Järnframställning och smide

Transkript

1 UV GAL RAPPORT 2012:08 GEOARKEOLOGISK UNDERSÖKNING Järnframställning och smide Analys av slagg Skrøynen 2/1, Id 87, Bygland kommune, Aust-Agder, Norge Lena Grandin och Mia Englund

2

3 UV GAL RAPPORT 2012:08 GEOARKEOLOGISK UNDERSÖKNING Järnframställning och smide Analys av slagg Skrøynen 2/1, Id 87, Bygland kommune, Aust-Agder, Norge Dnr Lena Grandin och Mia Englund Järnframställning och smide. Analys av slagg. 3

4 Riksantikvarieämbetet Arkeologiska uppdragsverksamheten UV GAL Portalgatan 2A UPPSALA Växel: Fax: e-post: e-post: Figur på framsidan. Överst: bottenslaggen F236. Underst: foto från mikroskopet på tvärsnitt av slaggen som visar dess homogena uppbyggnad och dominans av järnoxiden wüstit (ljusa runda former). Olivin och en glasfas (båda grå) förekommer i mindre mängd Riksantikvarieämbetet UV GAL Rapport 2012:08 ISSN Utskrift Uppsala, 2012

5 Innehåll Sammanfattning... 7 Abstract... 7 Inledning... 9 Uppdrag... 9 Bakgrund... 9 Platsen i fokus och i ett större perspektiv Metod Okulär granskning Provtagning Kemiska analyser Mikroskopering av slaggprov Resultat Platsen F236 S F426/F533 S Kemiska analyser Huvudelement Spårelement Diskussion och tolkning Referenser Administrativa uppgifter Figurer Tabellförteckning Järnframställning och smide. Analys av slagg. 5

6 6 UV GAL Rapport 2012:08. Geoarkeologisk undersökning

7 Sammanfattning Vid en arkeologisk undersökning i Bygland kommune, Aust-Agder (Skrøynen 2/1) av bland annat gravfält och boplatslämningar, som genomfördes av Kulturhistorisk Museum, Universitetet i Oslo, påträffades olika typer av slagger i flera kontexter. En del anläggningar tolkades i fält som lämningar efter järnframställning. Ett fåtal slagger och teknisk keramik, eventuellt även från sekundära kontexter, har undersökts av Geoarkeologiskt Laboratorium vid Riksantikvarieämbetet. Resultaten av de arkeometallurgiska analyserna visar att det finns slagger av två olika karaktärer i fyndmaterialet. Dels finns del av en större bottenslagg från järnframställning i blästugn där slaggen har samlats i ett underliggande slagguppsamlingsutrymme. Den andra typen av slagg utgörs av mindre, tunnare och skålformade stycken med utseende som är karaktäristiskt för smidesslagger. De detaljerade analyserna i mikroskop visar dessutom att denna slagg är betydligt heterogenare uppbyggd än den större bottenslaggen. I materialet finns också värmepåverkad teknisk keramik i form av brända och smälta fragment av infodringsmaterial, troligen från en smideshärd. De få slagger som har undersökts visar att flera led i järnhanteringen har ägt rum på platsen. Det är inte möjligt att avgöra om dessa är samtida, men de kemiska analysresultaten antyder att samma malm har använts som råvara i båda fallen Abstract During an archaeological excavation, made by the Cultural museum in Oslo, of Skrøynen 2/1 in Bygland in Aust-Agder, Norway, several types of slag was recovered. In an area comprising burials and settlement sites, a few remains were interpreted as related to iron working. Two slag samples and some fragments of ceramic material, possibly also from secondary deposits, have been analysed by the Geoarchaeological Laboratory, at the Swedish National Heritage Board. The results from the archaeometallurgic analyses demonstrate that the slag samples represent two successive parts of iron working. One large slag is a part of a homogeneous slag bottom, cooled in the slag pit of a bloomery furnaces. Some smaller, nearly plano-convex slags with more heterogeneous texture, derive from the following forging of metallic iron. Whether these samples are directly related can not be concluded. However, their chemical composition indicate a similar origin for the used iron ores. In addition, a few fragments of partly vitrified clay was studied. These are most probably part of the smithing hearth lining, a lining that had been repaired at least once. Järnframställning och smide. Analys av slagg. 7

