Frostforvitring på kulturminner: Bilder av et fenomen få har dokumentert og formidlet

Islinse sprenger ut et flak av en puss/slemming påført i juni 2017 på den nye, «middelalderske» kalkovnen i Hyllestad (Ytre Sogn) i januar 2018. Bildebredde ca. 5 cm. Foto: Per Storemyr

Mange har meninger om frostforvitring på kulturminner, på stein, murverk, puss og mørtel. Men det er få som har dokumentert og formidlet fenomenet med bilder. Derfor er det mye synsing om «isens ødeleggende kraft». Her presenteres nye fotos av hva som faktisk kan skje når kalkmørtel blir offer for frost. Det dreier seg bl.a. om islinser som dannes og vokser i eksisterende svakhetsplan og sprenger biter bort. Stedet er den nye, «middelalderske» kalkovnen i Kvernsteinsparken i Hyllestad i Ytre Sogn.

Hva er frostforvitring?

Dannelse av islinser på spesielle steder, typisk langs svakhetsplan i porøse materialer, er etter hvert blitt en viktig teori for hvordan frostforvitring foregår i praksis. Teorien er hentet fra studier av dannelse av islinser i jordsmonn, som fører til at marken i kalde strøk bl.a. kan heve seg på spesielle steder og i spesielle mønstre. Sentralt i denne teorien er at islinsene tiltrekker seg kapillært vann fra undersiden etter hvert som de dannes; de blir større og større – altså hever jorden seg.

Islinser med nåleformet is som vokser og hever jordmonn har vi alle sett! Her fra Kvernsteinsparken i Hyllestad 12. januar 2018. Foto: Per Storemyr

Islinse med nåleformet is kan lett heve stein! Fra Kvernsteinsparken i Hyllestad 12. januar 2018. Foto: Per Storemyr

Islinser som har dannet hevede mønstre i morenemasser ved Juvasshytta i Jotunheimen. Foto: Per Storemyr

Overført til et bygningsmateriale, en stein, en mørtel: Det er islinsens vekst og dermed sprengende kraft der den dannes i spesielle soner, alt ut fra vanntilgang og temperatur, som gjør at slike materialer går i filler av frost.

Man vektlegger nå med andre ord flere muligheter for «isens ødeleggende kraft» enn den klassiske forklaringen: Denne gikk ut fra at det var den frysende isens volumøkning (9%) i poresystemet på en nesten fullstendig vannmettet stein (eller annet materiale) som førte til at den gikk i stykker.

Den klassiske teorien kan nok fortsatt ha noe for seg i spesielle situasjoner. Problemet er at den frysende isen nesten alltid vil ha en mulighet til «å slippe unna» gjennom poresystemet. Det kan derfor sjelden bygges opp nok «iskraft» inne porene i steinen, mørtelen eller pussen til at den går i filler, sprenges i tusen små biter, ned til et pulver. En stein blir ikke «korket», slik man kan gjøre med en glassflaske, som nokså sikkert vil gå i filler når temperaturen faller under frysepunktet. Det er stor kraft i frysende vann.

Dessuten: Det er sjelden at et materiale kan bli nesten fullstendig vannmettet. Uten vannmetning, sier teorien, ingen frostforvitring når temperaturen går under null.

Kalkovnen i Hyllestad

I vårt tilfelle observerte vi storstilt dannelse av islinser på pussede og slemmede deler av den nye, kalkovnen i Hyllestad i Ytre Sogn. Den ble bygget som en fri kopi av middelalderske kalkovner i 2017 og første brenning fant sted i juni 2017. Byggingen og brenningen er bl.a. annet beskrevet i en lang fotostory på nettsiden du nå er innom. Ovnen skal repareres og ny brenning er planlagt i 2019.

