Järn i Norr

Sedan hösten 2016 har teknikhistoriker vid Luleå tekniska universitet och arkeologer vid Norrbottens museum samarbetat i det tvärvetenskapliga forskningsprojektet Järn i Norr. Målet är att skapa en djupare förståelse för den tidiga järnhanteringen i det nordliga området och placera den i ett vidare europeiskt sammanhang. Genom att väva samman järnhanteringen med människornas andra vardagliga aktiviteter och landskapets/klimatets utmaningar i norr, framträder en rikare och mer mångfacetterad bild av de forntida samhällena. Resultaten som kommit fram bryter därför inte bara ny mark inom järnforskningen i Europa utan kastar dessutom nytt ljus över de forntida jakt- och fångstsamhällena i norr.

Metaller har historiskt sett varit viktiga i nationella historieskrivningar världen över. Särskilt har introduktionen av järn betraktats som en drivkraft för samhällelig utveckling och förändring mot ett jordbrukande, och så småningom industrialiserat samhälle. Det här gäller inte minst stål i den moderna världen och är särskilt aktuellt idag för att uppnå ett klimatneutralt samhälle.

I det här sammanhanget så belyser nya forskningsresultat från Luleå tekniska universitet och Norrbottens museum en unik dimension i järnhanteringens historia. Det handlar om något som enligt rådande historieskrivning skedde på fel plats, under fel tid och i fel slags samhällen.

Resultaten visar på en utbredd stålproduktion och ett mycket avancerat stålsmide redan för 2000 år sedan i den arktiska delen av Europa som omfattar nuvarande norra Norge, Sverige och Finland. Det är kunskaper som enligt rådande historieskrivning endast har varit förbehållet romarna vid samma tid.

Fynden kan dessutom kopplas till en jakt- och fångstbefolkning som tidigare inte har ansetts ha något behov av järn och ännu mindre en organisation för järnhantering. Det bryter med den etablerade uppfattningen som enbart kopplar järnhantering till jordbrukande samhällen. Denna upptäckt placerar inte bara kunskapen i knät på fel sorts samhällen, utan backar också tidpunkten för införandet av järnproduktionen i det nordliga området med närmare
1 700 år. Tidigare trodde man att järnhanteringen nådde området först i samband med bergsbruket under 1600–1700-talet. Nu visar forskningen att avancerad järnhantering och stålproduktion var en verklighet i den arktiska regionen redan för 2 000 år sedan

Bakgrund till fynden

Allt började med fynd som Norrbottens museum gjorde i samband med arkeologiska undersökningar inför byggnationen av järnvägen mellan Kalix och Haparanda under åren 2006–2010. I närheten av byn Sangis påträffades bland de äldsta spåren efter stålsmide i Sverige och även spår efter stål- och järnframställning.

Flygbild över ett av undersökningsområdena längs Haparandabanan. Fotograf: Staffan Nygren, Norrbottens museum

Innan de här undersökningarna fanns inte en enda känd järnframställningsplats från förhistorisk tid norr om Jämtlands län i Sverige. Upptäckten var därför av mycket stor betydelse.

Kända järnframställningsplatser innan Järn i Norr.

Några år senare gjorde Luleå tekniska universitet i samarbete med Norrbottens museum snarlika fynd på ytterligare en plats, nu i Norrbottens inland, vid byn Vivungi, 10 mil öster om Kiruna.

Undersökning av en av järnframställningsugnarna vid Vivungi.
Fotograf: Staffan Nygren, Norrbottens museum

Det här gav indikationer på att den avancerade järnhanteringen var mer utbredd, och forskningen tog därför en ny vändning när ett större arkeologiskt material i form av slagg och andra restprodukter från järnhantering började att studeras. Det här materialet samlades in redan under 1940–1980-talens undersökningar inför vattenkraftsutbyggnaden i norr, men har tidigare inte analyserats eller daterats.

Utbredd järnhantering redan för 2 000 år sedan

Arbetet gav oväntade resultat! På över 40 platser i nordligaste Norge, Sverige och Finland fanns spår efter en utbredd och avancerad kunskap inom järnhanteringen, där järnsmältarna förvandlade sjö- och myrmalm till järn och stål som sedan smiddes till verktyg.