8 8 UV GAL Rapport 2012:08. Geoarkeologisk undersökning

9 Inledning Uppdrag Geoarkeologiskt Laboratorium (GAL), vid Riksantikvarieämbetet har fått i uppdrag av Kjetil Loftsgarden vid Kulturhistorisk Museum, Universitetet i Oslo, att analysera slagg från Skrøynen 2/1, Bygland kommune i Aust-Agder. Materialet kommer från en arkeologisk undersökning som genomfördes med anledning av att riksväg 9 planeras få en ny sträckning. På platsen undersöktes gravfält, boplatslämningar, gropar med okänd funktion samt vad som i fält tolkades vara lämningar efter järnframställning. Slagger påträffades även i kontexter som möjligen är sekundära. Inga dateringsresultat finns för de aktuella anläggningarna. Bakgrund Kulturhistorisk museum genomför varje år ett stort antal utgrävningar med anledning av utbyggnader i samhället, bland 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 forskningsprojektet ingår analyser av slagger för att bygga upp en referenssamling för framtida analyser av järnfynd. Slagger har kontinuerligt analyserats från flera undersökningar av järnframställnings- och 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 huvud- och 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 Järnframställning och smide. Analys av slagg. 9

10 halter i de undersökta slaggerna. Såväl mangan som förekommer i flera 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. Nyligen har analyser av slagger och malmer från ytterligare tre järnframställningsplatser från yngre järnålder i Oppland genomförts (Grandin 2011). Resultaten faller till stora delar inom samma ramar som tidigare observerats för slagger från Oppland, även om några av dem utökade variationen något bland annat med högre halter av mangan, som redan tidigare uppvisade en stor spännvidd i Oppland, liksom det angränsande Hedmark. Nu genomförs motsvarande analyser av slagger från en lokal med lämningar från järnhantering i Aust-Agder, varifrån slagger också tidigare har analyserats (se ovan). Resultaten som erhålls nu kommer därmed även att sättas in i ett större sammanhang och jämföras med tidigare analyserade slagger från Aust-Agder, såväl som från andra delar av landet. 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, den tekniska keramiken och de analyser som genomförs. Resultaten från de kemiska analyserna jämförs med motsvarande analyser från framförallt andra analyserade järnframställningsplatser i Aust-Agder, men även från 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. Motsvarande granskning görs för några fragmetn av infodring som ingår i en av fyndposterna. 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 10 UV GAL Rapport 2012:08. Geoarkeologisk undersökning

11 tagits bort i provhanteringen så att endast slaggkomponenten har ingått i proverna som analyseras kemiskt. Vanligtvis undersöks kemiskt analyserade slagger också i mikroskop för att exakt veta vad som har analyserats och för att 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 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. Järnframställning och smide. Analys av slagg. 11

12 Resultat Inledningsvis beskrivs lokalen i korthet med information som har tillhandahållits av uppdragsgivaren. Varje slagg och infodring som har granskats beskrivs därefter till sitt yttre. Slaggen beskrivs också i delat tvärsnitt och från undersökningen i mikroskop. Det granskade fragmentet av infodring beskrivs även i tvärsnitt. De kemiska analysresultaten behandlas slutligen i ett separat avsnitt. Platsen Det av GAL analyserade materialet kommer från en arkeologisk utgrävning inom fastigheten Skrøynen 2/1, som utfördes av Kulturhistorisk Museum under juni-augusti Undersökningen leddes av Kjetil Loftsgarden. Den föranleddes av att riksväg 9 planeras få en ny sträckning mellan Krokå-Langeid. Lokalen är belägen mitt i Setesdalen, i en dalgång på naturliga terrasser/platåer. Delar av 6 terrasser undersöktes där cirka 350 anläggningar påträffades. I området fanns gravfält, stolphål, kokgropar, rester från järnframställning samt gropar med okänd funktion. Fynd från utgrävningen samt resultat från närliggande lokaler i dalgången tyder på att området har nyttjats under lång tid, från 5000 f.kr 1100 e.kr. Slaggerna som GAL har analyserat har påträffats i sekundära kontexter, F236 påträffades i en kokgrop (S212) och F426/F533 i en förmodad avfallsgrop (S172). F236 S212 Slaggen påträffades i en kokgrop (S212), där den tolkas ha använts som en matlagningssten (fig. 1). Slaggen är en del av en bottenslagg. Största bredd är 0,15 m och största tjocklek 0,08 m. Vikt: 2986 g. Slaggen är rostbrun och blå i färgen. Den är tät och svagt magnetisk. Måttligt med kolavtryck förekommer på slaggens undersida, sidor samt ovansida. På sidorna samt delvis på undersidan av slaggen finns fastkittat material i form av sand och grus. Sidorna är ställvis släta, och förefaller nötta vilket kan bero på att slaggen har använts sekundärt. I det delade tvärsnittet (fig. 2) syns en homogent uppbyggd slagg som mestadels är tät men lokalt finns enstaka större hålrum. Flera pålagrade slaggflöden kan diffust anas i snittet. Inga ytterligare förekomster av kol än de som noterats ytligt har noterats. Inte heller finns något metalliskt järn som är synligt för blotta ögat. Den övre delen är undersökt i mikroskop. Där framträder en homogent uppbyggd slagg som är tämligen grovkornig (fig. 3), även längs översidan. vilket innebär att den har kylts av tämligen långsamt. Slaggen innehåller wüstit, olivin, hercynit och en glasfas (fig. 4) i mycket likartade proportioner i hela det undersökta snittet. Ställvis förekommer små ansamlingar av metalliskt järn. Slaggen har ett utseende som är karaktäristiskt för slagger som har stelnat långsamt, i en stor sammanhållen volym, i en underliggange slagguppsamlingsgrop i blästugnar. 12 UV GAL Rapport 2012:08. Geoarkeologisk undersökning

