G A L Geoarkeologiskt Laboratorium. En vendeltida amulettring

UV UPPSALA RAPPORT 2008:20 GEOARKEOLOGISK UNDERSÖKNING En vendeltida amulettring Metallografisk analys och provurval för 14 C-datering av järn Uppland, Bro socken, Lilla Ullevi, fornlämning 145 Lena Grandin och Eva Hjärthner-Holdar G A L Geoarkeologiskt Laboratorium

UV UPPSALA RAPPORT 2008:20 GEOARKEOLOGISK UNDERSÖKNING En vendeltida amulettring Metallografisk analys och provurval för 14 C-datering av järn Uppland, Bro socken, Lilla Ullevi, fornlämning 145 Lena Grandin och Eva Hjärthner-Holdar A G L Geoarkeologiskt Laboratorium En vendeltida amulettring 3

Riksantikvarieämbetet Avdelningen för arkeologiska undersökningar UV Uppsala Portalgatan 2A 754 23 Uppsala Växel: 010-480 80 30 Fax: 010-480 80 47 e-post: uvuppsala@raa.se e-post: fornamn.efternamn@raa.se www.arkeologiuv.se Foto på framsidan av den daterade ringen Fnr 46 i makro- och mikroskala. Foto Lena Grandin. 2008 Riksantikvarieämbetet UV Uppsala Rapport 2008:20 ISSN 1654-7950 Utskrift Uppsala, 2008

Innehåll Abstract... 6 Sammanfattning... 6 Inledning... 6 Inledning... 7 Undersökningens förutsättningar... 7 Material och metod... 7 Provtagning... 7 Metallografisk analys... 8 Datering... 9 Resultat... 9 Metallografisk analys... 9 Fnr 62... 9 Fnr 46... 9 Dateringsresultat... 11 Tolkning och diskussion... 11 Referenser... 12 Administrativa uppgifter... 13 Figurer... 14 En vendeltida amulettring 5

Abstract An amulet ring has been radiocarbon dated to AD 660 780, i.e. the Vendel Period. The ring is one of more than 60 rings from a village site at Lilla Ullevi in Bro s parish Uppland excavated by UV Mitt, Department of Archaeological Excavations, National Heritage Board. The radiocarbon analyses were made on the carbon content in the metallic iron in ring. Preceding metallographic analyses were made on two rings. The one that initially was analysed contained mainly ferrite, i.e. iron lacking carbon. The next one chosen for analyses varied in composition from ferritic parts to areas with both pearlite and ferrite. The carbon content in this one was therefore sufficient for radiocarbon analyses. The metallographic examinations furthermore revealed some details on how the rings were produced. They were most probably forged from a bar, with quadratic section, that had been multiply folded and welded. Sammanfattning En amulettring från en bytomt i Lilla Ullevi, Bro socken Uppland har daterats till 660 780 AD, dvs. vendeltid. Den var en av drygt sextio ringar som påträffades vid en undersökning som genomfördes av UV Mitt, Avdelningen för arkeologiska undersökningar, Riksantikvarieämbetet. Dateringen har gjorts på det kol som är bundet i det metalliska järnet i ringen. Metallografiska analyser gjordes inledningsvis för att undersöka om kolhalten var tillräcklig för datering. En första ring visade sig vara nästan kolfri och en andra ring valdes för analys. Denna varierade något i sammansättning från kolfria (ferritiska) områden till ytor där kolhalten var något högre (perlit och ferrit). Denna ring valdes därför för datering. Analyserna kunde också visa hur ringarna var tillverkade. De var sannolikt smidda av en fyrkantten som vikvällts vid upprepade tillfällen. 6 UV Uppsala Rapport 2008:20. Geoarkeologisk undersökning

