Arkeometallurgialla tarkoitetaan arkeologian osa-aluetta, joka tutkii metallien käytön esihistoriaa ja historiaa. Kohteena on metallien elinkaari aina malmien hankinnasta ja jalostamisesta esineiden valmistukseen, käyttöön ja hylkäämiseen.

Arkeometallurgian poikkitieteellisyyttä korostaa sen painottuminen luonnontieteellisiin tutkimusmenetelmiin. Arkeometallurginen, luonnontieteellisiä menetelmiä hyödyntävä tutkimus on ollut Suomessa hyvin vähäistä, etenkin historiallisia aikoja tutkittaessa. Tästä huolimatta tutkimus on tuonut uusia näkökulmia Suomenkin esihistorian tutkimukseen.

Perinteiseen tapaan muinaisen metallintuntemuksen ja -käsittelyn tutkimus on useasti keskittynyt jäsentämään ja tulkitsemaan maasta löydettyä aineistoa ryhmittelevien menetelmien sekä löytöjen levinnän ja määrän perusteella. Tällöin ei tietenkään päästä esimerkiksi esineen pintaa syvemmälle eikä osata aavistaa sitä kysymysten määrää, johon arkeometallurgian menetelmin pystyttäisiin vastaamaan.

Kenties eniten huomiota metallurgian tutkimuksen historiassa on saanut kysymys metalliesineiden paikallisesta valmistuksesta, johon on pyritty monesti vastaamaan juuri typologian keinoin järjestämällä esineitä ajallisesti toisiaan seuraaviin kehitysasteisiin sekä ryhmittelemällä esineitä niiden muodon, koristelutyylin ja -tekniikan perusteella. Paikalliset tuotteet on nähty omaleimaisina tai ne saattavat imitoida ulkomaisia malleja ja muotivirtauksia (esimerkiksi Lähdesmäki 1991).

Suomessa vallitseva arkeologinen olettamus on, että päivittäin tarvittavat esineet, kuten työkalut ja kotitaloustavarat, tehtiin paikallisesti. Korujen ja erityisesti aseiden on taas katsottu olleen suurimmaksi osaksi tuontia naapurimaista ja usein jopa kauempaakin.

Arkeometallurgialle ominaisia tutkimuskysymyksiä ovatkin perinteisesti metallien koostumus ja alkuperä sekä esineiden valmistustekniikka. Vaikka metalliseppien valmiit tuotteet nostetaan hyvin usein arkeometallurgian pääasialliseksi lähdeaineistoksi ja tutkimuskohteeksi, tutkii arkeometallurgia muitakin arkeologisia aineistoja, jotka liittyvät kaikkeen metallinkäsittelyyn.

Varhaisvaiheissaan metalli pitää jalostaa malmista. Tästä ovat osoituksena metallien pelkistämiseen liittyvät löydöt, kuten sulatusuunien jäänteet ja niiden yhteydestä tavattava valmistusjäte eli kuona. Esimerkkejä muista ei-metallisista aineistoista ovat vaikkapa saviset pronssiseosten ja hopean sulatusupokkaat, valinmuotit sekä ahjojen jäänteet.

Koska perimmäinen tarkoitus on tutkia ihmistä ja kulttuuria metallien käytön kautta, pyritään luonnontieteellisen tutkimuksen tulokset kytkemään osaksi laajempaa kontekstia humanistisen tieteen tapaan. Tulosten avulla voidaan tehdä johtopäätöksiä esimerkiksi yhteisöjen teknologisen tietämyksen ja osaamisen tasosta, yhteisöjen ekonomiasta tai kaupankäynnistä.

Ideaalitilanteessa arkeometallurginen tutkimus voidaan kytkeä mihin tahansa arkeologisen tutkimusprosessin vaiheeseen, kuten tutkimuskysymyksen asetteluun, suunnitteluun, aineiston ja menetelmien valintaan, kenttätöihin, tulkintoihin ja raportointiin (esimerkiksi English Heritage 2001).

Arkeometallurgian käyttämät tutkimusmenetelmät ovat monipuolisia, ja tässä niistä esitetään lyhyesti vain muutamia ja käytetyimpiä.

Pääpiirteissään menetelmät tulevat arkeometrian piiristä, jossa sovelletaan fysiikan ja kemian menetelmiä erilaisten arkeologisten aineistojen tutkimukseen. Eräs arkeometrian osa-alue on materiaalitekniikka, joka on laajasti valjastettu arkeometallurgisen tutkimuksen tarpeisiin.