13 Figur 1. F236, bottenslaggens överyta. Figur 2. F236, bottenslaggen i tvärsnitt. Figur 3. F236, foto från mikroskopet. Översikt på slaggens homogena tämligen grovkorniga uppbyggnad. Slaggen innehåller wüstit (ljus), olivin (ljust grå) och en glasfas (mörkare grå). Metalliskt järn förekommer i liten mängd, här som en vit prick i nedre högra delen. Oregelbundna grå fläckar är hålrum.

14 Figur 4. F236, foto från mikroskopet. Detalj där de ingående mineralen framträder tydligare. Här syns också hercynit (pilen) tillsammans med olivin (båda är ljust grå men skiljs åt med hjälp av topografiska effekter). F426/F533 S172 Fyndposten består av 4 fragment av slagg (fig. 5 ) och 8 fragment av teknisk keramik i form av fragment av infodring (fig. 11). Fynden påträffades i en anläggning tolkad som en möjlig avfallsgrop (S172). Avfallsgropen var belägen i ett kulturlager med en relativt stor mängd järnfragment. Slaggen består av 4 fragment (fig. 5) av smidesskållor. Den provtagna smidesslaggen väger 256 g. Slaggerna är rostbruna och grå i färgen. De är relativt täta och ställvis svagt magnetiska. Enstaka kolavtryck förekommer på slaggernas undersidor, måttligt med kolavtryck finns på ovansidorna. På ett fragment finns fastkittat material på undersidan i form av sand och lera (?). Figur 5. F426/F533, fragment av smidesskållor. 14 UV GAL Rapport 2012:08. Geoarkeologisk undersökning

15 Figur 6. F426/F533, den provtagna smidesslaggen i tvärsnitt. Figur 7. F426/F533, foto från mikroskopet på slaggens övre heterogena delar. Här finns, förutom slagg, kolstycken (överst till vänster) och rostiga inslag (flammiga ljust grå områden, vanligen runt hålrum). Järnframställning och smide. Analys av slagg. 15

16 I det delade tvärsnitt (fig. 6) framträder en slagg som är homogen i sammansättning. Slaggen är småporig, men enstaka något större porer förekommer. I slaggens övre del finns ett skikt med kolavtryck. Slaggens hela tjocklek är undersökt i mikroskop. Där framträder en betydligt heterogenare uppbyggnad (fig. 7) än vad man kan se med blotta ögat. Slaggen är tämligen rik på porer, ställvis stora. Här och var finns rostiga partier och i de övre delarna även små insmälta kolstycken (fig. 7), något som antyddes även okulärt genom kolavtryck. Slaggen varierar även i sammansättning. Genomgående förkommer olivin, wüstit och en glasfas men i kraftigt varierande proportioner och kornstorlekar (fig. 8). Det finns dock inga väldefinierade kontakter mellan olika slaggflöden eller slaggskikt utan mestadels är det kontinuerliga övergångar med successivt ökande eller minskande av endera fasen. Olivinkristallerna är mestadels homogena i sin uppbyggnad men lokalt är de zonerade (fig. 9) där en yttre kant avviker i sammansättning jämfört med kristallens kärna. Metalliskt järn förekommer också i stora delar av snittet, men huvudsakligen endast i små koncentrationer. Nära botten finns också ett tunt, tätt skikt av åtminstone två olika järnoxider (fig. 10). Figur 8. F426/F533, foto från mikroskopet på slaggen som visar variationen i sammansättning med huvudsakligen olivin (ljust grå) och en glasfas (mörkt grå) i nedre delen och dessa båda samt wüstit (ljus) i övre delen av bilden. Oregelbundna grå ytor är hålrum. 16 UV GAL Rapport 2012:08. Geoarkeologisk undersökning

17 Figur 9. F426/F533, foto från mikroskopet. Detalj som visar att olivinkristallerna är zonerade, dvs. de har en yttre kant (något mörkare grå se pilen) som visar att kanten har en annan sammansättning än kärnan. Figur 10. F426/F533, foto från mikroskopet. Detalj som visar ett skikt av järnoxider med minst två olika sammansättningar (två olika ljusa nyanser allra ljusast i ett tunt undre skikt se pilen). Underst i bild ses ett grått lager av rost. Det provtagna fragmentet av infodring väger 203 g. Infodringen har en smält insida som ställvis är svagt magnetisk. Utsidan är rödbränd och delvis spjälkad. Ett mindre fragment av bergart finns fastbränt i godset. Godset är magrat med kvartskorn. I infodringens brottytor ses 2 3 smälta skikt. I det delade tvärsnittet ses tre smälta skikt, varav det mellersta skiktet förefaller vara kollapsat (fig. 12). Troligen har infodringen, efter en kollaps, bättrats på med ett nytt lager lera som nu utgör det innersta skiktet bränd/smält lera. Järnframställning och smide. Analys av slagg. 17

