Havsalt! Vannet i fjæra har fordampet og etterlatt seg et kunstverk av kubiske halittkrystaller. Hyllestad våren 2014. Bildebredde ca. 5 cm. Foto: Per Storemyr

Over er det et bilde av noe du har sett tusen ganger før. Halitt! Vanlig koksalt. Natriumklorid. Ganske enkelt bordsalt. Havsalt! Havet inneholder jo noe sånt som 3,5% oppløst salt. Når pyttene i fjæra får stå i fred noen dager og sola skinner fra skyfri himmel, da lurer saltet seg ut. Sjøvannet fordamper og etterlater seg de fineste krystaller av ren halitt. Sånn laget man koksalt i gamle dager, handlet med det, kriget om det. For uten koksalt kan vi ikke leve. Kanskje fyrte man opp under brede kjeler med sjøvann for å få fordampningen til å gå raskere, kanskje kjøpte man salt fra store saltgruver på Kontinentet. Men prinsippet er det samme: Når saltholdig vann fordamper, da får vi krystallinsk salt. Men hva om du ikke visste at de fine krystallene i fjæra er koksalt? Og hva om du fant noe som lignet på disse krystallene på et ødelagt murmaleri eller en steinskulptur fra middelalderen? Hva gjør krystallene forresten der? Var det de som ødela? Hva gjør du da?

Altså: Du vil vite om du har å gjøre med koksalt. Du kan selvsagt smake på det. Stikke tunga ut og kjenne den kraftige smaken av godt havsalt. Da er det egentlig ikke noen tvil. Det ER havsalt. Du har gjort en korrekt analyse. Men hva om du er av den skeptiske sorten? Kanskje er du både skeptisk og med en hang til det vitenskapelige?

Tungt skyts. Dyre analysemetoder
Da må du ta i bruk andre analyseverktøy enn tunga di. Og siden du er av den moderne, vitenskapelige sorten, så gyver du løs med tungt skyts. Du plasserer krystallene i de beste maskiner som er å oppdrive: Røntgendiffraksjon (XRD), infrarød spektroskopi (FTIR) og elektronmikroskop (SEM). Eller du løser opp prøven og lar kjemiske instrumenter gjøre jobben: flammefotometri, røntgenfluorescens (XRF) og spektroskoper av ulike slag. Og siden du selv ikke har den ringeste anelse om slike maskiner, så betaler du operatørene i dyre dommer for å gjøre analysen. Resultatet er det samme som tunga di kunne fortelle: Vanlig bordsalt.

Dette er også halitt. Krøllede nåler av natriumklorid som har spist opp kalkmalerier i Erkebispegården i Trondheim. Bildebredde ca. 1 cm. Foto: Per Storemyr

Du er fornøyd, men det er jo en bismak på tunga di: Du føler deg snytt for alle tusenlappene. For hvis tunga di mente det samme som de tunge skyts, da må det være noe galt ett eller annet sted. Med andre ord: Du googler.

Teststrips og bunsenbrenner
Det er vanskelig å filtrere søkeresultatene, men noe stikker seg frem. Det er noen som mener at du kunne ha gjort analysen av havsaltet på kjøkkenbenken. Du kunne ha løst opp saltet i litt vann og stukket en billig “test strip” fra analysegiganten Merck oppi, omtrent som når legen sjekker pisset og blodet ditt. I dette tilfellet: Du kjøper kloridstrips og stikker en oppi løsningen din. Den er positiv. Du har i det minste klorid.

Men det finnes ikke noen bra “strip” som kan fortelle deg noe om natrium. For siden havsalt jo består av både klorid (Cl) og natrium (Na), må du analysere sistnevnte for å få det hele på stell. Så du kjøper inn en billig bunsenbrenner (gassbrenner) for et par hundringser, fyrer opp og stikker litt av saltet inntil den blålige flammen. Nå lyser det sterkt gult, en god indikasjon på at det er natrium til stede.

