Talgje kirke i Rogaland. Med mikroskopbilde av mørtelen som ble brukt i middelalderen. Hva slags mørtel det er får du vite i artikkelen under. Foto: Per Storemyr
Vi vet mye om alle steinene som er brukt i norske middelalderkirker. Det er gjort betydelig forskning på feltet, kunnskapen er publisert og er lett tilgjengelig for både fagfolk og lekfolk. Men vi vet nesten ingenting om kalkmørtlene som ble brukt til muring, fuging, pussing og hvitting. Det vil si: Det finnes en god del kunnskap om gamle kalkmørtler, men kunnskapen er fragmentert, svært lite er publisert og dermed foregår det lite allmenn kunnskapsoppbygging. Dette er en underlig situasjon, for uten mørtel ville det ikke ha vært mulig å bygge steinkirker – og uten kalkmørtel er det heller ikke mulig å restaurere bygningene i dag.
Vi aner at det i middelalderen var et like stort mangfold i mørteltyper som steintyper, for begge delene er jo stort sett et resultat av lokal og regional geologi. Men i motsetning til stein, er det ikke like lett å si noe særlig om en kalkmørtel for et utrent øye. Kanskje er dette en hovedårsak til at kalkmørtler har gått litt under radaren for folk flest. Med evne til observasjon og et enkelt polarisasjonsmikroskop åpner det seg imidlertid en verden som viser at mørtlene er minst like spennende som alle steinene.
I denne artikkelen skal vi med dagsaktuelle eksempler fra Talgje, Tingvoll og Hedrum kirker gi en smakebit på hva mikroskopanalyser kan fortelle om bygningshistorie, skader på kirkene og hvilke hint de gamle mørtlene kan gi om valg av nye mørtler for restaurering. Spørsmålene er akkurat de samme som en stiller til stein: Hva slags type er det? Hvor kommer den fra? Hvorfor er den skadet? Hvordan kan det restaureres?
Geologi og kalkbrenning
Som vist i en fersk artikkel, har Norge et stort mangfold i kalkressurser som ble brukt til kalkbrenning i middelalderen og senere. Fra Agder, langs Vestlandet, oppover til Trøndelag og nordover, finnes et utall marmorforekomster av høyst varierende kvalitet, mens Østlandet, fra Grenland til nord for Mjøsområdet, er velsignet med mangfoldige kalksteinsforekomster. I hundrevis av ovner ble det fra middelalderen og opp til tidlig-moderne tid brent kalk fra et flertall av disse råstoffene.
Med så varierende geologi, ble også kalken mangfoldig. Og det er nettopp kunnskapen om det geologiske mangfoldet en må ha i bakhodet for å komme kalkmørtlene nærmere inn på livet. En ren, hvit marmor fra Vestlandet gir f.eks. en helt annen kalk enn en fossilrik kalkstein med masse iblandet leirstein fra Østlandet. Svært forenklet gir marmoren en ren, «svak» luftherdende kalk, mens kalksteinen kan bli til en temmelig hydraulisk, hard kalk som herder også med vann.
Brenntemperatur, brennforløp, lesking og blanding spiller også avgjørende roller for mørtelkvaliteten, det gjør også type og mengde sand og grus som brukes til tilslag i mørtelen. En finkornet strandsand med overveiende kvarts fra Rogaland fungerer f.eks. annerledes enn en grov breelvsand rik på feltspat fra Vestfold. Feltspaten kan reagere så mye med den alkaliske mørtelen at den blir hardere enn ved bruk av en kvartsrik sand.
Kalkressurser i Norge. Ansamlinger av ressurser definerer eldre kalkbrennerdistrikter. Langs kysten fra Agder til Trøndelag finnes det marmor. Kalkstein opptrer i Oslofeltet og nord for Mjøsområdet. Kart basert på NGUs geologiske kart og mineralressursdatabase.