18 Figur 11. F426/F533, infodringsfragmentens rödbrända utsidor. De rosa partierna, t.ex. på stycket längst till höger, är bergart. Figur 12. F426/F533, delat fragment av infodring i tvärsnitt. De mörkgrå skikten är smält lera. Infodringens utsida till vänster i bild. 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 även 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 lokaler. Utöver de referenser som nämns i inledningstexten är även analyser från Møsstrond, Telemark inkluderade (Rosenqvist 1988, Buchwald 2005). 18 UV GAL Rapport 2012:08. Geoarkeologisk undersökning

19 Aust-Agder (Bygland) Aust-Agder (GAL 2009, 2012) Aust-Agder (Espelund 2007) Buskerud (GAL 2009, 2012) Telemark (Rosenqvist 1988) (Buchwald (2005) Vestfold (GAL 2009) Hedmark (GAL 2009) Hedmark (Espelund m fl) Oppland (GAL ) Oppland (Espelund 2009) Oppland (Buchwald 2005) FeO (viktprocent) 60 F236 F426/F SiO 2 (viktprocent) Figur 12. Illustration av slaggernas innehåll av järn (som FeO) och kisel (som SiO 2 ). Denna undersöknings slagger är markerade med fyrkant. De jämförs med slagger från andra undersökningar (se text för referenser). Huvudelement Den skillnad som har noterats vid den petrografiska undersökningen i mikroskop av slaggerna, framträder även tydligt i de kemiska analysresultaten. I F236 noterades rikliga mängder av järnoxiden wüstit, medan innehållet är betydligt lägre i F426/F533. Detta återspeglas i stora skillnader i järn- respektive kiselhalt där det totala järninnehållet är betydligt högre i F % som Fe 2 O 3 jämfört med 59 % i F426 (Tabell 1). Skillnaden i kiselinnehåll blir följaktligen det motsatta med lägre halter i F236 knappt 12 % SiO 2 mot knappt 28 % SiO 2 i F426. I övrigt förekommer aluminium i båda (knappt 7 respektive knappt 6 % Al 2 O 3 ). Mangan, magnesium och natrium uppträder i några tiondels viktsprocent i vardera slaggen (Tabell 1). Det finns dock en klar skillnad i kalciuminnehåll med ca 0,5 % i F236 mot drygt 3 % CaO i F426, vilken också har högre innehåll av såväl kalium som fosfor. Fosforhalten är dock låg i båda, speciellt i F236. Det höga järninnehållet i bottenslaggen F236 är högt även i jämförelse med många andra analyserade slagger från järnframställning i Norge, inklusive slagger från Aust-Agder, bl.a. från Hovden. Bland dessa är det endast ett fåtal som når upp till lika höga halter. De flesta av slaggerna i Järnframställning och smide. Analys av slagg. 19

20 referensmaterialet är typiska tappslagger till skillnad från den nu analyserade bottenslaggen som stelnat i ugnen (eller dess slagguppsamlingsgrop). Möjligen är denna slagg även äldre och motsvarar också en äldre teknik. Den andra slaggen, F426, har i stället betydligt lägre järn- och högre kiselinnehåll än de flesta referensslaggerna (fig. 12). F426 bör dock inte jämföras på identiskt sätt eftersom den sannolikt är från ett annat processled, och har påverkats i dessa. Aluminiumhalten är på samma nivå som slagger från järnframställning i Aust-Agder som tidigare har analyserats, vilket mestadels är högre än i slagger från andra delar av landet. Proportionen mellan aluminium och kalcium skiljer de båda slaggerna från varandra, liksom från andra slagger. För bottenslaggens del är kalciumhalten låg vilket innebär en hög kvot, som inte finns motsvarighet till i andra slagger (fig. 13). För F426 är kalicumhalten i stället hög vilket medför ett lågt värde på kvoten vilket inte heller finns motsvarighet till i mer än ett fåtal tidigare analyserade slagger, speciellt inte från Aust-Agder och närliggande fylken (fig. 13). Därför beror förekomsten av dessa ämnen sannolikt på inblandning av annat material. För F426 får vi återigen ha i åtanke att det är ett annat processled som också har påverkat slaggens sammansättning F236 Aust-Agder (Bygland) Aust-Agder (GAL 2009, 2012) Aust-Agder (Espelund 2007) Buskerud (GAL 2009, 2012) Telemark (Buchwald 2005) Vestfold (GAL 2009) Hedmark (GAL 2009) Hedmark (Espelund m fl) Oppland (GAL ) Oppland (Espelund 2009) Oppland (Buchwald 2005) Al2O3/CaO 8 4 F426/F K 2O/MgO Figur 13. Förhållandet mellan aluminium och kalcium jämfört med förhållandet mellan kalium och magnesium. Denna undersöknings slagger är markerade med fyrkant. De stora skillnaderna beror främst på skillnader i kalciumhalt (Se Tabell 1). De nu analyserade slaggerna jämförs med slagger från andra undersökningar (se text för referenser). 20 UV GAL Rapport 2012:08. Geoarkeologisk undersökning