Kalkovnen i Kvernsteinsparken i Hyllestad under brenning i juni 2017. Foto: Per Storemyr

Under brenningen testet vi ut kalken etter hvert som den ble brent. Vi laget oss mørtel, puss og slemming med tilslag (sand og leire) som vi fant i omgivelsene og blandet uten noen som helst tanke på holdbare produkter. Målet var bare å gjøre enkle tester av brentkalken, om den f.eks. var gjennombrent. Hva kunne være mer nærliggende enn å dytte den inn i fuger og «male» den på det ytre av kalkovnen som fortsatt var under brenning?

Frøydis Akse tester en enkel slemming laget av nybrent, lesket kalk på nordsiden av kalkovnen i juni 2017. Foto: Per Storemyr

Det var en fin kalk med en god farge, men vi visste at holdbarheten til våre ad hoc mørtler, puss og slemminger ikke ville være særlig god på det opprinnelig tørrmurte murverket, der vi i all hovedsak hadde benyttet hard, tett gneis. En av grunnene var at vi ikke sørget for at vann kunne renne pent av, vekk og bort fra murverket. Vi utførte med andre ord elendig håndverk. Hovedoppgaven der og da var å brenne kalk – ikke å mure!

Det er dessuten vanskelig å få puss og slemming til å «holde» på en overflate av gneis. Og det er også noe av poenget i den følgende historien.

Frostforvitring på ovnens murverk

Sommeren gikk og høsten likeså. Regnvær! Men all kalk «smurt» ut på murverket holdt seg fint. Til tross for det lille varetaket, ble nesten alt murverk vått i regnvær. Kalken «tålte» vann! Og den var nok noenlunde karbonatisert etter et halvt års tid. Så kom jule- og nyttårstiden med et sjeldent snøfall og kulde her på Vestlandet. Så ble det mildt med mye regn og store oversvømmelser, deretter kom igjen kulda og akkurat nå, etter to-tre uker med is og snø og vann og is og snø, er det nokså mildt – og speilglatt.

Kalkovnen i Kvernsteinsparken tidlig i januar 2018. Deler av ovnen ble fuget, pusset og/eller slemmet med ulike ad hoc kalkblandinger i juni 2017. Foto: Per Storemyr

Slike værhendelser er som skapt for forvitring! Forvitring skjer sjelden pent og pyntelig og langsomt. Den skjer i store rykk og napp. Når værforholdene ligger til rette. Værforholdene bestemmer også når en slik ovn, en slik steinstruktur i det fri er utsatt for kondensasjon; det at kalde overflater trekker til seg fukt. Når temperaturen går opp og ned som en jo-jo, spiller kondensasjon en stor rolle, det vet alle som har bil – men ikke garasje: Bilen var fin og tørr sist ettermiddag, over natten ble den dekket av et ispanser: Sterk nedkjøling under stjernene, tiltrekking av fukt fra luften (kondens) og isdannelse – når temperaturen synker til minimum på morgenkvisten.

Da vi observerte kalkovnen i kulda på kvelden 3. januar var puss og stein dekket med et lag av fantastiske, langstrakte, slageformede iskrystaller. De dekket overflater, men krøp også inn under eksisterende svinnsprekker i puss og i sprekker mellom slemming og stein. Noen steder var det helt åpenbart at krystallene hadde medført at slemming og puss hadde løsnet og falt bort som følge av at iskrystallene vokste.

Sannsynligvis var årsaken til at iskrystallene vokste den samme som på en kald bil på morgenkvisten: Det kalde murverket trakk til seg fukt fra luften, i tillegg til fukten som allerede var tilstede i mørtel og puss.

Overflater på puss og slemming er dekket av et lag med lange, slangeformede iskrystaller som har løsnet pussbiter, den 3. januar 2018. Bildebredde ca. 5 cm. Foto: Per Storemyr

Iskrystaller som har vokst delvis oppå puss, delvis i sprekker mellom puss og stein, 3. januar 2018. Bildebredde ca. 15 cm. Foto: Per Storemyr

En ulykke kommer sjelden alene…

Den 3. januar så kalkovnens puss og slemming ganske begredelig ut. Større og mindre flak var løsnet. Men det skulle bli verre. Mye verre. Det ble mildt. Men murverket var fortsatt iskaldt og derfor dannet det seg på grunn av smeltende snø og kondensasjon et halvcentimetertykt ispanser på deler av murverket. Den 7. januar tok vi igjen turen med lommelykt og kamera. Det viste seg at ispanseret ikke bare dekket de ytre overflatene, men at islinser også hadde dannet seg i mange svakhetssoner mellom stein og mørtel, puss og slemming. Kalken formelig «spratt» bort fra murene! Steder med mørtel, puss og slemming som hadde sett ganske OK ut bare fire dager tidligere, var nå nærmest ruinerte.