Prøvetaking og mikroskopi
Kunnskap om geologi og kalkhistorie danner bakteppet for en sentral del av mørtelanalysen, nemlig selve prøvetakingen. Men her er først og fremst kunnskap om bygningshistorie essensiell for å kunne ta relevante prøver som kan svare ut spørsmålene en har til mørtelen. Middelalderkirker har gjerne gjennomgått utallige restaureringsfaser; det kan være lag på lag med mørtler som skjuler de som er fra den opprinnelige bygningsperioden. Derfor er det viktig å utføre prøvetaking mens en kirke er under restaurering. Da åpnes gjerne murverket og en kan ta mange ulike mørtler i nærmere øyesyn.
Her begynner den detaljerte mørtelanalysen. En bruker øyne og hender for å gi en god beskrivelse av mørtelens farge, utseende, fasthet og tilslag. Kanskje en også løser en bitteliten prøve opp i fortynnet saltsyre for å sjekke mengden av tilslag. Deretter går en videre med en enkel stereolupe for å få et bedre overblikk over bindemiddelet (kalken) og tilslaget og vet dermed hva en spesielt skal se etter når en starter med det viktigste: Polarisasjonsmikroskopi av tynnslip laget fra prøven. Prosedyren er akkurat som ved analyse av bergarter.
Internasjonalt har polarisasjonsmikroskopi lenge vært det sentrale verktøyet for analyse av gamle mørtler. Det har erstattet tidligere tiders kjemiske elementanalyse, som fortsatt har sin verdi ved flere spørsmålsstillinger. I et polarisasjonsmikroskop kan en se nesten alt mørtelen har å by på, helt ned til strukturer på noen få mikrometer. Når en er i tvil, kan en ta i bruk mer sofistikerte metoder, f.eks. røntgendiffraksjon (XRD) eller elektronmikroskop (SEM) for å bestemme enkelte mineraler i bindemiddel og tilslag. For å bestemme proveniens (opprinnelse) kan en i tillegg benytte isotopanalyser og for aldersbestemmelse av kalkbindemiddel finnes det C14-metoder. Også kull i mørtelen, som ofte kommer fra kalkbrenningen, kan aldersbestemmes.
Uten å forstå mørtelens kontekst kan det aldri bli noen god analyse. Tore Granmo og Terje Berner diskuterer de gamle pussmørtlene på Moster gamle kirke under restaureringsarbeid sommeren 2023. Foto: Per Storemyr
Bygningshistorie. Et eksempel fra Talgje kirke
For studiet av bygningshistorie eller bygningsarkeologi har en gjerne et knippe av spørsmål til mørtlene: Hva slags råstoff ble brent? Hvor kommer det fra? Er det ulike mørtler i ulike bygge- og restaureringsfaser? Hva betyr dette for organisering av byggearbeidet? Her skal vi konsentrere oss om det første spørsmålet: Hvor kommer kalken i den opprinnelige byggeperioden til Talgje kirke i Rogaland fra?
Talgje er en liten romansk kirke, bygd i første halvdel av 1100-tallet på øya med samme navn i Boknafjorden rett nord for Stavanger. Kirken har svært velbevarte fuge- og pussmørtler på gavlene på loftet over kirkerommet, noe som er ganske vanlig i mange norske middelalderkirker. Men Talgje står i en særstilling, da en her ikke bare kan studere mørtelens egenskaper i detalj, men også hvordan murerne brukte murskjeen for å jevne ut pussmørtelen for 900 år siden.
Det dreier seg om en porøs og fast, lett beige mørtel med finkornet tilslag av strandsand. Til en middelaldermørtel å være, er den ganske rik på tilslag, selv om forholdet 1 del kalk til 1,5 deler sand er svært mye «feitere» enn i moderne mørtler. Mer typisk for en middelaldermørtel er 1:1 og lavere, noen ganger har en ikke benyttet tilslag i det hele tatt. Man har altså stolt på bindemiddelet. Og fått greie mørtler ut av det.