Bunsenbrenner. Stikker du salt inntil, så får du karakteristiske farger. Helt til høyre: fargen av natrium fra halitt. Foto fra Conservation Science Consulting i Sveits. Se også Wikipedia.

Nå har du alt du trenger for å kunne analysere haugevis av koksaltprøver for en overordentlig billig penge på kjøkkenbenken. Med bunsenbrenneren vil du også få fine, spesifikke flammefarger om det skulle ha lurt seg inn kalium (K), magnesium (Mg), kalsium (Ca) og andre kationer i prøvene dine.

Saltforvitring og 20 typer salt
Så vil du videre. For du er interessert i salt generelt og spesielt i hvordan de virker inn på ødeleggelse av kulturminner – på stein og mørtel, kalkmaleri og puss. Du er interessert i saltforvitring – en av de aller viktigste årsakene til at kulturminner brytes ned.

Vi skal ikke gå inn på alle komplekse mekanismer i saltforvitring her. Om at slik forvitring er avhengig av en rekke faktorer, som saltkilde, nødvendigheten av vann for å transportere salt i en gammel vegg, om avhengigheten av temperatur og luftfuktighet – og om hvilke muligheter man har til å kontrollere og redusere saltforvitring. Alt dette kan man lese om i hundrevis av lærde skrifter (se noe litteratur nedenfor).

Dette er salttyper som jeg har funnet på norske kulturminner, spesielt i Trøndelag og på Vestlandet. Når relativ luftfuktighet går over likevektsfuktigheten, så går saltet i oppløsning, vel å merke hvis man bare har å gjøre med den aktuelle salttypen. Når det er mange salttyper i en vegg vil likevektsfuktigheten være annerledes. Tabell: Per Storemyr

Vi skal bare konstatere at salt kan sprenge løs små biter av materialer når det krystalliserer litt under overflaten på en stein, et maleri. Og at det finnes en 30-40 ulike salttyper som ikke er uvanlige å observere på gamle stein- og murbygninger i Europa. Jeg har selv funnet minst 20 typer på gamle steinbygninger og muralmalerier i Norge.

Kilder til salt
Det dreier seg om klorider, sulfater, nitrater og karbonater. Dette er anionene (med minusladning). De kombinerer seg ved hjelp av ionebinding på ulike måter med de vanlige kationene nevnt over: Natrium, kalium, kalsium og magnesium (med plussladning). Natriumklorid er forresten ikke så vanlig å finne i krystallin form i Norge. Det er fordi klimaet vårt er fuktig og fordi dette saltet går i oppløsning når den relative luftfuktigheten overstiger ca. 70-75%. De aller fleste steder i dette langstrakte landet har en gjennomsnittelig relativ luftfuktighet som ligger på dette nivået eller noe over – vel å merke utendørs! Når gamle kirker varmes opp i vintersesongen og luftfuktigheten går ned mot 30-40%, spretter naturligvis natriumklorid ut både her og der!

Sterkt forvitrede skulpturer (konsollhoder) fra 1800-tallet på Nidarosdomen. Her har saltene gips og epsomitt (hvite/grå skorper) nærmest spist skulpturene i stykker. Kilden til saltene er kismineraler (magnetkis) i klebersteinen skulpturene er hogget av. Foto: Per Storemyr

Derimot er det veldig vanlig å finne kalsium- og magnesiumsulfater, ulike natriumkarbonater og nitrater. Kildene er mangfoldige: Rustende kismineraler (sulfider) i stein er ekstremt vanlig (gir sulfater), likeså den omfattende bruken av alkaliske bygnings- og restaureringsmaterialer (portlandsement) siden 1800-tallet (gir natriumkarbonater). I tillegg har vi en mengde nitrater og klorider fra ymse bruk av steinbygninger siden middelalderen, for eksempel fra konservering av mat, fra kruttlagre og fra fjøsbruk eller fra allmenn opphopning av etterladenskaper fra både dyr og mennesker. Listen er mye lengre. Vi kunne også ha inkludert luftforurensning, som i Norge var viktig fra 1850-tallet til omkring 1980-tallet (sulfater, gips) og et utall, ofte skadelige rengjørings- og konserveringsprodukter (saltsyre, lut, vannglass, kasein osv. osv.).