Inledning Amulettringar av järn som påträffades vid en arkeologisk undersökning i Lilla Ullevi, RAÄ 145, Bro sn, Uppland har lämnats till Geoarkeologiskt Laboratorium (GAL), UV Uppsala av Mathias Bäck vid UV Mitt, Riksantikvarieämbetet. Frågeställningen är om föremålen kan dateras med hjälp av ett eventuellt kolinnehåll i det metalliska järnet. Uppdraget för GAL omfattade att provta ringarna och genom en metallografisk analys undersöka om kolinnehållet är tillräckligt för en 14 C-datering. Om kolinnehållet bedömdes tillräckligt skulle också prover sändas till Ångströmlaboratoriet vid Uppsala universitet för datering. För att en datering ska kunna genomföras krävs en viss mängd kol. Det betyder att det behövs olika mycket järnprov beroende på vilken kolhalt det är i järnet. Metallografiska analyser görs för att bedöma kolinnehållet. Detta görs i ett snitt och om fördelningen av kol är ojämn får man göra en tolkning av hur utbredningen fortsätter in i resten av materialet. Undersökningens förutsättningar Ringar för analysen valdes av Mathias Bäck ur ett större material. En ring i taget provtogs och undersöktes för att se dess sammansättning och om kolhalten bedömdes vara tillräcklig för datering. Material och metod Provtagning Ringen Fnr 62, som väger 12,12 g, fotograferades före provtagning (fig. 1). Den utgör endast en del av en hel ring. Ett tvärsnitt gjordes ca 10 mm från en avbruten kortände. Tvärsnittet är nära cirkelformat, med något tillplattade sidor. Stora delar av snittet utgörs av metalliskt järn. En tunn ytterkant är korroderad. Centralt framträder mörkare ytor som antingen är korroderat järn eller innesluten slagg. Fnr 46, 14,8 g, fotograferades och provtogs på motsvarande sätt (fig. 2). Tvärsnittet är nära kvadratiskt med något rundade hörn, med sidan 4 mm. Det har en kärna av metalliskt järn omgivet av en tunn zon av korrosionsprodukter. På diagonalen genom snittet löper ett tunt mörkt band som sannolikt är slagginneslutningar. Bandet börjar i ringens inre kant och löper ut till dess yttre, dvs. om ringen är horisontellt placerad är bandet det också. En vendeltida amulettring 7

Figur 1. Fnr 62. Figur 2. Fnr 46. Metallografisk analys Den provtagna snittytan på respektive prov slipades och polerades. Metallografiska undersökningar utfördes på det polerade järnet för att identifiera dess olika texturer, beroende på kemisk sammansättning och grad av bearbetning. Provet etsades med 2% nitallösning för att observera innehåll och fördelning av kol och fosfor. Undersökningarna genomfördes i ett Zeiss Axioskop 40A polarisationsmikroskop. Några termer som används för att beskriva metallen är ferrit som är mjukt järn utan kolinnehåll, cementit som är en förening av järn och kol (Fe 3 C), och perlit som är en struktur uppbyggd av omväxlande ferrit och cementit. Generellt medför alltså en större mängd perlit en högre kolhalt och ett hårdare material. Innesluten slagg består vanligen av flera mineral, bland annat olivin som är ett järnsilikatmineral, wüstit som är en 8 UV Uppsala Rapport 2008:20. Geoarkeologisk undersökning

