11.5.2015

”Sen kivi kuiskaa, ratas rupattaa” – uusin analysointitekniikka keskiaikaisten rakennuskivien alkuperän selvityksessä

Suomessa on säilynyt keskiaikaisia rakennuksia, kirkkoja ja linnoja, joiden rakentamisessa on käytetty luonnonkiveä. Lisäksi ennen kaikkea Turun kaupunkikaivauksissa on paljastunut keskiaikaisten rakennusten jäännöksiä, kellareita ja muurinkatkelmia. Näiden rakennusten ja rakenteiden luonnonkivimateriaalien alkuperän tutkimiseen tarvitaan poikkitieteellistä lähestymistapaa, kallioperägeologian, rakennus- ja kaivostekniikan sekä historiallisen ajan arkeologian yhteistyötä.

Arkeologisia kaivauskertomuksia lukiessani olen huomannut, että luonnon rakennuskivet on useimmiten luokiteltu ja niputettu monotonisesti yhteen ”harmaakiveksi”. Geologina olen tällöin ajatellut, että materiaalin määritys ja tutkimus on tältä osin tehty puutteellisesti.

Muurien rakennuskivien eri kivilajit suorastaan vaativat nimeämistään oikein ja tarinansa kertomistaan niille kuuluvalla arvolla. Mahdollisuus tilanteen korjaamiseen tarjoutui yllättäen viime syksynä, kun geologian jatko-opintojen ohella otin sivuaineekseni arkeologian, jota olen ikäni harrastanut. Turun kaupunkiarkeologiasta väitelleen Liisa Seppäsen kuullessa tästä hän tarjosi minulle pro gradu -sivuainetutkielman aiheeksi Aboa Vetus -museon luonnon rakennuskivien alkuperän selvitystä. Tartuin toimeen epäröimättä.

 
Kuvassa Aboa Vetus -museon kellareita. Kuva: Markus Kivistö.

Rakennuskivien alkuperän tunteminen voi kertoa tutkijalle yllättävän paljon. Onko kivi paikallista vai tuotua? Ainakaan Aboa Vetuksen rakennusten alla ei ole kalliota, vaan savinen Aurajoen penkka. Jos kivi on tuotua, niin kuinka kaukaa? Jos kaukaa, niin miksi lähellä ollut kivi ei ole kelvannut? Jos kiven alkuperäinen ottopaikka tunnetaan, voidaan kysyä miksi on louhittu juuri tätä, eikä tuota toista viereistä kivilajia? Paljonko rakennuskiviä todellisuudessa on kulunut yhden rakennuksen tarpeisiin? Mikä osa rakennuskivistä on louhittuja, mikä irtokiviä? Onko rakennuksen eri osissa käytetty erilaisia kivilajeja? Jos kivet on tuotu kaukaa, on tarvittu kuljetusmenetelmiä, minkälaisia?

Rakennuskivien koko kertoo vaaditun työvoiman määrästä. Suurten kivien liikutteluun vaaditaan enemmän työvoimaa kuin pienten. Onko louhos ollut jonkinlaisella yhteismaalla, josta kiveä on viety muuallekin, vai onko louhos ollut kaupunkitalon rakennuttajan yksityistilalla maaseudulla? Jos kivi on louhittu jonkun muun maalta, se on varmasti maksanut jotain samaan tapaan kuin savi keskiajalla keramiikanvalmistajille.

Maa-ainesten otto asutuskeskittymissä ei ole keskiajallakaan ollut itsestäänselvyys, saati että se olisi ollut jokamiehenoikeus. Kaikki hankittu uusi tieto voi luoda uusia asiayhteyksiä jo tunnettujen seikkojen kanssa ja joka tapauksessa kertoo suoraan itse rakennustapahtumasta ja siihen liittyvistä kulttuurillisista ja sosiaalisista konteksteista.

Kylänmiehelle ja usein kaivauskertomusta kirjoittavalle arkeologillekin kivi on kivi, mutta geologille vaikkapa esimerkiksi pelkästään graniitteja syntyy neljässä erilaisessa ympäristössä ja kaikilla tyypeillä on oma ulkoasunsa, mineralogiansa ja koostumuksensa. Graniittien väri vaihtelee lähes mustasta, harmaan ja täysin punaisen kautta lähes valkoiseen. Graniittien mineraloginen koostumus voi vaihdella suuresti, samoin kuin kemiallinen kokonaiskoostumus ja hivenalkuainekoostumus. Luonnossa, kallioperässä, kivien kemiallinen koostumus voi vaihdella myös saman kivilajiyksikön sisällä.