Ispanser på en del av kalkovnen den 7. januar 2018. Brune utfellinger er rust fra en stein med stort innhold av kis (jernsulfid) like over. Foto: Per Storemyr

Sterk forvitring på en del kalkovnen mellom 3. og 7. januar 2018. Slemming og puss er helt ødelagt. Foto: Per Storemyr

Utsnitt av bildet over: Islinse bak utsprengt flak av slemming 7. januar 2018. Bildebredde ca. 10 cm. Foto: Per Storemyr

Utsprengt bit av puss med islinse på baksiden, 7. januar 2018. Foto: Per Storemyr

Dårlig håndverk, svakhetssoner og værforhold

Hva kan vi lære av denne, nokså ekstreme, forvitringen på murverket til kalkovnen? I løpet av bare et par uker i desember og januar 2017-2018?

Dårlig håndverk: Siden muring med kalk i dette tilfellet bare var testforsøk i en nokså stresset situasjon under brenning i ovnen, bar det preg av elendig håndverk. Vi prøvde på ingen måte å blande gode mørtler, vi «tettet» ikke de ytre murene med kalk, forsøkte aldri å hindre vann i å komme inn i sprekker som var der allerede fra starten av: mellom stein og kalk, mellom ulike lag av kalk. Det var akkurat disse svakhetssonene som ble «angrepet» da værforholdene viste seg fra en ekstrem side omkring nyttår 2017-2018.

Svakhetssoner: Vi kunne med egne øyne se hvordan isen krøp inn mellom svakhetssoner, som f.eks. svinnsprekker i puss og slemming med dårlig heft til stein, når temperaturen falt og når den igjen steg. Isen hadde sikkert gjort litt skade om ikke slike svakhetssoner hadde vært tilgjengelige for vekst av islinser, men trolig aldri på samme måte om ikke svakhetssonene hadde vært der fra begynnelsen av.

Værforhold: Alt gikk bra med murverket inntil været løp løpsk. Kalken tålte enorme mengder regn i løpet av høsten 2017 (nær rekord på Vestlandet). Men den tålte ikke regn og kondensasjon (og smeltende snø) i kombinasjon med klare netter og kulde. Den tålte ikke heftig vær og voksende is.

Kalkovnen som ruin

Kalkovnen er helt ny, men som struktur kan den ses på som en ruin av f.eks. et middelaldersk byggverk. Den ligger nokså åpent til for naturkreftene. Om man etterlater seg svakhetssoner under restaurering (kalkmuring) på en lignende ruin, kan man være sikker på at frosten vil virke uhemmet – vel å merke i perioder med ekstremt vær.

Nå har for øvrig været roet seg, og i dag, 12. januar, er kalkovnen tørket litt opp. Ingen tegn til is, kun minner – i form av oppsmuldrede flak av puss og slemming på bakken under murverket.

Oppsmuldrede flak av slemming på bakken under murverket, 12. januar 2018. Minner om heftig frost. Sammenlign med bilder over. Foto: Per Storemyr

Litteratur

Det finnes masse litteratur om frostforvitring og frost i jordsmonn og i materialer. Disse ganske gode Wikipedia-artiklene gir en oversikt:

Klimadiagram

Værforholdene i den aktuelle perioden på Fureneset, 20 km vest for Kvernsteinsparken. Det er normalt noe kaldere i Kvernsteinsparken, men diagrammet gir et inntrykk av hvordan værforholdene endret seg. Data fra www.eklima.no