Siden kalkbrenningen har foregått på ujevn temperatur, også vanlig i middelalderen, er ikke alle deler av råstoffet gjennombrent. Derfor er det lett å se i mikroskopet at man har brent en marmor. Men ikke en hvilken som helst marmor. For ser en nærmere etter i både polarisasjons- og elektronmikroskopet, tyder alt på at råstoffet er en såkalt dolomittisk marmor, en marmor rik på magnesium. Den gir et noe fastere og mye mer mangfoldig bindemiddel enn «vanlig» kalk. I vanlig kalk er det kalkspat i bindemiddelet, dolomittisk kalk har i tillegg mineralene magnesitt, brucitt og gjerne hydromagesitt. I Alpene finnes atskillig dolomittisk kalk og det er herfra mye av kunnskapen om analyse av slik kalk kommer. På Vestlandet er dolomittisk kalk ganske sjelden.
Men i Boknafjorden, bare 14 km nord for Talgje ligger øya Nord-Talgje. Og her finnes den eneste velkjente forekomsten av dolomittisk marmor i området. Den ble brukt til industriformål fra slutten av 1800-tallet og er utvilsomt en forekomst som kan komme på tale som leverandør til Talgje kirke i middelalderen. Men ikke nok med det: For både på nærliggende Sørbø kirke og trolig i de eldste delene av Stavanger domkirke – som begge ble oppført i først halvdel av 1100-tallet – finner en tilsvarende mørtler. Og heller ikke her tar det slutt: For øya Nord-Talgje har inntil nå vært mest kjent for sitt store kvernsteinsbrudd, som også ble startet opp tidlig på 1100-tallet. Kvernsteinsbruddet ligger rett ved siden av marmorbruddet.
Selv om det kreves ytterligere analyser for å bekrefte denne historien, tyder ting på at det er sammenheng i oppføringen av de de tre kirkene og at råstoffet til mørtel var den nærmeste forekomsten med ønsket kvalitet en kunne finne. Dessuten er det ikke umulig at mørtelproduksjonen kan ha sammenheng med øvrig steinutnyttelse – kvernsteinsproduksjonen. Her kan en også nevne at stein til kvader og dekor på de tre kirkene i den romanske perioden er lignende, for en stor del (men ikke utelukkende) basert på grønnskifer fra et brudd på Rennesøy (Ertenstein nær Sørbø).
Med utgangspunkt i Talgje kirke, gir mørtelanalysene informasjon for å kunne utarbeide hypoteser om hvordan kirkebyggingen i Stavangerområdet ble organisert på 1100-tallet. Det kan ha startet med svært lokale ressurser. Det er interessant når en sammenligner med 1200-tallet. For da ble det sannsynligvis ikke benyttet dolomittisk kalk ved byggingen av f.eks. Hesby kirke og koret i Stavanger domkirke, men «vanlig» kalkspatkalk. En videre hypotese er at det etter mer enn 100 år med kirkebygging hadde dannet seg regionale sentra for kalkbrenning. Det nærmeste for Stavanger sin del var i Sunnhordland fra Moster til Tysnes, Vestlandets tradisjonelt største kalksentrum helt fram til 1900-tallet. Her brant man lett uren kalkspatmarmor.
Skader: Et eksempel fra Tingvoll kirke
Kalkmørtler kan endre seg radikalt når de gjennom hundrevis av år blir utsatt for fukt. Har det vært mye fukt til stede, kan en noen ganger knapt observere det originale bindemiddelet i mikroskopet, men flere andre mineraler som har blitt dannet ved kjemiske reaksjoner. Det interessante er at mørtelen likevel kan se fast og fin ut når en betrakter den med det blotte øye, selv om det selvsagt ofte også forekommer sterk forvitring, i form av bl.a. pulverisering, oppsprekking og flaking.
Når mørtelen er sterkt kjemisk omvandlet, men likevel fast, snakker vi ofte om hva en på engelsk kaller kalkmørtelens evne til «self-healing». Ved svakt hydrauliske kalkmørtler kan en økende fasthet med tiden være et resultat av stadig og langvarig dannelse av hydrauliske mineraler. Vanligere er at det fra kalkmørtel foregår oppløsning av det ekstremt finkornede bindemiddelet som deretter rekrystalliserer som større, tydelige kalkspatkrystaller langs riss og porevegger i mørtelen. Denne kalkspaten kan «binde» rissene sammen og noen ganger tette porene helt.