Menetelmät voidaan karkeasti jakaa löytöjä tuhoamattomiin eli nondestruktiivisiin ja tuhoaviin eli destruktiivisiin menetelmiin.

Joillakin nondestruktiivisilla menetelmillä voidaan saada ainakin osittaisia vastauksia sellaisiin kysymyksiin kuin, mitä materiaaleja esineen valmistukseen on käytetty ja millaisilla tekniikoilla valmistus on tapahtunut. Näitä menetelmiä ovat muun muassa stereomikroskopia ja röntgenkuvaus, jotka eivät tuhoa löytöä millään lailla.

Arkeometallurgialle luonteenomaisempia ovat kuitenkin destruktiiviset menetelmät, jotka kajoavat löytöihin vaatimalla näytepalan. Perinteisin arkeometallurgian alaan kuuluva tutkimus on niin sanottu metallografinen tutkimus, jolla pyritään paljastamaan metallin kiderakenne. Kiillotettua ja syövytettyä näytepalaa – tyypillisesti jostain metallisepän valmistamasta esineestä – tutkitaan jopa tuhatkertaisella suurennoksella, jotta voitaisiin määritellä metallin tyyppi ja sen käsittelytekniikat.

Nykyään metallografiseen analyysiin vaadittava näytepala voi olla pelkästään kuutiomillimetrin kokoinen, vaikka suurempi näytepala on luonnollisesti edustavampi ja antaa näin totuudenmukaisempia tuloksia. Nykyään käytetään tavallisen metallografisen mikroskoopin ohella pyyhkäisyelektronimikroskooppia (SEM), jolla päästään tarkempaan ja terävämpään suurennokseen.

Yleensä metallografinen tutkimus on yhdistetty alkuaineanalyysiin, jolla selvitetään metallin koostumusta. Tähän on olemassa useita erilaisia keinoja, joista käytetyimpiä ovat röntgenspektrometria (SEM-EDS/WDS), röntgenfluoresenssispektrometria (XRF) ja plasma-atomiemissiospektrometria (ICP-AES). Näissä menetelmissä on pieniä eroja sen suhteen, millaista tietoa näytteestä on tarkoitus saada irti. Alkuaine- eli kemiallinen analyysi vaatii niin ikään aina näytepalan analysoitavasta esineestä. (Katso English Heritage 2001; Hornytzkyj ja Tomanterä 2008; Ottaway 1994.)

Fysiikan ja kemian menetelmien lisäksi voidaan hyödyntää muun muassa geologiaa ja mineralogiaa, joiden piirissä vakiintuneita analyysimenetelmiä voidaan käyttää esimerkiksi metallinkäsittelyssä syntyvän jätteen eli kuonan tutkimuksessa. Voidaan pyrkiä esimerkiksi vastaamaan, mistä päin malmi on saatettu kerätä, tai vaikkapa, millaisia apuaineita eli juoksutteita on saatettu käyttää metallin pelkistämisprosessissa.

Geofysikaalisilla menetelmillä, kuten magnetometrialla, saadaan tietoa esimerkiksi metallinkäsittelypaikan laajuudesta, säilyvyydestä ja merkityksellisyydestä. Magneettisia mineraaleja sisältävät uunien ja ahjojen savivuorauksen palat sekä kuona voidaan pyrkiä ajoittamaan paleomagneettisella menetelmällä.

Arkeometallurgiaan tutkimuskohteensa puolesta lukeutuu myös rautaesineiden radiohiiliajoittaminen rautaan sitoutuneen hiilen avulla. Sitä on alettu Suomessakin kokeilla.

Viimeisimpänä tulokkaana varsinaisiin arkeometallurgian menetelmiin voi mainita kokeellisen arkeologian. Kokeellinen arkeologia voidaan nähdä paitsi omana haaranaan arkeologian sisällä myös eräänlaisena tutkimustyökaluna, joka auttaa minimoimaan virheellisiä hypoteeseja.

Etnografista vertailuaineistoa käytetään normaalisti kokeellisen tutkimuksen tukena, tutkimusprosessin eri vaiheissa. Metallien parissa on Suomessakin tehty jonkin verran kokeellista tutkimusta, joka paitsi hyödyntää arkeometallurgisten, luonnontieteellisten analyysien tuloksia myös selittää analyyseissa esiin tulleita asioita ja ilmiöitä.

