G A L GEOARKEOLOGI. Analyser av järnrika utfällningar från Tvååker. Dnr RAÄ 203 Tvååkers Ås 6:16 Varberg Halland

Transkript

1 Dnr GEOARKEOLOGI Analyser av järnrika utfällningar från Tvååker RAÄ 203 Tvååkers Ås 6:16 Varberg Halland G A L Geoarkeologiskt Laboratorium Analysrapport nummer Avdelningen för arkeologiska undersökningar UV GAL Daniel Andersson Lena Grandin

2 Abstract Geoarchaeological Laboratory (GAL), Department of Archaeological Excavations, National Heritage Board, has made analyses on iron rich material from an archaeological excavation in Tvååkers Ås 6:16, Varberg, Halland. The material was found in two pits close to a previous stream. Within the region, bloomery iron production is previously known and the hypothesis was that the iron rich material could be either waste from iron production, corroded iron, or ore. Our results show that the samples are precipitated iron and that the iron content is not favourable for iron production. The morphology of the samples can not discriminate a precipitation from natural sources from a source created by some iron item that slowly is corroding and contributes with iron ions to the local water. However, no other indication of iron production or forging was found at the site and therefore it is more probable that the precipitation has a natural origin. 1

3 Inledning Geoarkeologiskt Laboratorium (GAL) vid UV GAL, Riksantikvarieämbetet har fått en förfrågan från Petra Nordin, Riksantikvarieämbetet UV Väst angående undersökning av järnutfällningar från Tvååker Ås 6:16. Eventuella järnutfällningar har observerats på platsen. Materialet påträffades i två gropar, ca 2 m i diameter och 0,3 m djupa, ca 10 m söder om en gammal åfåra. Denna löper ut i ett våtmarksområde 50 m norr om platsen. Hur materialet är uppbyggt och om det är naturliga bildningar eller sekundärt bildat material i en miljö där någon form av järnhantverk har skett är av intresse för tolkning av platsen. För att få en första inblick i hur utfällningarna är uppbyggda och vad de består av föreslogs en granskning av materialet. För att detta ska kunna utföras krävdes att utvalda stycken undersöks hela och snittas. Efter denna initiala undersökning beslöts vilka vidare analyser som kunde bli aktuella för att kunna svara på beställarens frågor. Materialet Det inlämnade materialet bestod av ett flertal rödbruna sandiga järnrika utfällningar från anläggningarna A232 och A5050, se figur 1. Utfällningarna från A5050 är att döma av morfologin utfällda runt ett cirkulärt avlångt föremål, möjligen något organiskt material såsom vass eller rötter. Utseendemässigt likartade rörformiga malmer, benämnda rör-, ränneller spolmalmer, dock av något mindre storlek, har beskrivits av Naumann (1919). Utfällningarna i A232 skulle morfologiskt kunna klassificeras som kakmalmer. Huruvida utfällningarna är primära, dvs. om källan till det utfällda järnet är berggrunden och det lösa jordtäcket i området, eller sekundärt t.ex. ett järnrikt föremål som sakta korroderar och därmed läcker järnjoner till yt- och/eller grundvattnet, har dock ingen påverkan på järnutfällningarnas morfologi. Det gick inte att avgöra, utan vidare analyser, om de rörformiga bitarna bestod av rör av metalliskt järn vilka var kraftigt korroderade. Resultat Efter att delar av materialet snittats och polerats framkom att det inte rörde sig om metalliskt järn eller slagg av något slag. Utfällningarna är uppbyggda av ett inre rödbrunt till svart skikt, troligen järnrikt. Detta skikt är omgivet av siltigt till sandigt material vilket har en rödfärgad beläggning. Inget av materialet är magnetiskt. Rostning En ca 2x2 cm stor del av den mindre utfällningen från A232 sönderdelades med hjälp av en mortel till ett sandigt material. Under mikroskopet framkom att detta material dominerades av kvarts- och andra bergartsfragment vilka hade en rödaktig beläggning. Svarta korn med något glasigt uppträdande förekom även i detta material. De två viktigaste järnhydroxidmineralen som förekommer i naturen (Deer m.fl. 1966) är goethit (α-feo.oh) och lepidokrokit (γ-feo.oh). Vid upphettning till temperaturer överstigande 400ºC övergår goethit genom vattenavspjälkning till hematit (α-fe 2 O 3 ), medan lepidikrokit ger maghemit (γ-fe 2 O 3 ) vid upphettning till ca 350ºC (Smykatz-Kloss 1974); skillnaden mellan dessa faser är bl.a. att hematit är omagnetisk och (som fint pulver) röd, medan maghemiten är magnetisk och svart, gråsvart eller brunaktig. 2