Kjøpe analysetjenester? Eller kjøkkenlab?
Du må i Norge altså holde styr på minst 20 ulike salttyper om du har som mål å kunne analysere dem alle på en entydig måte. Kanskje gir du opp og blar opp alle tusenlappene som kreves for å få resultater fra de store laboratoriene med velutstyrte instrumentparker. Det er fristende. Men også en fallitterklæring. For akkurat som du kan analysere dusinvis av prøver med koksalt ved hjelp av kloridstrips og en bunsenbrenner, så kan du med litt kløkt sette opp en kjøkkenlab som vil gjøre deg i stand til å utføre mangfoldige saltanalyser som i kvalitet kan overstige hva du må betale i dyre dommer for på det kommersielle markedet. Men det kreves altså en viss porsjon kløkt. Og investeringer; en god del tusenlapper.

En kjøkkenlab. Eller rettere sagt en midlertidig lab for å analysere store mengder saltprøver i det sterkt dekorerte Regalierommet i Erkebispegården i Trondheim. Her er stillaser for konservering, lamper for å se godt – og polarisasjonsmikroskop, stereolupe, teststrips og et utvalg kjemikalier for å analysere salt. Foto: Per Storemyr

Kloridstripsene du kjøpte er en god begynnelse. Tilsvarende, gode strips finnes også for sulfat og nitrat. Løselige karbonater tar du best med pH-papir. Er pH over 9-10, så har du ganske sikkert å gjøre med salt som kommer fra Portlandsement, vannglass eller lut. Bunsenbrenneren din kan også komme til nytte: Fargen på flammene som kommer fra ulike typer salt, kan godt være ganske så karakteristiske.

Om en presis kjøkkenlab
Du kan la det bli med dette. Si deg fornøyd. Og du har ennå ikke betalt mer enn et par tusenlapper. Du kan analysere så mange saltprøver du vil for de samme kostnadene de kommersielle analyselabbene tar for en prøve eller to.

Men kjøkkenlabben din er ennå ikke særlig presis. Det er fordi prøvene du tar fra forvitrende kulturminner gjerne inneholder flere forskjellige salter. I en enkelt prøve kan det være både to og tre og fire ulike salttyper. Teststripsene dine klarer dette uten store problemer. Men bunsenbrenneren vil nok svare med lite karakteristiske flammefarger. Du vet altså hvilke anioner du har med å gjøre, men du kan ikke entydig bestemme kationene og dermed heller ikke hvilke typer salt det dreier seg om.

Hvordan du nå går videre er avhengig av om du har en hang til det kjemiske eller mineralogiske. Om du har studert litt kjemi, eller geologi – eller begge deler.

Den mikrokjemiske veien
Er du av den kjemiske sorten, så velger du analyse ved hjelp av mikrokjemi. Det betyr at du løser opp en liten del av prøven din i et par dråper vann og deretter tilsetter ulike reagenser for å se hva som skjer i løsningen. Det krever at du har en god del reagenser (kjemikalier) og ikke minst et lite mikroskop, gjerne en brukt og billig mono- eller stereolupe av den litt eldre sorten (du får slike på eBay for noen hundrelapper). For du må kunne se hva som skjer med løsningen din på mikronivå. Og siden dampen fra reagensene kan være etsende er det liten vits i å ofre et nytt mikroskop til slikt arbeid.