järnoxid, och en glasfas som är en finkornig huvudsakligen ickekristallin fas vars sammansättning kan variera över stora intervall. Datering Dateringen sker på det kol som är i kemisk förening med järn. Det extraheras vid förbränning av provet genom att CO 2 -gas bildas. Denna omvandlas till grafit som är det som används i acceleratorbestämningen. Som tumregel kan man förenklat säga att det för en kolhalt på ca 2,0 % krävs 50 mg järn och för 0,1 % behövs 1 g järn för datering (Cook m.fl. 2001). Resultat Metallografisk analys Fnr 62 Ett rundat till kvadratiskt tvärsnitt, ca 4 4 mm är undersökt. En kärna av metalliskt järn är omgivet av korroderat järn. I metallen finns rikligt med slagginneslutningar fördelade över stora delar av ytan. Även en del korroderade områden finns, främst i kärnan (fig. 3). Slagginneslutningarna är mestadels små, tiotalet mikrometer stora, och följer ett diffust u-format mönster genom snittet. De innehåller mestadels enbart en glasfas, men i några större kan man urskilja finkornig dendritisk wüstit. Järnet är mestadels ferritiskt (fig. 4). Det är finkornigt med väl utvecklade kristaller. I några stråk förekommer en överpräglande dendritisk textur som indikerar ett fosforinnehåll. I ytterligare andra stråk finns små mängder cementit, antingen i långsmala bildningar längs ferritens korngränser eller mer cirkelformade bildningar. Mängden cementit, och därmed kolhalt, är dock mycket låg. För en kolhalt på ca 0,1 % behövs 1 g järn för datering. Kolhalten här är dock lägre än så, inte ens i de ytor där den är som högst når den upp i denna nivå. Fnr 46 Ett nära kvadratiskt tvärsnitt, ca 4 4 mm stort, med rundade hörn är analyserat. Snittet domineras av metalliskt järn. En tunn ytterkant är korroderad. Bandet som löper på diagonalen genom snittet visar sig huvudsakligen bestå av rost. På båda sidor om detta finns dock rikligt med slagginneslutningar (fig. 5). På den ena sidan utgörs de främst av större inneslutningar som är oregelbundna i formen och innehåller flera faser (wüstit, glas och olivin). På andra sidan domineras de av mindre, och framförallt tunna långsträckta inneslutningar som innehåller huvudsakligen endast en glasfas, lokalt kantade av wüstit. De senare inneslutningarna är samlade i långsträckta band som följer snittets ytterformer. Även om större, flerfasiga inneslutningar, dominerar i ena halvan och mindre, enfasiga inneslutningar i andra så förekommer båda varianterna i hela snittet. Järnet varierar lite i sammansättning utan att några tydliga kontakter mellan de olika områdena kan urskiljas (fig. 5). Kornstorleken är jämn En vendeltida amulettring 9

och tämligen finkornig. Kolhalten är högst i yttre delar, främst nära två av hörnen, något lägre i en zon nära det korroderade mittstråket och allra lägst i områden mellan dessa. I områdena med lägst kolhalt dominerar ferrit, med tunna förekomster av cementit längs en del kornkontakter. I de något kolrikare områdena förekommer fläckvis perlit mellan ferritkornen (fig. 6). I de kolrikaste delarna förekommer perlit i något mindre mängd än ferrit. I denna del når kolhalten upp till ca 0,30 0,35 %. Snittets totala kolhalt är dock lägre. Eftersom kolhalten i ringen varierar och en del av den utgörs av korrosionsprodukter och slagg provtogs 6,3 g för datering. Figur 3. Tvärsnitt av Fnr 62. En kärna av metalliskt järn (vitt) är omgivet av korroderat järn (grått). I metallen finns rikligt med slagginneslutningar fördelade över stora delar av ytan. Även en del korroderade områden finns, främst i kärnan (grå). Figur 5. Tvärsnitt av Fnr 46. Snittet domineras av metalliskt järn. En ytterkant är korroderad. Ett band genom snittet består av rost. På båda sidor om detta finns rikligt med slagginneslutningar. De mörkare fälten är kolrikare järn. Etsat prov. Figur 4. Fnr 62. Järnet är mestadels ferritiskt. Det är finkornigt, lokalt med små mängder cementit i kornkontakterna. Etsat prov. Figur 6. Fnr 46. Detalj på ett av de kolrikare områdena med ferrit (ljusa korn) och perlit (mörkare fält). Långsmala grå formationer är innesluten slagg. Etsat prov. 10 UV Uppsala Rapport 2008:20. Geoarkeologisk undersökning