På Nordmøre har Tingvoll kirke fra 1100-tallet gjennom hundrevis av år vært utsatt for lekkasjer og fukt. Det har imidlertid ikke tidligere vært kjent at det også må ha forekommet store lekkasjer som har påvirket de middelalderske mørtlene i de unike, innvendige gangene i kirkens murvegger. Dette er ganger der den innvendige muren generelt ikke er påvirket av utendørs fukt og nå opptrer tørre og fine. Mørtelen i de innvendige murene gir da også visuelt inntrykk av å være faste og lite påvirket av fukt. Men under mikroskopet dukker det opp et helt annet bilde: Mørtlene, med kalk brent fra marmor, er ekstremt oppløste og holdes dels sammen kun av rekrystallisert kalkspat. Her har det med andre ord en gang vært veldig mye vann!
Under en av disse innvendige murene, på nordveggen til skipet, finner en middelalderske kalkmalerier som i den senere tid har vært sterkt utsatt for saltforvitring. De direkte årsakene er ennå ikke funnet; de kan være knyttet til restaureringsarbeider på ytterveggene, grunnfukt eller et inneklima som i den senere tid har forandret seg. For tolkningen av forvitringen, er det imidlertid sentral kunnskap at veggen direkte over maleriene har vært utsatt for store lekkasjer i «gamle dager», lekkasjer som må ha kommet via utette tak.
Selv om det også kan ha vært ytterligere fuktkilder tidligere, gir mørtelanalysen et konkret bevis på tidligere lekkasjer. Disse kan ha mobilisert salter i muren og også den gang ha ført til forvitring av kalkmaleriene. Selv om taket har vært tett i mer enn hundre år, ser en i dag altså forvitrende malerier med en lang skadehistorie.
Mørtelvalg for restaurering: Et eksempel fra Hedrum kirke
For restaurering i dag benyttes i stor grad importerte, «standardiserte» mørtler, ofte NHL fra Frankrike eller luftherdende kalkmørtler fra Sverige og Danmark – eller fra Norges eneste produsent i Trøndelag. Disse har lite med tradisjonelle, norske mørtler å gjøre, og det er tilsvarende i mange andre land. I det internasjonale fagmiljøet foregår det mye diskusjon om slike problemstillinger, spesielt på bakgrunn av en gylden regel for restaurering og konservering, nemlig å benytte mørtler som har tilsvarende egenskaper som de en finner på bygningen fra før. Prinsippet «like-for-like» er velkjent i det norske kulturminnevernet.
Men i praksis er det altså ikke rent sjelden umulig å benytte «like-for-like», fordi en ikke får tak i kalk som tilsvarer eldre typer, eller fordi det ikke nødvendigvis er det beste valget. Uten videre kunnskap blir derfor «best practice» gjerne å benytte kalk som er fukttransporterende og mekanisk svakere enn de en finner på bygningen (etter å ha fjernet moderne, harde sementmørtler), med andre ord at den nye kalken fungerer som et slags offersjikt. Siden det altså er vanskelig å velge riktig kalk til et restaureringsarbeid, kan målrettede analyser være til hjelp.
Vi har ofte en forestilling om at all gammel kalk er hvit, myk, svak og porøs. Det er ikke alltid tilfelle. Som ved byggingen av Hedrum kirke ved Larvik, der det på 1100-tallet ble brukt en temmelig hydraulisk kalk som ved sterk fuktpåvirkning, bl.a. bak tette, moderne sementmørtler, nå har blitt steinhard. Dette har medført at den har oppmagasinert fukt og frosset i stykker i massiv skala.