Mikrokjemi. Slik ser det ut under et enkelt mikroskop når vismutsulfat reagerer med natrium i saltprøven din: Det dannes stavformede krystaller av natrium-vismut-sulfat, en entydig bekreftelse på at det er natrium i saltprøven. Foto: Christine Bläuer, se denne artikkelen

Mikrokjemi er presisjonshåndverk og krever erfaring. Den får du når du holder på en uke eller to, gjerne et par år. La oss som eksempel se hvordan du kan bestemme natrium i havsaltprøvene dine: Du tar en dråpe av den oppløste saltløsningen og plasserer den på en glassplate. Så lar du den tørke helt ut (ved hjelp av en billig liten mikrokokeplate, for å få det til å gå fort). Deretter putter du en dråpe konsentrert svovelsyre oppå den uttørkede løsningen, som nå er hvit av salt. Og så kommer det spennende øyeblikket: Du plasserer en dråpe med vismutsulfat på glassplaten – og så legger du den under mikroskopet. Deretter drar du vismutsulfatet med en glasstav så den så vidt kommer i kontakt med din saltløsning i svolvelsyre. Bingo! Under mikroskopet vil du nå se at det dannes en mengde små stav-formede krystaller. Dette er natrium-vismut-sulfat og er en entydig bekreftelse på at du faktisk har natrium i prøven din.

Det er klassisk kjemi slik det ble utøvd i riktig gamle dager. På lignende måter kan du analysere kalium, kalsium og magnesium. Om du ikke har lyst til å benytte teststrips, så kan du også bruke mikrokjemi for å bestemme sulfat, nitrat, klorid og karbonat.

Men du trenger altså en god del reagenser, en god del kjemikalier; etsende, giftige, lite egnet for ungene. Det er mulig diverse statlige tilsyn ikke ser med blide øyne på at du bedriver dette på kjøkkenbenken, om du da i det hele tatt klarer å kjøpe kjemikaliene. De er jo ikke dyre, men kanskje er det bare autoriserte laboratorier med gode avtrekksvifter som får lov til å kjøpe konsentrert svovelsyre og hva som verre er? Jeg vet ikke.

Den mineralogiske veien
Siden jeg er geolog, så har jeg vanligvis gått den mineralogiske veien – og så kombinert med mikrokjemi når det er nødvendig. Jeg har surret bak polarisasjonsmikroskopet i årevis, analysert hundrevis av saltprøver som jeg har funnet på forvitrende murverk, på kalkmalerier og skulpturer.

Et polarisasjonsmikroskop er en kompleks affære. Men som med de fleste dataprogrammer, så trenger du ikke å ta i bruk alt hva en standard utgave kan tilby. Du må egentlig bare vite at et polarisasjonsmikroskop tvinger lyset til å svinge i en retning – og at du dermed kan observere og måle en rekke optiske egenskaper til mineraler – og til salt. Dermed kan du bestemme hva det er du ser.

Et topp moderne, nytt polarisasjonsmikroskop koster mange hundre tusen kroner. Men du får svært gode, gårsdagens modeller for 10-20.000 på e-Bay. Slike er mer enn gode nok til å bestemme salttyper.

Vi kan igjen ta halitt som eksempel. Først legger du noen få korn av prøven din på en standard glassplate. Deretter drypper du en dråpe med såkalt immersjonsolje over kornene. Så dekker du det hele til med et svært tynt, standard dekkglass. Og putter det hele under polarisasjonsmikroskopet. Det er immersjonsoljen som egentlig gjør jobben. For denne har du valgt ut med omhu: Den skal ha en brytningsindeks på 1,515. Det er få som forstår hva dette betyr, men poenget er at oljen gir deg et sammenligningsgrunnlag med saltet du har i prøven din. For salt har også karakteristiske brytningsindekser. De kan ligge over eller under eller ved siden av oljen din.

Halitt under polarisasjonsmikroskopet. Her ser vi krøllede nåler som er så ustabile at de vil forsvinne i en vannløsning straks den relative luftfuktigheten overstiger 70-75%. Bildebredde ca. 0,5 mm. Foto: Per Storemyr

Halitt er et enkelt mineral. Det tilhører det kubiske krystallsystemet. Det vil si at lyset brytes kun på en måte når det trenger gjennom kornene dine. Brytningen er noe høyere enn immersjonsoljen og dette kan du enkelt se ved å skru og vrikke litt på mikroskopet. Det er klart at du trenger veiledning og erfaring for å få dette til. Men etter en time eller to vil du lett forstå hva det handler om. Uansett: Det er ingen andre salter som oppfører seg som halitt når du vrir og vrikker på mikroskopet. Du kan altså entydig bestemme hva du har med å gjøre: Halitt.