Dateringsresultat Dateringsresultatet som meddelats av uppdragsgivaren för det insända provet från Fnr 46 visar att kolhalten var tillräcklig för datering. Resultatet är 660 780 AD (kalibrerat 2 sigma), dvs. vendeltid. Tolkning och diskussion Amulettringarna har en stor andel bevarat metalliskt järn. De har ett tvärsnitt som är kvadratiskt eller rundat kvadratiskt vilket gör att man med stor säkerhet kan säga att de är smidda, inte dragna. I Fnr 62 är järnet i stora delar av ringen kolfritt eller har fläckvis en låg kolhalt i form av cementit, antingen som tunna lameller eller små cirkulära bildningar längs ferritens kornkontakter. Ringen är med andra ord smidd av ett mjukt järn som bara har en lite förhöjd hårdhet i form av ett mycket lågt kolinnehåll. Hårdheten är också lite förbättrad med hjälp av ett fosforinnehåll som observerats i delar av snittytan. Fosfor gör järnet hårdare samtidigt som ferritens seghet behålls, vilket kan vara en fördel när man ska smida långsmala föremål som ringen. Att smidet av ringen är omfattande kan vi se med hjälp av den relativt finkorniga texturen och också med det mönster som slagginneslutningarna formar. Dessa bildar en böljande väg genom snittet som visar vikningar och hopsmidningar, troligen av ursprungligen ett stycke. Hopvikningen har dock inte fungerat fullständigt för centralt i snittet ses en större korroderad yta där man kan ana ett diffust sprickmönster. Slagginneslutningarna förekommer i tämligen riklig mängd, vilket försämrar föremålets totala kvalitet. Även ring Fnr 46 visar tecken på ett omfattande smide med hjälp av mönstret som slagginneslutningarna visar. En del större slagginneslutningar har också blivit kvar från framställningen och försämrar materialets totala kvalitet. Sannolikt är det ett ursprungligt stycke som har bearbetats. Med tanke på tvärsnittets former förefaller det vara någon typ av järnten som har smitts till en fyrkantig form som ringen har formats av. I Fnr 46 är kolhalten genomgående något högre än i Fnr 62, vilket ger än något förhöjd hårdhet och också leder till att denna ring är lämpligare för 14 C-datering. Dateringsresultaten visade också att kolhalten var tillräcklig. Ingen av ringarna är, trots det omfattande smidet och bearbetningen, av samma kvalitet som en liknande ring som ingår i ett stort depåfynd bestående av hundratal ringar i Åselby, Stora Tuna sn i Dalarna (Hjärthner-Holdar 1993a, b). Den undersökta ringen från Åselby, med ett tvärsnitt på ca 5 mm, är av en mycket jämn kvalitet och innehåller inte sprickor eller slagg och består av ett kolstål innehållande ca 0,6 0,8 % kol, dvs. högre halter än i de båda undersökta ringarna från Lilla Ullevi. En vendeltida amulettring 11

Referenser Cook, A.C., Wadsworth, J. & Southon, J.R. 2001. AMS radiocarbon dating of ancient iron artifacts: A new carbon extraction method in use at LLNL. Radiocarbon, Vol 43, Nr2A, 2001, p 221 227. Hjärthner-Holdar, E. 1993a. Analys av ringformat ämnesjärn från Åselby, RAÄ 105, Stora Tuna sn., Dalarna. Geoarkeologiskt Laboratorium, Analysrapport 4-1993. Uppsala. Hjärthner-Holdar, E. 1993b. Analysis of ring-shaped currency bar from Åselby, RAÄ 105, Stora Tuna parish, Dalecarlia. I: Activity Report 1993. Geoarchaeological Laboratory, Department of Archaeological Excavations, The Central Board of Nation Antiquities. 12 UV Uppsala Rapport 2008:20. Geoarkeologisk undersökning

Administrativa uppgifter Riksantikvarieämbetets dnr: 423-2561-2007. Riksantikvarieämbetets projektnummer: 10915. Projektgrupp: Lena Grandin och Eva Hjärthner-Holdar. En vendeltida amulettring 13

Figurer Figur 1. Fnr 62. Figur 2. Fnr 46. Figur 3. Tvärsnitt av Fnr 62. En kärna av metalliskt järn (vitt) är omgivet av korroderat järn (grått). I metallen finns rikligt med slagginneslutningar fördelade över stora delar av ytan. Även en del korroderade områden finns, främst i kärnan (grå). Figur 4. Fnr 62. Järnet är mestadels ferritiskt. Det är finkornigt, lokalt med små mängder cementit i kornkontakterna. Etsat prov. Figur 5. Tvärsnitt av Fnr 46. Snittet domineras av metalliskt järn. En ytterkant är korroderad. Ett band genom snittet består av rost. På båda sidor om detta finns rikligt med slagginneslutningar. De mörkare fälten är kolrikare järn. Etsat prov. Figur 6. Fnr 46. Detalj på ett av de kolrikare områdena med ferrit (ljusa korn) och perlit (mörkare fält). Långsmala grå formationer är innesluten slagg. Etsat prov. 14 UV Uppsala Rapport 2008:20. Geoarkeologisk undersökning