holdar, E Järnframställning på Gråfjellet. Arkeometallurgiska analyser. ID , ID Gråfjellområdet, Åmot kommune, Hedmark, Norge. Geoarkeologiskt Laboratorium, Analysrapport Uppsala. Grandin, L., Willim, A., Forenius, S. & Stilborg, O Järnframställning på Gråfjell. Arkeometallurgiska analyser av 2004 års undersökningar. Järnframställningsplats 8/T, Järnframställningsplats 13/J, Rostningsplatser. Gråfjellområdet, Åmot kommune, Hedmark, Norge. Geoarkeologiskt Laboratorium, Analysrapport Uppsala. Grandin, L., Andersson, D. & Hjärthner-Holdar, E Järnframställning i Gråfjellområdet. Arkeometallurgiska analyser av järnfynd. Gråfjellområdet, Åmot kommune, Hedmark, Norge. Geoarkeologiskt Laboratorium, Analysrapport Uppsala. Grandin, L., Rundberget, B., Larsen, J.H. & Bill, J Searching for the production site for iron in the Gokstad ship. Proceedings from Early medieval monumental graves in Northern Europe. Research seminar in Sandefjord, 17 th -19 th November In press. Langvik Berge, S. & Larsen, J.H (prel). Jernvinneanlegg og kullgroper. Li søndre 27/17, Øyer kommune, Oppland. Rapport Arkeologisk utgravning. Kulturhistorisk museum Oslo. Larsen, J.H Jernvinneundersøkelser. Faglig Program Bind 2. Varia 78, Kulturhistorisk museum, Fornminneseksjonen. Oslo. Ottesen, R.T, Bogen, J., Bølviken, B., Vodlen, T. & Haugland, T Geokjemisk atlas for Norge, del 1: Kjemisk sammensettning av flomsedeimenter. Norges geologiske undersøkelse, Norges vassdragsog energidirektorat. Trondheim.

23 Administrativa uppgifter Riksantikvarieämbetets dnr: Riksantikvarieämbetets projektnummer: Projektgrupp: Lena Grandin och Erik Ogenhall Underkonsulter: ALS Scandinavia och MINOPREP. Digital dokumentation: förvaras på UV Mitt. Fotografier: Erik Ogenhall och Lena Grandin. Järnframställning under yngre järnålder 23

24 Tabell 1. Material Malm Slagg Slagg Prov SiO 2 13,1 24,4 28,5 TiO 2 0,154 0,192 0,261 Al 2 O 3 3,03 3,53 4,46 Fe 2 O 3 63,6 48,3 44,7 MnO 6,47 21,2 21,0 MgO 0,213 0,526 0,583 CaO 0,512 2,49 2,30 Na 2 O 0,512 0,594 0,819 K 2 O 0,521 1,09 1,24 P 2 O 5 1,03 1,27 0,916 Glödförlust 9,0-5,5-5,3 Summa 98,1 98,1 99,5 FeO 65,3 38,5 35,5 Be 1,73 <0.6 <0.6 Sc <1 2,61 2,59 V 38,8 43,8 50,3 Cr <10 45,6 64,1 Co 61,1 <6 9,19 Ni 55, Ga 4,02 3,36 3,46 Rb 25,6 25,0 33,3 Sr Y 9,76 32,5 32,4 Zr 65,1 77,8 108 Nb 3,27 3,52 4,55 Mo 2,63 3,42 3,26 Ba La 16,2 22,5 25,0 Ce 51,8 53,8 77,6 Pr 4,03 5,29 6,16 Nd 13,9 19,3 22,4 Sm 2,46 3,44 4,08 Eu 0,495 0,654 0,817 Gd 2,08 3,40 3,98 Tb 0,311 0,468 0,557 Dy 1,66 2,77 3,26 Ho 0,363 0,76 0,865 Er 1,02 2,38 2,64 Tm 0,161 0,356 0,407 Yb 0,919 2,38 2,55 Lu 0,16 0,496 0,514 Hf 1,82 1,79 2,53 Ta 0,508 2,00 1,21 W <0.4 <0.4 <0.4 Th 3,53 3,63 4,19 U 0,933 11,2 8,54 Tabell 1. Totalkemisk analys av slagg och malm. Den första delen av tabellen presenterar halter av huvudelementen i viktsprocent medan andra delen presenterar halter av spårelement i mg/kg. Analyserna är genomförda av ALS Scandinavia AB, analys nr L och L Allt järn är ursprungligen återgivet som Fe 2 O 3 men även omräknat till FeO i slutet av huvudtabellen efter justering för glödförlust.