Över 40 platser med spår efter en utbredd och avancerad kunskap inom järnhantering.
Illustration av en blästugn med ett skorstensliknande schakt där malm och kol varvades under framställningen. Akvarell av Hanna Larsson, Norrbottens museum

Stålet producerades i så kallade blästugnar som var byggda av ett skorstensliknande schakt där malm och kol varvades under framställningen. Runt ugnarna påträffades små klumpar av stål, som är delar av den järnlupp som producerades. Att producera stål så här pass tidigt är mycket ovanligt i ett europeiskt perspektiv och anses i princip bara ha förekommit i det romerska riket.

Små klumpar av stål, påträffade vid ugnarna.
Fotograf: Erik Ogenhall, Arkeologerna

Stålet användes till knivar och yxor och avspeglar en utbredd efterfrågan på verktyg med hårda eggar i det arktiska jakt- och fångstsamhället. Nästan alla analyserade föremål visar på en uppbyggnad av olika stålkvaliteter i flera lager, där verktygen dessutom behandlats i flera steg genom uppvärmning och avkylning för att förbättra stålets egenskaper. Detta är tekniker som traditionellt förknippas med senare perioder, framför allt från 500 e. Kr. och framåt.

En av knivarna som är uppbyggd av olika stålkvaliteter som vällts samman i ett avancerat smide.
Fotograf: Staffan Nygren, Norrbottens museum

Kniven på bilden ovan är uppbyggd av flera olika stålkvaliteter som vällts samman. Svårigheten i den här typen av smide ligger i att veta när de olika materialen fäster vid varandra eftersom man har ett väldigt litet temperaturfönster när detta sker. Det blir därför avgörande med den forntida smedens färdigheter och erfarenhet att bestämma när temperaturen är rätt genom färgskiftningar i det glödande järnet.

Omfattande organisation – landskap och klimat

Genom att titta närmare på alla de aktiviteter som var nödvändiga i järnhanteringen blir det tydligt att järnhanteringen var mer än bara en teknisk bedrift. Inte minst får vi insikt i den omfattande organisering och långsiktiga planering som krävdes av dessa samhällen för att lyckas samordna järnproduktionen med övriga försörjningsaktiviteter. Det handlar om alltifrån insamling och bearbetning av en mängd olika råvaror som malm, ved, lera och byggnadsmaterial. Det inkluderar olika produktionssteg, som byggnation och reparation av ugnar och smideshärdar, tillverkning av verktyg samt själva smältningen och smidet.

Sjömalm från Vivungi.
Fotograf, Daryoush Tahmasebi, Norrbottens museum

Platserna där smältningen ägde rum var lokaliserade vid de stora vattendragen eller vid myrarna, nära de primära resurserna i form av malm och ved. Dessutom så krävdes resurser i form av arbetskraft. För, hur liten järnhanteringen än var, så krävdes involveringen av en stor del av samhället för att klara av alla de aktiviteter som behövde utföras. Att mobilisera nödvändig social insats krävde avancerad planering och samordning av arbetskraften, särskilt med tanke på de småskaliga samhällen som det troligen handlade om.

Det arktiska landskapet och klimatet med dess korta barmarkssäsonger och långa perioder av mörker, kyla och stora snömängder spelade dessutom en avgörande roll för när de olika delarna av järnhanteringen kunde utföras. Den starka säsongsvariationen i det arktiska landskapet utgjorde stora utmaningar för de forntida människorna som bodde där.

Järnframställningen i det arktiska Europa var som mest arbetsintensiv och krävde arbetsfördelning under barmarkssäsongen, särskilt under sommarmånaderna. Förberedelser, konstruktion och drift av ugnar och smideshärdar samt viktiga moment som kolning av ved och insamling av lera krävde många händer och flerårig planering. Genom att samordna lokaliseringen av järnframställningen med produktiva fiskeplatser där det också fanns gott om råvaror till järnhanteringen i form av malm, bränsle och byggnadsmaterial, tycks nödvändiga förutsättningar ha funnits på plats.

Fynd av torkad fisk i form av tuggade fiskkotor.
Fotograf: Staffan Nygren, Norrbottens museum

Den komplexa organisationen av järnhanteringen tyder på att samhällena var mer eller mindre bundna till specifika platser och resursområden under längre perioder av året. Fisket var rimligen av stor betydelse i sammanhanget, för att skapa överskott och förutsättningar för ökat fastboende. Fynd av torkad fisk i form av tuggade fiskkotor tyder på att jakt- och fångstsamhällena hade en strategi för att bevara och hantera ett överskott av resurser. Detta går emellertid stick i stäv med uppfattningen om de forntida arktiska jakt- och fångst-samhällena, som i stället anses ha haft ett mer rörligt levnadssätt. Sammantaget visar järnhanteringen på en långt mer avancerad och mångfacetterad organisation av det forntida jakt- och fångstsamhällena i norr.