21 MnO (viktprocent) Aust-Agder (Bygland) Malm Aust-Agder (GAL 2012) Aust-Agder (GAL 2009, 2012) Aust-Agder (Espelund 2007) Malm Aust-Agder (Espelund 2007) Buskerud (GAL 2009, 2012) Telemark (Rosenqvist 1988) Vestfold (GAL 2009) Hedmark (GAL 2009) Hedmark (Espelund m fl) Oppland (GAL ) Oppland (Espelund 2009) Oppland (Buchwald 2005) 5 0 F236 F426/F P 2O 5 (viktprocent) Figur 14. Jämförelse av slaggernas och malmernas innehåll av mangan (som MnO) och fosfor (som P 2 O 5 ). Denna undersöknings slagger är markerade med fyrkant. De jämförs med slagger från andra undersökningar (se text för referenser). De båda analyserade slaggerna tillhör de med lågt innehåll av båda ämnena, även jämfört med slagger från samma område. Andra ämnen förekommer som nämnts ovan i låga halter. Det gäller t.ex. mangan och fosfor som är bland de lägre som observerats i analyserade slagger. Slagger från Aust-Agder i allmänhet finns dock bland dem som har likartat låga halter, även om det varierar inom fylket (se fig. 14). För bottenslaggens del, F236, kan vi klart konstatera att den låga manganhalten tydligt visar att även den använda malmen har varit manganfattig. Spårelement Många spårämnen kan vara av betydelse när det gäller att hitta den använda malmens ursprungsområde. Bland spårämnena förekommer de flesta endast i något eller några tiotals mg/kg (Tabell 1). I dessa båda slagger förekommer de flesta ämnena i låga halter. Förekomsten av flera av dem i kombination, eller avsaknaden, kan dock vara viktig som en indikator för malmens bildningsområde. En del av dessa ämnen fördelar Järnframställning och smide. Analys av slagg. 21

22 sig mellan slagg och järn, en del koncentreras i slaggen medan ytterligare andra företrädesvis hamnar i järnet. Till de senare hör t.ex. kobolt, nickel, krom och vanadin. Det har dock tidigare visat sig att de förekommer i varierande halter även i slagger varför ett högt innehåll av någon av dem visar att ämnet även måste ha funnits i förhållandevis höga halter även i malmen. Vanadin (fig. 15) är ett sådant ämne där variationer har noterats tidigare (referenser enligt ovan). I de nu analyserade slaggerna förekommer vanadin främst i bottenslaggen F236 (ca 150 mg/kg), medan halten är lägre i F426 (knappt 40 mg/kg. Krom förekommer i samma storleksordning i båda (ca 40 respektive 30 mg/kg). I F236 förekommer vare sig kobolt eller nickel i halter över detektionsnivån (Tabell 1). För F426 gäller halter precis över detektionsnivån av kobolt, men under för nickel. I figur 15, ser vi att vanadinhalten i F236 är av samma storleksordning som många andra slagger från Aust-Agder, även om högre halter finns, och är högre än i slagger från Hedmark. Kromhalten tillhör de lägre bland slaggerna i referensmaterialet Malmer Malm Buskerud (GAL 2012) Malm Aust-Agder (GAL 2012) Malm Aust-Agder (Espelund 2007) Malm Telemark (Rosenqvist 1988) Malm Vestfold (GAL 2007) Malm Hedmark (GAL ) Malm Oppland (GAL 2011) Malm Oppland (Espelund 2009) Slagger Aust-Agder (Bygland) Aust-Agder (GAL 2009, 2012) Aust-Agder (Espelund 2007) Buskerud (GAL 2009, 2012) Telemark (Rosenqvist 1988) (Buchwald 2005) Vestfold (GAL 2009) Hedmark (GAL 2009) Hedmark (Espelund m fl) Oppland (GAL ) Oppland (Espelund 2009) Oppland (Buchwald 2005) Cr (mg/kg) F426/F533 F V (mg/kg) Figur 15. Jämförelse av slaggernas och malmernas innehåll av krom (Cr) och vanadin (V). Denna undersöknings slagger är markerade med fyrkant. De jämförs med slagger och malmer från andra undersökningar (se text för referenser). Observera att flera av referenserna inte inkluderar dessa spårämnen. 22 UV GAL Rapport 2012:08. Geoarkeologisk undersökning