Kalken er brent fra en uren kalkstein på dels svært høy temperatur. Så høy har temperaturen vært, kanskje 12-1400 grader, at det fra urenheter i kalken har blitt dannet regelrett slagg ved brenningen. Slagget kan observeres med det blotte øye, er lett å se i mikroskopet og XRD viser at det inneholder bl.a. mineralene pyroksen, melilitt og kvarts, typiske mineraler i slagg fra kalkbrenning. For å være sikker på at slagget ikke er tilsatt, men kommer fra brenningen av kalken, har vi reprodusert tilsvarende slaggdannelse ved egenbrenning av uren kalkstein fra Porsgrunn. Problemet for Hedrum kirke er at slagg, brente leirsteinsfragmenter og diverse sinterprodukter også inneholder hydrauliske mineraler, som ved langvarig fuktpåvirkning gjør kalken svært hard.
Hva slags kalk skal en benytte til restaurering i dette tilfellet, etter fjerning av sement og frostsprengt, helt ødelagt gammel kalk? Vi vet ennå ikke, og har derfor satt opp prøvefelter med mange forskjellige typer kalk. Skal en gjette, så er det nok ingen god ide å benytte verken NHL-mørtler eller rene, luftherdende kalkmørtler. De førstnevnte kan over tid fort fungere litt som den gamle kalken selv, mens sistnevnte muligens blir for svake. Da har en i praksis få andre muligheter enn å benytte spesialtilpasset kalk, f.eks. ved kontrollert egenbrenning av hva som var nokså vanlig i Norge i gamle dager, nemlig meget svakt hydraulisk eller såkalt subhydraulisk kalk. Dette får en av råstoff som inneholder om lag 90% kalkspat og som brennes ved temperaturer på 900-1000 grader.
«Normal» kalk?
Men så kan en saktens spørre seg om hva en «vanlig» eller «normal» kalk er? Det lille knippet av 1100-tallskalker fra Talgje, Tingvoll og Hedrum er på ingen måte «normale» når en sammenligner med de bildene en gjerne har i hodet av en kalk: Hvit, porøs, myk. Ingen av kalkene er hvite, men brune og beige og generelt ganske urene, bare en av dem var opprinnelig temmelig porøs og muligens var kalken fra Tingvoll opprinnelig ganske myk eller løs, mens de to andre var temmelig faste, endog harde. Fortsetter vi med middelalderkalker fra det ganske land, så oppdager vi raskt at mange er brune og beige, ofte harde og slett ikke gjenspeiler bildet vi gjerne har i hodet.
Men så er de fleste middelalderkirker tungt restaurerte etter Reformasjonen og opp til tidlig-moderne tid, altså før sement i ulike varianter gjorde sitt inntog fra midten av 1800-tallet. Som antydet i kapittelet om Talgje kan det utover i middelalderen og særlig i etterreformatorisk tid ha dannet seg kalkbrenningssentra, der tilgangen på relativt rent råstoff var god og kalken generelt ble «renere og renere og hvitere og hvitere». Sunnhordland er en slik «kalkprovins», andre eksempler er Asker og Bærum, samt Inderøya i Trøndelag. Dessuten skal en ha i mente at det fra senest 15-1600-tallet også ble importert kalk til Norge. Det er få restaureringskalker som er like brune/beige som de en ofte finner i middelalderkirkenes opprinnelige murverk.
Vi står overfor en formidabel oppgave med å nøste opp Norges kalkhistorie helt fra middelalderen av. Men det er viktig å gjøre dette, ikke bare for på en god måte å kunne restaurere middelalderkirker og andre bygninger oppført med mangfoldige kalkmørtler, men også for å forstå hvordan kalkfaget har utviklet seg. Mikroskopet vil være et helt essensielt verktøy for å skape en slik forståelse.