4 Det malda provet från A232 placerades på en rostfri platta och värmdes med lågan från en bunsenbrännare under ca 5 minuter. Rostningsförsöken visade att provet blev svart vid upphettning. Denna färg kvarstannar efter svalning endast i ca 15-20% av provet. Denna del av provet är även magnetisk efter rostningen vilket tyder på att den dominerande järnhydroxiden i proven är lepidokrokit och inte den vanligare goethiten. Bildningsbetingelserna för dessa två faser domineras av olika faktorer. Lepidokrokit kräver tvåvärt järn och troligen låga aluminiumhalter (Herbert 1995). Kemiska analyser Totalkemiska analyser utfördes på provet från A232 hos ALS Scandinavia, Luleå. Använd analysmetod är ICP-AES för huvudelement och ICP-QMS för spårelement. Totalt analyserades 46 element. Resultaten från analysen finns presenterad i tabell 1 där huvudelementens halter i procent (%) finns i övre delen av tabellen medan spårelementens halter i parts per million (ppm) finns i nedre delen av tabellen. Det analyserade provet från A232 innehåller 50,1% SiO 2, 28,7% Fe 2 O 3 (motsvarar ca 20% Fe), 8,68% Al 2 O 3, 2,24% Na 2 O, 1,92% K 2 O och 1,34% CaO. Övriga element förekommer endast i halter under 1%. Glödförlusten, dvs. den procentuella viktminskningen efter upphettning av provet inför analysen uppgår till 8,50% (se vidare under kapitlet Diskussioner). Noterbart är de för myr- och sjömalmer relativt blygsamma innehållet av mangan, 0,0695%. Det höga kiselinnehållet i förhållande till järnhalten speglar det stora inslaget av kvarts och andra silikatmineral (glimmer, lermineral och fältspater) i provet. Innehållet av zirkonium (Zr), över 100 ppm, vilket nästan uteslutande förekommer i mineralet zirkon som anrikas i sandigt material bekräftar inblandningen av sand i provet. Aluminiumet i proven har tydligen inte förelegat i löslig form (vilket skulle stabilisera goethit) utan i klastisk-sedimentär form (se ovan). Regionala variationer i den kemiska sammansättningen förekommer hos myrmalmer i Skandinavien. Dessa variationer beror till största delen på skillnader i bergartssammansättning från vilken myrmalmerna har sitt ursprung. Norska och merparten av de svenska myrmalmerna är rika i Al 2 O 3 i jämförelse med de danska, västjylland undantaget, och de från sydvästra Skåne, medan det omvända förhållandet gäller för CaO och P 2 O 5 (Buchwald och Wivel 1998). Den kemiska sammansättningen på den analyserade järnutfällning tyder på att den bildats genom nedbrytning och utfällning av den lokala berggrunden och/eller dess ovanliggande lösa jordtäcke. Diskussion I Tvååkersområdet finns ett flertal lämningar efter järnframställning framförallt vid Ugglehult/Dövared (RAÄ 84, Sibbarps socken) och vid Järnvirke (RAÄ 124 och 189, Sibbarps socken). Malmer omfattande två prover med rödjord och åtta prover med myrmalm, insamlade dels vid de ovan angivna utgrävningsplatserna och dels i omgivande naturliga avsättningar, har tidigare analyserats med avseende på dess kemiska sammansättning (Buchwald 2004). Dessa mätningar är utförda med en annan typ av analys, SEM-EDAX, vilket medför att en viss försiktighet måste iakttagas vid jämförelse med denna studies prov. Den viktigaste skillnaden mellan de två analystyperna är att SEM-EDAX normaliserar provets elementhalter till 100% utan att ta hänsyn till att myrmalmer innehåller vatten och karbonater vilka inte är mätbara med denna metod. Vid totalkemisk analys, vilket är genomfört i denna studie, kan man kompensera för dessa avvikelser genom att beräkna hur stor del av provet som avgår vid upphettning till 1000 C (Glödförlust). Ett medelvärde på järninnehållet i de tidigare utförda malmerna från Tvååkersområdet är uppskattad till 42-50%. Då har kompensationer gjorts för en uppskattad halt 3