Det er ofte vanskeligere å bestemme andre salter. Men med tid og stunder vil du ha fått et såpass godt grep på både salttyper og mikroskop at det holder å kaste et fort blikk gjennom okularet for å forstå hva du har med å gjøre.

Noen salttyper er dog ganske gjenstridige. Det kan være at du av og til trenger å få bekreftet tolkningen din med større maskiner. Da velger du helst XRD eller FTIR.

Hvorfor gjøre dette?
Ved hjelp av mikroskopi, mikrokjemi, teststrips og pH-papir – og kanskje en bunsenbrenner – vil du med erfaring være i stand til å bestemme flere enn de 20 salttypene som typisk opptrer på norske kulturminner.

Selv om du må gjøre grunninvesteringer på 15-30.000 kroner (om du da ikke har en del av utstyret allerede), så kan du i teorien sette opp en slik saltlab på kjøkkenbenken. For en tilsvarende pengesum vil du kanskje kunne få analysert et dusin prøver i en kommersiell lab. Hvis labben har spesialisert seg på analyser av salttyper, så kan du være sikker på at resultatene er korrekte. Hvis ikke, så seiler du nok litt i uvissheten.

Et dusin saltprøver er lite. Det er færre enn du trenger å ta på ett enkelt kulturminne for å kunne forstå hvordan salt bryter ned stein, mørtel og maleri. For som seriøs forvitringsforsker er du interessert i distribusjon – både i rom og tid.

Tenk deg en middelalderkirke, med et utall vegger og murer, skulpturer og malerier. Her kan det være et utall forvitringssituasjoner med et utall forskjellige salttyper. Som oppfører seg på merkverdige måter avhengig av hvordan temperatur og luftfuktighet endrer seg med årstidene.

Om du skal kunne forstå en flik av forvitringen på en slik kirke, så trenger du dusinvis av prøver den første gangen du undersøker objektet. Og så trenger du mange flere når du vil prøve å forstå hvordan saltforvitringen er avhengig av klimatiske variasjoner over tid. Og vil du forstå kilden til saltet, og dermed kunne diskutere hvordan du kan redusere forvitringen, så trenger du enda noen dusin prøver.

Det er dette vi streber etter: En forståelse av fordelingen av salttyper som ødelegger for eksempel middelaldermurverk. Her 40-50 saltprøver fra Vesthuset (ca.1250) i Erkebispegården i Trondheim. Saltkilder og forvitringsmekanismer er svært komplekse i dette tilfellet. Men det tok bare noen  timer å analysere alle prøvene i “kjøkkenlabben”. Illustrasjon: Per Storemyr

Det ville ha kostet deg titusenvis, kanskje hundretusenvis av kroner å skulle sende hver enkelt saltprøve til en kommersiell lab. Med en kjøkkenlab kan du gjøre det meste selv etter en viss grunninvestering – og deretter for kun det du selv koster. Kanskje er timeprisen din høy. Men du er jo verken jurist eller reklameperson, så prisen vil uansett ikke være avskrekkende.

En veldig god ting med din enkle kjøkkenlab, er at du også kan analysere mange andre materialer du finner på en historisk bygning: Stein, mørtel, gamle malingsflak. Du vil noen ganger ikke være i stand til å gjøre en like presis analyse som for salt, men du vil i alle fall kunne sortere ut de enkle prøvene fra de vanskelige. De siste kan dermed gå til analyse med store maskiner.

Hvorfor skriver jeg dette?
Jeg tror jeg skriver dette fordi jeg liker både enkelhet og kontroll. Det å analysere salt på måten jeg har beskrevet, er prinsipielt enklere enn å putte prøven inn i en stor maskin – en “black box” – der prøven blir analysert på en måte du knapt kan forstå. Om du går den mikrokjemiske og mineralogiske veien, så tvinger det deg til å se på prøven din, se på saltet – du kan følge det med øynene dine, med alle sansene dine, fra ditt forvitrende objekt til du har funnet ut hva saltet ditt består av. Jeg tror det vil bidra til at tolkningen av forvitringen blir god.