23 Slagger och malmer Aust-Agder, Bygland (F236) slagg Aust-Agder, Bygland (F426) slagg Aust-Agder, Bykle Hovden (P5008) slagg Aust-Agder, Bykle Hovden (P5039) slagg Aust-Agder, Bykle Hovden (P5024) malm Aust-Agder, Bykle Hovden (P5014) slagg Aust-Agder, Bykle Hovden (P5031) slagg Aust-Agder, Bykle Hovden (P5045) slagg Aust-Agder, Bykle Hovden (P5044) malm Aust-Agder (GAL 2009) slagg prov/kondrit CI REE (atomnummer) Figur 16. Sällsynta jordartsmetaller (REE) normaliserade mot Chondrit-referens. De båda analyserade slaggerna (i lila) med likartat mönster jämförs med tidigare analyserade slagger från Aust-Agder, främst från Hovden. I grönt ses slagger och en malm med likartade proportioner, medan slagger och en malm i rött, liksom slagger i blått, uppvisar andra proportioner (se text för referenser). Atomnummer 58 är cerium (Ce) och nr 63 är europium (Eu). En grupp av spårämnen som är förknippade med olika typer av geologiska miljöer och därmed kan berätta om ursrpung (och bergartstyper) är de sällsynta jordartsmetallerna lantan (La) till lutetium (Lu) (REE Rare Earth Elements). Proportionen mellan dessa bibehålls från bergarten varifrån malmen har bildats och ärvs sedan av slaggen, men på en högre absolut nivå än i malmen. Den signatur som dessa uppvisar är därmed en god indikation på olika ursprungsområden. Genom att studera dessa ämnen som grupp i diagram (fig. 16) får man tydliga karaktäristiska mönster. Ett karaktäristiskt drag är en nedgång centralt i diagrammet, vilket är europium (Eu), atomnummer 63, som visar en negativ anomali. Till vänster i diagrammet, som ämne nummer två förekommer cerium (Ce), som atomnummer 58, som kan följa linjen från lantan (det första) och vidare längs x-axeln, eller visa en topp (positiv anomali) eller nedgång (negativ anomali). Dessutom kan man jämföra förhållandet mellan gruppen av tyngre jordartsmetaller (med Järnframställning och smide. Analys av slagg. 23

24 atomnummer från europium och uppåt) med de lättare med lägre atomnummer. Ett sådant förhållande speglar skillnader i urlakning och anrikning vilket också är olika i olika områden. De båda slaggerna uppvisar mycket likartade resultat för REE (fig. 16). Det utmärkande för dem är att de är samlade med endast liten positiv ceriumanomali. Likartade proportioner är nyligen noterade för några manganfattiga slagger från Hovden, medan andra slagger från samma lokal, med högre manganinnehåll uppvisar andra proportioner (Grandin & Englund 2012). Tillsammans med slaggerna från Hovden analyserades också malmer, där en tämligen manganfattig malm också har likartat innehåll av de sällsynta jordartsmetallerna. Här ser vi följaktligen ett större kemiskt släktskap mellan de båda analyserade slaggerna i denna undersökningen och några av slaggerna från den undersökta järnframställningsplatsen i Hovden (Grandin & Englund 2012), än inom hela gruppen av slagger från omnämnda undersökning (fig. 16). Med tanke på att de båda nu analyserade slaggerna representerar olika processer, och möjligen inte heller är samtida, är det intressant att notera att deras innehåll av sällsynta jordartsmetaller är likartad. Eftersom de sällsynta jordartsmetallerna främst förväntas komma från malmen och inget tillskott kommer under senare processled kan man tolka de båda slaggerna som restprodukter från en järnhantering med likartad malm som utgångspunkt, oavsett om de är direkt kopplade kronologiskt och funktionellt eller ej. Diskussion och tolkning De båda fyndposterna, från varsina kontexter, innehåller slagg men av olika karaktär. F236 är del av en sammanhållen bottenslagg som har bildats under långsam avsvalning i ett slagguppsamlingsutrymme under en blästugn. Den härrör därmed från järnframställning. Slaggen förefaller vara nednött på ytan och kan ha påverkats av sekundär användning. Detta har dock inte påverkat dess uppbyggnad eller kemiska sammansättning. Slaggerna i den andra fyndkontexten är betydligt mindre, såväl i tjocklek som bredd. De är skålformade, med utseende karaktäristiskt för slagger från smide. De detaljerade analyserna visar också att slaggen är betydligt heterogenare uppbyggd än den större bottenslaggen och uppvisar tecken på att ha bildats under växlande temperaturbetingelser, vilket också förknippas med smide snarare än framställning. I denna fyndkontext fanns också keramiskt material från metallhantverk. Ett fåtal stycken av värmepåverkad teknisk keramik är såväl brända som smälta fragment av infodringsmaterial, troligen från en smideshärd. I åtminstone ett fragment, med upprepade lager bränt och smält material, framkommer att anläggningen har använts flera gånger och har behövt repareras mellan användningstillfällen. De få slagger som har undersökts visar följaktligen att flera led i järnhanteringen har ägt rum på platsen. Det är visserligen inte möjligt att avgöra om dessa är samtida, men de kemiska analysresultaten antyder att samma malm har använts som råvara i båda fallen. 24 UV GAL Rapport 2012:08. Geoarkeologisk undersökning