Vid pennan denna fredag,
Carina Bennerhag, arkeolog vid Norrbottens museum och doktor i teknikhistoria vid Luleå tekniska universitet, och
Kristina Söderholm, professor i teknikhistoria vid Luleå tekniska universitet

Här presenteras Järn i Norr vid en föreläsning på Norrbottens museum 2023-11-29:

Här presenteras Järn i Norr vid en föreläsning i Vetenskapens hus 2023-12-08:

Avhandlingen finns tillgänglig via denna länk:
https://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:ltu:diva-101315

Järnframställning i Vivungi

Nu har vi börjat att planera inför järnframställningsförsöket i Vivungi som kommer att ske på Arkeologidagen den 25/8 2019. Till projektet har museets fotograf Daryoush Tahmasebi och museipedagog Annika Josbrant anslutit. Daryoush ska hjälpa till med dokumentation av både insamling av råvaror och uppbyggnad av ugn samt filmning och fotografering på själva Arkeologidagen medan Annika ska planera och genomföra förmedlingen av försöket.

Det är en del som ska ordnas under vårvintern. Råvaror ska samlas in, kontakter med experter på området och intressenter ska etableras och plats för själva försöket ska ses ut.

I nuläget har sista veckan i maj (v 22) planerats in för råvaruinsamling i Vivungi. Under tre dagar ska vi där träffa markägare, bestämma plats för försöket, leta efter lera i områdena kring grävningsplatsen och försöka fiska upp sjömalm från både båt och längs stranden. Under hösten 2018 tillverkades en håv som vi tänkte använda för uppfiskande av malm från båt i Vaihkojärvi. I skrivande stund har vi också planerat för inköp av en fiskehåv och vadarstövlar så att ytterligare en av oss kan samla in malm i strandzonen.

_DSF0002redalt

Lars Backman inspekterar vår egentillverkade håv som vi ska fiska upp sjömalm med i maj 2019. Foto:© Norrbottens museum

DSCF0689red

Penningmalm som påträffades under grävningen i Vivungi 2017. Foto: © Norrbottens museum

Men vilka kunskaper har vi i nuläget för hur järnframställningen i Vivungi kan ha gått till? Ledtrådar är ju fynd från fornminnesinventeringen 1993 i form av slagger, och forskningsundersökningen från 2017 i form av ugnsrester, kol, järnfragment och slagger. Ugnsresterna berättar vilken typ av ugn man har använt; en blästugn, och vilken metod som använts för att framställa järnet; direkt reduktion. Nedan ska vi se närmre på vad denna metod innebär. Kolet som påträffades i ugnarna berättar vilken sammansättning på kol som använts vid framställningen/framställningarna. Utifrån kunskaper om den lokala floran i området kan man sluta sig till om avverkning av träd för kol/ved föregått på plats eller om virket transporterats över stora avstånd. Förutom kunskap om råvaror till ugnsbygget, malmens kvalitet och sammansättning samt bränslets ursprung är tidigare experiment och försök av järnframställning en ovärderlig hjälp när det kommer till viktiga och kritiska steg inom processen.

2017_62_038_ArkForskUnd_Vivungredi

Utsikt från grävningsplatsen ut mot sjön Vaihkojärvi. I sjön förväntar vi oss finna penningmalm i maj. Foto: Daniel Sjödal © Norrbottens museum

Råvaror

Under projektets planering har vi haft kontakt med Eva Hjärthner Holdar. Eva har tidigare jobbat som arkeometallurg på Arkeologerna Geoarkeologiskt laboratorium och har stor kunskap om järnframställningar i förhistorien och erfarenhet av framställningar i modern tid. Hon har hjälpt oss med att beräkna mängd råvaror som vi kommer att behöva för att kunna genomföra försöket.

Lera

Enligt Eva kommer det att krävas stora mängder lera, kanske så mycket som flera kubikmeter (!) då ugnsväggarna bör vara 20-30 cm tjocka och schaktugnens höjd måste räknas ut ifrån ugnens inre diameter. För att leran som köps in ska kunna tåla så höga temperaturer som 1200-1300 ̊C måste denna magras (blandas ut) med organiskt material och kvartssand.