5 av vatten och karbonater av ca 25%. Dessa analyser är dock utförda på en mycket liten del av ett malmkorn och speglar inte helt den genomsnittliga sammansättningen på malmen. Utblandning av kvarts och andra kiselrika bergartsfragment, vars förekomst är en förutsättning för slaggbildning vid reduktionsprocessen, i malmen kommer inte att synas i dessa resultat. Detta medför att järninnehållet förmodligen ska räknas ner ytterligare och att kiselhalten, och i viss mån även de andra huvudelementen, bör räknas upp. Trots dessa något osäkra mätvärden från tidigare analyser kan man konstatera att deras järnhalt är betydligt högre än provet från A232 vilka endast uppgick till 20%. Järnhalten i myrmalmer är ofta mycket varierande men fynd av malmer funna i arkeologiska sammanhang har sällan Fe 2 O 3 -halten vilka understiger 40%, vilket motsvarar 28% järn (Hjärthner-Holdar 1993). Sammanfattning Den väldokumenterade och under flera tillfällen undersökta Järnmöllan i Tvååker (Strömberg 2004, Buchwald 2004) visar att järnframställning varit en betydande aktivitet i området. Det är därför rimligt att misstänka att den undersökta järnutfällningen skulle gå att koppla till järnframställning. Utseendemässigt finns det inget som talar emot att fyndet skulle bestå av myrmalm, snarare tvärtom. Den analyserade järnutfällningen är också järnförande men har dock ej tillräckligt höga järnhalter för att det ska anses rimligt att den skulle ha varit lämplig som råvara i blästbruket. En möjlighet skulle kunna vara att den är insamlad i syfte att använda som malm i blästugnen och att den sedan, av någon anledning, ratats och sovrats bort. Då det på den nu undersökta platsen inte framkommit någon anläggning eller övriga fynd vilka skulle kunna associeras med järnframställning får det nog anses att denna tolkning inte är särskilt trolig. Sammanfattningsvis får man istället konstatera att det förekommer en hel del järnutfällningar i naturen och att dess närvaro inte nödvändigtvis betyder att järnframställning skett på platsen. 4

6 Referenser Buchwald. V. F., Om jernfremstillingspladserne nær Tvååker, Halland. Hikuin 31, Buchwald, V.F. & Wivel, H Slag analysis as a method for the characterization and provenance of ancient iron objects. Material Characterization 40:73-96 Deer, W.A., Howie, R.A. & Zussman, J., An introduction to the rock-forming minerals. - Longmans, London. Herbert, R.B. Jr, Precipitation of Fe oxyhydroxides and jarosite from acidic groundwater. GFF 117, Hjärthner-Holdar, E Järnets och järnmetallurgins introduktion i Sverige. Med bidrag av Peter Kresten och Anders Lindahl. Aun 16, Uppsala. Smykatz-Kloss, W., Differential Thermal Analysis. Application and Results in Mineralogy. - Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York. Strömberg, B Arkeologiska undersökningar av järnhanteringsplatser i Tvååkersområdet. Hikuin 31,

7 Tabeller Provtyp Malm Prov A232 SiO 2 50,1 TiO 2 0,169 Al 2 O 3 8,68 Fe 2 O 3 28,7 MnO 0,0695 MgO 0,290 CaO 1,34 Na 2 O 2,24 K 2 O 1,92 P 2 O 5 0,169 Glödförlust 8,50 Summa 102 Be 2,08 Sc 3,87 V 126 Cr 732 Co <6 Ni 19,4 Cu <6 Zn 14,4 Ga 9,31 Rb 48,2 Sr 204 Y 18,6 Zr 105 Nb 3,43 Mo 4,75 Sn 5,39 Ba 564 La 32,6 Ce 142 Pr 7,45 Nd 26,4 Sm 4,87 Eu 0,951 Gd 4,12 Tb 0,598 Dy 3,50 Ho 0,733 Er 2,10 Tm 0,302 Yb 1,88 Lu 0,295 Hf 7,52 Ta 0,336 W 0,901 Th 1,92 U 1,52 Tabell 1. Totalkemiska analyser för järnutfällning från A232, Tvååker. Den övre delen av tabellen presenterar halter av huvudelementen i procent (%) medan nedre delen av tabellen presenterar halter av spårelementen i parts per million (ppm). 6

8 Figurer Figur 1a. Järnutfällningar från A5050 Figur 1b. Järnutfällningar från A232 7