Arkeometallurgian alaan kuuluvaa tutkimusta on tehty Suomessa jo 1800-luvun loppupuoliskolta lähtien, jolloin huomiota kiinnitettiin pronssien koostumuksen analysointiin ja tätä kautta pyrittiin määrittelemään pronssin alkuperää (esimerkiksi Koskinen ja Ignatius 1866; Ax 1896).

Pääsääntöisesti nimenomaan pronssikautiset (noin 1500–500 eKr.) materiaalit kiinnostivat, mutta myös joitakin rautakautisia (noin 500 eKr.–1200 jKr.) pronssikoruja analysoitiin. Pronssi kiinnosti edelleen toisen maailmansodan jälkeen, mutta sitten metallurgian tutkimus koki jonkinasteisen taantuman Suomessa (esimerkiksi Korosuo 1947; Salmo 1953; Meinander 1954).

Vasta 1980-luvulle tultaessa kiinnostus aiheeseen heräsi uudelleen entistä vivahteikkaampana. Edelleen pronssikautiset ja varhaisemmatkin metalliesineet koettiin analyysien arvoisina. Myös rautakautisia pronssiesineitä tutkittiin edelleen, ja niiden havaittiin olevan joissain tapauksissa hyvinkin erilaisia koostumukseltaan kuin pronssikautiset valurin tuotteet. Onpa pronssivalua tutkittu meillä kokeellisestikin. Pronssin ohella rautakautisista yhteyksistä peräisin oleva hopea, sekä esineinä ja niiden koristeellisina osina että raaka-ainepaloina, on kiinnostanut tutkijoita jonkin verran. (Esimerkiksi Taavitsainen 1982; Siiriäinen 1984; Lipponen ym. 1985; Luoto 1993; Tomanterä 1991; Lepokorpi 1985; Näränen 1997; Lehtosalo 1973; Creutz 2003; Tomanterä 2008).

Suomessa päähuomio on ollut valmiissa esineissä, niiden materiaalien koostumusten sekä mahdollisesti myös alkuperän selvittämisessä. Suomesta tunnetaan myös joitain paja- ja työkalulöytöjä liittyen sekä pronssi- että rautasepäntyöhön, mutta luonnontieteellinen ote puuttuu tutkimuksesta näiden materiaalisten jäänteiden kohdalla, pois lukien uudet, valmistusjätettä eli kuonaa koskevat tutkimukset. Esimerkiksi Virossa sepäntyökalujakin on tutkittu metallografisin analyysein.

Hämmästyttävää kyllä, metallien pelkistämisen ja jalostamisen arkeometallurginen tutkimus on hyvin uusi piirre suomalaisessa arkeologisessa tutkimuksessa. Raudanpelkistyksestä on tehty joitakin kokeita, minkä lisäksi esihistoriallisen raudanvalmistuksen yhteydessä syntyvää kuonaa alettiin kunnolla analysoida vasta 1990-luvulla, vaikkakin kiinnostusta ja yrityksiä on ollut aiemminkin (esimerkiksi Pukkila 1991; Jäppinen 2006; Leppäaho 1939; Keränen ym. 1991; Buchwald 2005).

Kuonien mikrorakenteen analysointi on mahdollistanut muun muassa pelkistys- ja taontakuonan erottelemisen toisistaan sekä raudanvalmistuksen tekniikan ja teknisen tason selvittämisen ja vertailun esimerkiksi naapurimaihin. Tuloksena mainittakoon, että rautakauden puolivälissä rautaa on valmistettu hieman toisistaan eroavilla menetelmillä ja valmiin raudan laatu on verrattavissa esimerkiksi Ruotsissa samoihin aikoihin valmistettuun raakarautaan.

Vallitsevana suuntana suomalaisessa arkeometallurgiassa on ollut ei-rautaisten metallien tutkimus, kun taas raudasta taottujen esinemuotojen metallurginen tutkimus on ollut huomattavasti vähäisempää. Kahta rautakauden puoliväliin ajoittuvaa esinettä – epämääräistä raudanpalaa sekä niin sanottua paimensauvaneulaa – on metallografisesti analysoitu kuonatutkimuksen yhteydessä, minkä lisäksi ulkomaiset tutkijat ovat perehtyneet pieneen osaan Suomen aineistoa. (Keränen ym. 1991.)