Det er vakkert i mikroskopets verden. Her underbrent dolomittisk marmorfragment fra Sørbø kirke. Det er kun de brune delene som har fått høy nok temperatur til å kunne leskes. Foto: Per Storemyr
Note
Mikroskopanalyser vist i artikkelen er utført av undertegnede. Eksempelet fra Stavanger domkirke er gjengitt fra rapport ved Seir Materialanalyse AS, som har utført mange tynnslipanalyser av mørtler fra norske kulturminner. Takk til Stavanger, Tingvoll og Larvik kirkelige fellesråd for prosjektarbeid i regi av Fabrica på Talgje, Tingvoll og Hedrum kirker. Tillatelse til prøvetaking er gitt av Riksantikvaren. Selve prøvetakingen og opparbeidelse av bygningshistorisk kontekst for prøvene er utført av undertegnede og kollega Morten Stige i Fabrica. Tynnslip er laget av Salah Akhavan ved Institutt for geofag, UiO.
Artikkelen er oppdatert 28.3.2024.
Litteratur
Kalkbrenning og kalkhistorie i Norge
- Storemyr, P., Granmo, T. & Berner, T. (2023): Småskala kalkbrenning. Geologisk mangfold i kulturminnevernets tjeneste. Fortidsminneforeningens årbok, 177, s. 53-76
Referanser til eksemplene i teksten
- Holtedahl, O. & Andersen, O. 1922. Om norske dolomiter. Med bemerkninger om den praktiske anvendelse av dolomit. NGU, 102 (om Talgje dolomittbrudd, s. 19-21)
- Kaldhol, H. 1908. Fjeldbygningen i den nordøstlige del af Ryfylke. Norges geol. Unders. Aarb. 1908, 5, 1-59 (om Talgje dolomittbrudd, s. 54-55)
- Müller, G. & Wurm, F. 1970. Die Gesteine der Inseln des zentralen Boknfjords. Beitråge zur Metamorphose und zum Aufbau der kambro-silurischen Gesteine des Stavanger-Gebietes III, NGU, 267, s. 59-90 (om Talgje dolomittbrudd, s. 73-78)
- Storemyr, P. 2023. Talgje kirke, Stavanger kommune – forprosjekt 2022-23. Hva prøvefelter og mørtelanalyser kan fortelle om 1100-tallets kalk, restaureringshistoriens kalk og holdbarhet til ny kalk. Rapport for Stavanger kirkelige fellesråd. Fabrica kulturminnetjenester as, 36 s.
- Stige, M. & Storemyr, P. 2023. Tingvoll kirke, Tingvoll kommune. Forprosjekt – utbedring av klimaskall (2022-2023). Rapport for Tingvoll kirkelig fellesråd. Fabrica kulturminnetjenester as, 86 s. + vedlegg med bl.a. mørtelanalyser
- Storemyr, P. 2023. Hedrum kirke, Larvik kommune. Tynnslipanalyse av mørtelprøver med tolkning i lys av historie og skader (østre del av skipet). Rapport for Larvik kirkelige fellesråd. Fabrica kulturminnetjenester as, 20 s.
- Vogt, J.H.L. 1897. Norsk marmor. NGU, 22 (om Talgje dolomittbrudd, s. 295-296)
Om analyse av dolomittisk kalk
- Bläuer-Böhm, C. og Jägers, E. 1996. Analysis and Recognition of Dolomitic Lime Mortars. Roman Wall Painting. Materials, Techniques, Analysis and Conservation. Proceedings of the International Workshop, Fribourg 7-9 March 1996
- Diekamp, A., Konzett, J. og Mirwald, P.W. 2009. Magnesian Lime Mortars – Identification of Magnesium Phases in Medieval Mortars and Plasters with Imaging Techniques. 12 th Euroseminar on Microscopy Applied to Building Materials. Dortmund, 15-19 September 2009
Om «self-healing» av kalk
- Seymour, L.M. et al. 2023. Hot mixing: Mechanistic insights into the durability of ancient Roman concrete. Sci. Adv. 9, eadd 1602. (Ikke direkte relevant for norske forhold, men god referanseliste om rekrystallisering av kalkspat.)
Om dannelse av slagg ved kalkbrenning
- Leslie, A.B og Hughes, J.J. 2004. High-temperature slag formation in historic Scottish mortars: evidence for production dynamics in 18th–19th century lime production from Charlestown. Materials Characterization, 53, 2-4, 181-186
Per Storemyr Archaeology & Conservation 