25 Den större slaggen, som bildats i en blästugns underliggande slagguppsamlingsgrop representerar därmed den järnframställningsteknik som i området förekommer företrädesvis i äldre järnålder (t.ex. Larsen 2009), medan ugn med slaggtappning tas i bruk senare. Med utgångspunkt i denna regionala kunskap, bör järnframställningen höra till äldre järnålder. Järnframställning och smide. Analys av slagg. 25

26 Tabell 1. Material Prov Slagg F236 Slagg F426/F533 SiO 2 11,7 27,6 TiO 2 0,136 0,174 Al 2 O 3 6,68 5,55 Fe 2 O 3 84,0 59,1 MnO 0,133 0,291 MgO 0,385 0,911 CaO 0,476 3,17 Na 2 O 0,326 0,912 K 2 O 0,533 1,50 P 2 O 5 0,0630 0,165 Glödförlust -7,00-5,20 Summa 97,4 94,2 FeO 69,3 48,5 Be 2,50 1,47 Sc 4,22 3,09 V ,0 Cr 40,3 32,2 Co <5 10,6 Ni <9 <9 Ga 5,30 6,28 Rb 21,8 58,6 Sr 43,8 146 Y 35,6 24,3 Zr 45,9 119 Nb <5 5,75 Mo 23,4 5,07 Ba La 38,7 29,6 Ce ,5 Pr 8,81 7,24 Nd 31,9 27,3 Sm 6,07 5,25 Eu 0,799 0,740 Gd 5,70 4,99 Tb 0,946 0,716 Dy 5,60 4,18 Ho 1,19 0,894 Er 3,54 2,58 Tm 0,534 0,361 Yb 3,59 2,46 Lu 0,485 0,288 Hf 1,27 3,31 Ta 0,180 0,390 W <0.4 0,630 Th 7,36 8,31 U 23,1 4,26 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 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 2012:08. Geoarkeologisk undersökning

27 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 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. GAL Rapport 2011:14. Geoarkeologisk undersökning. Riksantikvarieämbetet. Järnframställning och smide. Analys av slagg. 27

28 28 UV GAL Rapport 2012:08. Geoarkeologisk undersökning Avdelningen för arkeologiska undersökningar. Geoarkeologiskt Laboratorium. Uppsala. Grandin, L. & Englund, M. 2012a. Medeltida järnframställning. Kemisk analys av slagg och malm från Hovden. Hovden 2/1, Bykle kommune, Aust-Agder, Norge. UV GAL Rapport 2012:5. Geoarkeologisk undersökning. Riksantikvarieämbetet. Avdelningen för arkeologiska undersökningar. Geoarkeologiskt Laboratorium. Uppsala. Grandin, L. & Englund, M. 2012b. Järnframställning från yngre järnålder medeltid. Kemisk analys av slagg, järn och malm. Sudndalen 42/1, 2, 3 m.fl., Hol kommune, Buskerud, Norge. UV GAL Rapport 2012:6. Geoarkeologisk undersökning. Riksantikvarieämbetet. Avdelningen för arkeologiska undersökningar. Geoarkeologiskt Laboratorium. Uppsala. Grandin, L. & Englund, M. 2012c. Slagger från järnframställning. Kemisk analys av slagg och malm. Stavenes 16/2, 10, Bykle kommune, Aust-Agder, Norge. UV GAL Rapport 2012:7. 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. med bidrag av Stilborg, O. & Jonsson, E Järn för avsalu. En järnframställningsplats bland många andra i en omfattande organiserad produktion i området kring Axamo och Dumme mosse arkeometallurgiska analyser. Småland, Jönköpings län, Sandseryds socken, Hedenstorp 1:3, fornlämning 338. UV Uppsala Rapport 2009:16. Geoarkeologisk undersökning. Riksantikvarieämbetet. Avdelningen för arkeologiska undersökningar. Geoarkeologiskt Laboratorium. 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. Larsen, J.H Jernvinneundersøkelser. Faglig Program Bind 2. Varia 78, Kulturhistorisk museum, Fornminneseksjonen. Oslo.