25 Figurer Figur 1. Slaggerna i prov nr 4 i olika riktningar som visar hur de är uppbyggda av flera pålagrade slaggsträngar. Den övre slaggen är vald för analys. Figur 2. Slaggen i prov nr 4 i mikroskop. Översikt som visar att slaggen är uppbyggd av flera pålagrade slaggflöden som är allra finkornigast i respektive ytterkant. Sammansättningen är likartad med olivin (ljust grå), glas (mörkare grå) och wüstit (ljus). olika riktningar som visar hur de är uppbyggda av flera pålagrade slaggsträngar. Figur 3. Slaggen i prov nr 4 i mikroskop. Detalj från övre vänstra hörnet i föregående figur. Längs en kontakt finns ansamling av järnoxid som inte är enbart wüstit. Här finns sannolikt även en magnetitkomponent (jämför dock prov 5 med tydligare magnetitkristaller) Figur 4. Slaggerna i prov 5. Till höger fragment av en långsmal slagg i profil med nedre delen stelnad mot underlag. Till vänster en tappslagg sedd ovanifrån med flera relativt platta slaggflöden med en karaktäristisk skrynklig överyta. Slaggen till vänster har analyserats. Figur 6. Slaggen i prov nr 5 i mikroskop. Översikt i dess övre del som visar att slaggen är uppbyggd av flera pålagrade slaggflöden som är allra finkornigast i respektive ytterkant. Sammansättningen är likartad med olivin (ljust grå) och glas (mörkare grå). Wüstit (ljus) förekommer endast som mycket finkorniga dendriter (Se nästa figur). Figur 7. Slaggen i prov nr 5 i mikroskop. Detalj på kontakten mellan två slaggflöden som kantas av en väldefinierad zon av magnetit (ljusa kantiga kristaller). Längre från kontakten förekommer wüstit (ljusa rundare former). Här finns även ytterligare järnoxider (små grå kristaller; syns bäst över kontakten). De största grå kristallerna är olivin, den mörkaste fasen är glas. Figur 8. Jämförelse av slaggernas innehåll av barium och mangan. Det finns ett fåtal referensdata med ännu högre bariuminnehåll (se Grandin 2010) men diagrammet är beskuret och visar merparten av data i detalj. Referensdata från Espelund (2009), Grandin (2009, 2010). Data för 2011 i Grandin (2011a, b). Denna undersöknings slagger (markerade med fyrkant) tillhör de med tämligen högt innehåll, främst av mangan, men malmen (ring) har betydligt lägre halter. Figur 9. Jämförelse av slaggernas innehåll av fosfor och magnesium. Referensdata från Espelund (2009), Grandin (2009, 2010). Data för 2011 i Grandin (2011a, b). Denna undersöknings slagger (markerade med fyrkant) och malm (ring) tillhör de med högst innehåll av fosfor. Figur 10. Jämförelse av slaggernas innehåll av nickel och vanadin. Referensdata från Espelund (2009), Grandin (2009, 2010). Data för 2011 i Grandin (2011a, b). Slaggerna från Oppland har genomgående höga vanadinhalter. Nickelinnehållet varierar från låga till mycket höga halter. Bland referensslaggerna från Vestfold, Buskerud och Aust-Agder är nickelhalten under detektionsnivån, ca 10 mg/kg men deras vanadinhalt är schematisk inritad som en ellips i diagrammet. Denna undersöknings slagger (markerade med

26 fyrkant) och malm (ring) är de med lägst innehåll av vanadin, men något förhöjda halter av nickel, främst i slaggerna, jämfört med slagger i Oppland. Tabellförteckning Tabell 1. Totalkemisk analys av slagg och malm. Den första delen av tabellen presenterar halter av huvudelementen i viktsprocent medan andra delen presenterar halter av spårelement i mg/kg. Analyserna är genomförda av ALS Scandinavia AB, analys nr L och L Allt järn är ursprungligen återgivet som Fe 2 O 3 men även omräknat till FeO i slutet av huvudtabellen efter justering för glödförlust. 26 UV GAL Rapport 2011:14. Geoarkeologisk undersökning