Turun yliopistosta väitellyt virolainen arkeologi Jüri Peets teki vuonna 2003 siihen saakka suurimman arkeometallurgisen työn Suomen rautaesineaineistosta, kun hän analysoi väitöskirjaansa varten neljätoista esinettä eri puolilta rautakautta. Olennaista tutkituille löydöille oli se, että ne kaikki olivat arkipäiväisiä esineitä – suurin osa veitsiä – ja täten oletettavasti paikallista valmistetta tuonnin sijaan. Peets saikin aikaan mielenkiintoisia tuloksia aineistosta, josta ei pintapuolisen tarkastelun eikä röntgenkuvauksenkaan perusteella voi muuten paljonkaan sanoa. (Peets 2003.)

Peetsin suorittamat analyysit kertoivat, että ahjohitsaustekniikka oli Suomessa hallittu hyvin nuoremmalla rautakaudella ja että taontateknisesti hallittiin monimutkaisempien laminaattiterien valmistus kuin rautakauden alussa. Materiaalien tuntemus ei tosin ole aina ollut paras mahdollinen. Esimerkiksi kahdessa laminoidussa, nuoremman rautakauden veitsessä materiaalit ovat vaihtaneet paikkaa, jolloin pehmeä rautainen kappale on hitsattu vasaroimalla kahden teräslevyn väliin. Tuloksena on tietysti ollut kelvoton ja pehmeä terä, jossa on kovat lappeet. Pääsääntöisesti kuitenkin silloiset sepät olivat osanneet valmistaa käyttökelpoisia teriä.

Yleiseurooppalaista kiinnostusta on herättänyt viikinkiaikaisten, pajamerkeillä varustettujen miekkojen metallografinen tutkimus, jossa on mukana Suomen osalta yksitoista tällaista miekkaa. Tutkimus keskittyi analysoimaan ULFBERHT-pajamerkillä varustettujen miekkojen terien materiaaleja ja ominaisuuksia.

Perinteinen käsitys on, että varsinkin kyseisellä sepän tai pajan nimellä koristellut miekanterät olivat aikansa parhaimpia, manner-Euroopan aseseppien mestaritöitä, mutta metallografiset analyysit kertovat, että terien laatu on vaihdellut huomattavasti. Tämä puolestaan luo aivan uusia näkökulmia aseiden paikalliseen valmistukseen, pajamerkkien piratismiin, asekauppaan sekä sepäntyön tasoon Pohjoismaissa olettaen, että pajamerkkejä kopioitiin huonompiinkiin teriin kenties korkeamman hinnan takaamiseksi. (Williams 2009.)

Pajamerkit on käytännössä toteutettu niin, että ne on muotoiltu kuvioteräsvartaasta ja hitsattu säilän pintaan kiinni vasaroimalla. Kuvioteräsvartaassa on kierretty yhteen kahta erilaatuista rautaa tai terästä, joista muodostuu kuvioita valmiin tuotteen pinnalle. Tällaista miekanterissä ja keihäänkärjissä esiintyvää teknistä ja pääasiallisesti koristeellista ratkaisua on niin ikään pidetty mannereurooppalaisena taidonnäytteenä.

Metallografinen analyysi kahdesta Hämeenlinnan Varikkoniemeltä esiin kaivetusta, todennäköisesti nuoremmalle rautakaudelle ajoittuvasta raudanpalasta paljasti niiden olevan katkelmia kuvioteräspakoista, mikä saattaa tarkoittaa, että jopa Suomen maaperällä on tapahtunut asetuotantoa rautakauden lopulla. (Schulz ja Schulz 1993; Peets 2003.)

Myös kokeellista näkökulmaa on haettu. 1980-luvulla Turun Kuralan Kylämäen arkeologisella kokeiluverstaalla taottiin kokeellisesti joitakin rautakautisia esinemuotoja, jolloin pyrkimyksenä oli selvittää kysymyksiä, jotka liittyivät esineiden valmistuksen tekniikkaan sekä sepän taitoihin ja käsialaan (katso Lähdesmäki 1991). Hieman spesifimpänä aiheena mainittakoon tekemäni kokeet viikinkiaikaisten säiläkirjoitusmiekkojen valmistuksesta, jotka ovat kytkettävissä kyseisten kaltaisten miekkojen edellä mainittuun metallografiseen tutkimukseen (Moilanen 2009).