29 Rosenqvist, A.M Jenvinna på Møsstrond i Telemark. Kjemiske og mineralogiske undersøkelser. Norske Oldfunn XIII, s Universitetets Oldsaksamling. Oslo. Järnframställning och smide. Analys av slagg. 29

30 Administrativa uppgifter Riksantikvarieämbetets dnr: Riksantikvarieämbetets projektnummer: Projektgrupp: Lena Grandin och Mia Englund. Underkonsulter: ALS Scandinavia och MINOPREP. Digital dokumentation: förvaras på UV Mitt i Uppsala. Fotografier: Mia Englund och Lena Grandin. 30 UV GAL Rapport 2012:08. Geoarkeologisk undersökning

31 Figurer Figur 1. F236, bottenslaggens överyta. Figur 2. F236, bottenslaggen i tvärsnitt. Figur 3. F236, foto från mikroskopet. Översikt på slaggens homogena tämligen grovkorniga uppbyggnad. Slaggen innehåller wüstit (ljus), olivin (ljust grå) och en glasfas (mörkare grå). Metalliskt järn förekommer i liten mängd, här som en vit prick i nedre högra delen. Oregelbundna grå fläckar är hålrum. Figur 4. F236, foto från mikroskopet. Detalj där de ingående mineralen framträder tydligare. Här syns också hercynit (pilen) tillsammans med olivin (båda är ljust grå men skiljs åt med hjälp av topografiska effekter). Figur 5. F426/F533, fragment av smidesskållor. Figur 6. F426/F533, den provtagna smidesslaggen i tvärsnitt. Figur 7. F426/F533, foto från mikroskopet på slaggens övre heterogena delar. Här finns, förutom slagg, kolstycken (överst till vänster) och rostiga inslag (flammiga ljust grå områden, vanligen runt hålrum). Figur 8. F426/F533, foto från mikroskopet på slaggen som visar variationen i sammansättning med huvudsakligen olivin (ljust grå) och en glasfas (mörkt grå) i nedre delen och dessa båda samt wüstit (ljus) i övre delen av bilden. Oregelbundna grå ytor är hålrum. Figur 9. F426/F533, foto från mikroskopet. Detalj som visar att olivinkristallerna är zonerade, dvs. de har en yttre kant (något mörkare grå se pilen) som visar att kanten har en annan sammansättning än kärnan. Figur 10. F426/F533, foto från mikroskopet. Detalj som visar ett skikt av järnoxider med minst två olika sammansättningar (två olika ljusa nyanser allra ljusast i ett tunt undre skikt se pilen). Underst i bild ses ett grått lager av rost. Figur 11. F426/F533, infodringsfragmentens rödbrända utsidor. De rosa partierna, t.ex. på stycket längst till höger, är bergart. Figur 12. F426/F533, delat fragment av infodring i tvärsnitt. De mörkgrå skikten är smält lera. Infodringens utsida till vänster i bild. Figur 12. Illustration av slaggernas innehåll av järn (som FeO) och kisel (som SiO 2 ). Denna undersöknings slagger är markerade med fyrkant. De jämförs med slagger från andra undersökningar (se text för referenser). Figur 13. Förhållandet mellan aluminium och kalcium jämfört med förhållandet mellan kalium och magnesium. Denna undersöknings slagger är markerade med fyrkant. De stora skillnaderna beror främst på skillnader i kalciumhalt (Se Tabell 1). De nu Järnframställning och smide. Analys av slagg. 31

32 analyserade slaggerna jämförs med slagger från andra undersökningar (se text för referenser). Figur 14. Jämförelse av slaggernas och malmernas innehåll av mangan (som MnO) och fosfor (som P 2 O 5 ). Denna undersöknings slagger är markerade med fyrkant. De jämförs med slagger från andra undersökningar (se text för referenser). De båda analyserade slaggerna tillhör de med lågt innehåll av båda ämnena, även jämfört med slagger från samma område. Figur 15. Jämförelse av slaggernas och malmernas innehåll av krom (Cr) och vanadin (V). Denna undersöknings slagger är markerade med fyrkant. De jämförs med slagger och malmer från andra undersökningar (se text för referenser). Observera att flera av referenserna inte inkluderar dessa spårämnen. Figur 16. Sällsynta jordartsmetaller (REE) normaliserade mot Chondrit-referens. De båda analyserade slaggerna (i lila) med likartat mönster jämförs med tidigare analyserade slagger från Aust-Agder, främst från Hovden. I grönt ses slagger och en malm med likartade proportioner, medan slagger och en malm i rött, liksom slagger i blått, uppvisar andra proportioner (se text för referenser). Atomnummer 58 är cerium (Ce) och nr 63 är europium (Eu). 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 Allt järn är ursprungligen återgivet som Fe 2 O 3 men även omräknat till FeO i slutet av huvudtabellen efter justering för glödförlust. 32 UV GAL Rapport 2012:08. Geoarkeologisk undersökning