Dette er fint håndverk. Det er noe vi i økende grad mister i vår daglige omgang med materialene vi hele tiden omgås. Jeg liker rett og slett ikke at en “black box” skal ta over det jeg egentlig kan gjøre selv. Men, må jeg innrømme, jeg er geolog av utdannelse og har derfor en hang til å analysere materialer. Jeg kunne jo heller ikke drømme om å bygge meg et hus fra grunnen av eller å male et kalkmaleri. For slike saker har vi gode håndverkere og kunstnere…

Uansett: Jeg lærte meg saltanalyse på den enkle måten av saltforvitringens mestre – Andreas Arnold, Konrad Zehnder, Andreas Küng og Christine Bläuer – gjennom mange års trening i Sveits. Håndverk krever trening. Takk & pris for at disse sveitsiske mestrene var der for å lære meg det.

Slik kan man ta prøver av små mengder salt som har sprengt løs kalkslemmingen på en middelaldervegg: Med en pensel som dytter saltet ned i en liten prøvepose. Her fra Stavanger domkirke. Kjapp kjøkkenanalyse: Små mengder sulfat, klorid, men først og fremst nitrat, sannsynligvis natriumnitrat. Foto: Per Storemyr

Men den umiddelbare grunnen til at jeg skriver dette er at gode folk på Arkeologisk Museum ved Universitet i Stavanger har fattet interesse for saltforvitring og saltanalyse. Jeg var så heldig å kunne gi dem et kurs i den enkle veien her forleden. Så vidt jeg kan se sporet det videre interesse, sporet ønsket om å bygge opp en “kjøkkenlab”. Snart har vi kanskje kokker som kan fortelle deg mye om salt, mer enn om hva bordsaltet ditt består av.

Referanser

De to beste artiklene om enkel analyse av salt:

• Bläuer Böhm, C. (1994): Salzuntersuchungen an Baudenkmälern. Z. Kunsttechnologie und Konservierung, 8, 1, 86-103. PDF
• Arnold, A. (1984): Determination of mineral salts from monuments. Studies in Conservation, 29, 129-138. Preview

En viktig, men lite kjent internettportal om saltforvitring og saltanalyse:

• SaltWiki

Noen av mine egne arbeider som saltforvitring:

• Storemyr, P. (2010): Fra “Luftangrep” til klimaendring: Forvitring på Nidarosdomen i historisk og politisk kontekst. In: Bjørlykke, K., Ekroll, Ø. & Syrstad Gran, B. (eds.): Nidarosdomen – ny forskning på gammel kirke. Trondheim: Nidaros Domkirkes Restaureringsarbeiders forlag, 164-191.  PDF
• Storemyr, P. (2004): Weathering of soapstone in a historical perspective. Materials Characterization, 53, 2-4, 191-207. Abstract
• Storemyr, P. & Franz, A. (2002): The Regalia Room Mural Paintings Conservation Preoject, Trondheim, Norway: Conservation Measures and Monitoring of Salt Weathering 2001-2002. Report No. 2002.051, Expert-Center for Conservation of Monuments and Sites, Zürich, 43 p. PDF
• Bionda, D. & Storemyr, P. (2002): Modelling the behaviour of salt mixtures in walls: a case study from the Tenaille von Fersen building, Suomenlinna, Finland. In: von Konow, T. (ed.): The Study of Salt Deterioration Mechanisms. Decay of Brick Walls Influenced by Interior Climate Changes. European Heritage Laboratories – Raphaël 1999. Helsinki: The Governing Body of Suomenlinna, 95-101. PDF
• Storemyr, P. (1997): The Stones of Nidaros. An Applied Weathering Study of Europe’s Northernmost Medieval Cathedral. PhD-thesis, no. 1997:92, Norwegian University of Science and Technology, Trondheim. PDF (19 MB).