Luonnontieteellisten analyysimenetelmien käyttö voi paljastaa arkeologisesta, esineluonteisesta löytömateriaalista aivan uusia puolia ja luoda täten uudenlaisia näkökulmia ja jopa kumota aikaisempia oletuksia.

Tuoreen tiedon tuottamisen ohella arkeometallurgia on jälleen yksi tapa kansainvälistyä, mitä Suomessa onkin tapahtunut jo paljon tutkittaessa muita materiaaleja kuin metalleja. Arkeometallurginen tutkimus on kansainvälisesti erittäin merkittävä ilmiö.

Useissa maissa erityisesti materiaaliteknisiä analyysimenetelmiä opetetaan kurssi- tai opintokokonaisuusmuotoisesti ja vieläpä arkeologian opiskelijoille. Tämänkaltaisen opetuksen voimalla pystytään kouluttamaan spesialisteja, ”arkeometallurgeja”, jotka ovat etupäässä arkeologeja mutta kykenevät myös tarpeen tulleen materiaaliteknisiin analyyseihin vaikkapa omissa tutkimuksissaan.

Suomessa tilanne on se, että tällaisia kahden alan ammattilaisia ei koulutus pysty tuottamaan. Arkeometallurgiaan painottuvan tutkijan tulisi kyetä itse hakeutumaan joko ulkomaille koulutukseen tai sitten opettelemaan itse, luonnollisimmin alan asiantuntijoiden avustuksella ja johdatuksella.

Järkevästi järjestettynä arkeometallurginen tutkimus hoituukin yhteistyössä materiaalitekniikan tai muiden asiantuntijoiden kanssa. Suomessa tällaista yhteistyötä ei juurikaan ole, joten analyysien vaikeus johtuu sekä alan ammattilaisten että erikoislaitteistojen puutteesta, vaikka tutkijoiden henkilökohtaiset kontaktit edesauttavat hieman tutkimusta. Esimerkiksi Suomessa jonkin verran analyyseja on teetetty Valtion taidemuseon konservointilaitoksen materiaalitutkimuslaboratoriossa.

Materiaaliteknistä metalliesineiden tutkimusta on saatavilla ulkopuolisilta kaupallisilta tahoilta, mutta kysymys resursseista tulee normaalisti tässä vastaan. Tutkimus tapahtuu usein yksittäisen tutkijan varoilla, jolloin kalliita analyyseja ei voida teettää. Suomessa ei ole edellytyksiä metallurgian alan analyyseille arkeologisissa piireissä. Yksi hyvä vaihtoehto on kansainvälinen yhteistyö ja ulkomaisiin projekteihin osallistuminen, mikä takaa sekä ammattilaisten että laitteiston käyttövalmiuden.

Myös kokeellisen tutkimuksen alueella yhteistyö arkeologien ja metalleja hallitsevien asiantuntijoiden välillä on elintärkeää. Jotta kokeellisen tutkimuksen tuottamat tulokset olisivat mahdollisimman luotettavia ja edustavia, olisi arkeologien konsultoitava ja käytettävä apunaan sellaisia henkilöitä, joilla on tietämystä ja kokemusta tutkittavan aiheen osalta. Esimerkiksi tutkittaessa kokeellisesti raudanvalmistusta, olisi hedelmällisintä tehdä se yhdessä kansanomaista raudanvalmistusta yhä harjoittavien seppien kanssa. Loppujen lopuksi hyvin harvalla arkeologilla on kokemusta ja tietotaitoa metallien jalostuksesta ja työstöstä käytännössä.

Kansainvälisellä tasolla metallurgian luonnontieteellinen tutkimus on hyvin pitkällä, jolloin on vaarana, että ulkomaiset tutkimustulokset eivät ole enää vertailukelpoisia kotimaisten kanssa. Vaikka arkeometallurgian kehitys on ollut Suomessa verrattain hidasta, on se toivon mukaan kiihtymässä.

•

Artikkelin pääkuvassa rautakautinen paimensauvaneula, joka löytyi vuonna 2024. Kuvan lähde: Petro Pesonen, Museovirasto.

•

Lue myös:

Liikaa lyijyä – kertomus siitä, kuinka kivien iän määrittäminen johti lyijyttömään bensiiniin

Monitieteiset menetelmät paljastavat keskiaikaisten tekstien likaisia salaisuuksia

Oikeusantropologi kertoo, mitä luista saadaan selville ja missä tv-sarjojen rikostutkinnat menevät vikaan