Malm

Vi kommer att behöva samla in minst 10 kg sjömalm i form av penningmalm. 10 kg kanske inte låter så mycket men penningmalmen är ganska lätt så det kommer att krävas stora volymer för att uppnå denna vikt. Vi kommer med andra ord att få jobba på rätt bra uppe i Vivungi när vi kommer dit i slutet av maj! Hur kan vi veta att malmen vi fiskar upp har tillräckligt hög järnhalt för en järnframställning? Ett sätt är att göra analyser på malmen. Men detta är kostsamt och tar tid. Ett annat beprövat och bra sätt är att provrosta malmen. Vid rostningen ska malmen bli magnetisk om den innehåller höga halter järn. Vi kommer därför att transportera in all malm till land, provrosta denna och se om den är magnetisk.

Kol

När det gäller kolen kommer vi liksom leran att behöva stora mängder. Dessutom måste vi slå sönder kolet i mindre bitar för att järnframställningen ska lyckas. Kolet kommer liksom leran att köpas in.

Järnframställningsgången i blästugn – direktreduktion

Järnmalmer förekommer i naturen som järnoxider (järn bundna med syre) eller kan omvandlas till järnoxider genom rostning. Alla rostade järnmalmer har den kemiska sammansättningen Fe₂O₃. De järnmalmer man har använt under förhistorisk tid är myrmalm och sjömalm.

Att framställa järn i blästugnar med direktreduktion har man gjort i Sverige ända från yngre bronsålder (den äldst daterade ugnen kommer från 600 f. Kr.) fram till andra hälften av 1800-talet. Direktreduktion som metod bygger på principen att kol och malm varvas i en ugn där kolet under hög temperatur binder till sig syret i järnmalmen och bildar koldioxid och koloxid. Samtidigt frigörs metallen i malmen och slagg bildas. Om hela processen fortlöper som den ska kommer slaggen att samlas i en liten grop längst ner under inblåset i ugnen. Denna kan under processens gång rakas ut genom en öppning. Efter att blåsningen är färdig plockar man ut en järnsmälta som sintrat ihop på botten av ugnen. Denna innehåller en del slaggämnen och kolrester så för att rensa bort dessa slås smältan samman på en huggkubbe eller sten.

_MG_9577_under_mossan_ani_4_kompr

Skiss av schaktugn som vi föreställer oss att den kan ha sett ut i Vivungi. Skiss: Staffan Nygren © Norrbottens museum

Dokumentation

Vår fotograf Daryoush kommer att filma och fotografera oss när vi är i full fart med insamlingen av råvaror i maj. Han kommer också att förbereda dokumentationen inför arkeologidagen. Under denna dag har vi för avsikt att både filma, streama och fotografera händelser. Streaming kräver emellertid bra uppkopplingsmöjligheter mot internet så det gäller för oss att utforska internetåtkomsten utanför Vivungi när vi är på plats i maj.                                                                   

Från ett arkeologiskt experiment till ett arkeologiskt försök

Vi har upptäckt att vi från början hade alltför stora ambitioner, då (speciellt undertecknad) såg för sig att allt skulle vara autentiskt alltifrån sten som skulle smidas av oss till egenhändigt kolat trä. Vi har insett att vi varken har kunskaperna eller tiden att återskapa ugn eller bränsle med den exaktheten och därför bestämt oss för att sänka våra ambitioner. Vi kommer därför köpa in sten i form av granit, stengodslera eller annan lera som tål höga temperaturer som backup till lokal lera samt kol med hög % tallkol. Vi kommer också att hyra in blåsbälgar och expertis inom järnframställningsområdet.

Eftersom vi sänker ambitionerna något benämner vi också fortsättningsvis järnframställningen som ett arkeologiskt försök eftersom vi fokuserar på förmedling och inte på autentiska råvaror eller minutiös dokumentation.

Ju mer vi sätter oss in i själva järnframställningsprocessen, desto mer ödmjuka blir vi. Detta är långtifrån enkelt. Det är så många steg och delar av processen som är kritiska, alltifrån storlek på kolbitar, malmens sammansättning, hur väl malmen är rostad, hur väl reduktionen lyckas till temperaturer i olika delar av ugnen. Vi kommer därför att bli positivt överraskade och väldigt glada om vi på eftermiddagen/kvällen den 25 augusti kan visa fram en järnlupp!

Fortsättning följer…

Vid tangentbordet Jannica Grimbe


Källor

Johansson Tomas 1/91 Forntida teknik Järnframställning

Englund Lars-Erik. 2002. Blästbruk Jernkontorets Bergshistoriska Skriftserie nr 40, Wikströms Tryckeri AB. Uppsala