Luonnonkiven kemiallinen koostumus onkin paras yksilöivä piirre tutkittaessa kivien alkuperää. Arkeologisesta tutkimuskohteesta ei kuitenkaan voida tuhota ja hävittää osaa, niin kuin perinteinen geokemiallinen kokokivianalyysi vaatisi. Kattavaan tutkimukseen tarvitaan myös useita satoja analyyseja, jolloin kustannukset nousevat rajoittavaksi tekijäksi. Tällaisen tutkimuksen mahdollistaa kunnolla vasta nyt aivan uusi analyysitekniikka. Viimeisen kymmenen vuoden aikana on kehitetty kenttäkelpoisia ja kannettavia XRF-analysaattoreita, mutta vasta aivan viime vuosina analysoitavien alkuaineiden määrä ja analyysitarkkuus on noussut tällaisen tutkimuksen vaatimalle tasolle.

Kannettava XRF-analysaattori on käsiporakoneen mallinen laite, joka painetaan tutkittavan kappaleen pintaa vasten ja laite analysoi kohteen liipaisinta painamalla. Noin puolen minuutin odottelun jälkeen laitteen näytölle saadaan tutkimuskohteen sisältämien n. 40 alkuaineen pitoisuudet. Pääalkuaineiden määrä ilmoitetaan prosenttiosuuksina ja hivenalkuaineiden määrä miljoonasosina (ppm). Analyysitulokset voidaan siirtää tietokoneelle taulukkomuodossa myöhempää prosessointia varten.

 
Kuva: Kannettavaa XRF-analysaattoria käytetään jo yleisesti arkeologisessa esinetutkimuksessa. Kuvassa laitteella analysoidaan saviastian koostumusta. Kuva: XRF-laitevalmistajan esite.

XRF-analysaattorin toiminta perustuu laitteen lähettämään röntgensäteilyyn, joka vaikuttaa tutkittavan kappaleen alkuaineatomien elektronikuoreen. Säteilytyksessä jokaisesta alkuaineesta muodostuu sille ominainen heijastussäteily, jonka laitteen detektori tunnistaa ja minkä perusteella analysointi tapahtuu. Menetelmä ei millään tavalla vahingoita tutkittavaa kohdetta.

Kun on päätetty millä asetuksilla XRF-analysaattoria käytetään, laite kalibroidaan tunnetun näytteen avulla ja kaikki tutkimuksen mittaukset tehdään samoilla laiteasetuksilla, jotta tulokset ovat vertailukelpoisia keskenään. Aboa Vetus -museossa analysoidaan ennalta päätetyt rakennuskivet muureista ja kellareista. Luonnon kalliopaljastumien analyysipaikat valitaan käyttäen apuna tutkimuksen pohjaksi tehtyyn GIS-projektiin tuotuja paikkatietoaineistoja ja kallioperäkarttoja sekä alueen louhoksista ja kivenotosta kertovan lähdekirjallisuuden avulla.

Rakennuskivien ja luonnon kalliopaljastumien analyyseja voidaan tutkia geokemian tietokoneohjelmien tuottamissa diagrammeissa, joiden avulla voidaan visuaalisesti vertailla mahdollisia alkuainepitoisuuksien yhteneväisyyksiä. Jos rakennuskiven ja kalliopaljastuman analyysit ovat monipuolisesti tarkasteltuna samankaltaiset, rakennuskivi saattaa olla peräisin kyseiseltä paljastumalta. Kivilaji, kiven väri, rakenteet, raekoko ja mineralogia ovat mukana kivien perusluokittelussa ja geokemiallisen vastaavuuden lisäksi näidenkin ominaisuuksien tulee olla jotakuinkin vastaavia rakennuskivessä ja luonnossa, jotta niiden voidaan tulkita olevan peräisin samalta paikalta. Tärkeää tietoa antaa myös poissulkeva rajaus. Geokemiallisesta analyysista selviää myös se, miltä paikalta kivi ei varmasti voi olla peräisin.

Tekeillä oleva tutkimukseni toimii perustana myös tuleville tutkimuksille. Jos Turun muista rakennuksista tehdään uusia tutkimuksia vertailukelpoisin mittalaiteasetuksin, myös kaikkia vanhoja analyyseja voidaan käyttää tausta-aineistona vertailussa. Tutkimusten edetessä muodostuu alueellinen geokemiallinen tietokanta samaan tapaan kuin dendrokronologisissa ajoituksissa on rakennettu alueellisia puulustosarjoja. Kuvatun kaltaisen rakennuskivitutkimuksen voi laajentaa ulottumaan myös kivimuurien tiiliin ja laastiin, jolloin kokonaisuutena keskiaikaiset muurimme saattavat sittenkin avautua kertomaan oman tarinansa syntyhistoriastaan.

Lisätietoa aiheesta:

  • Drake, Knut 2011. Medeltida stenhuggare i Åbo. SKAS / 2011 : 1, 16-18
  • Karhunen, Ritva 2004. Iniön ja Turun kartta-alueiden kallioperä : Berggrunden inom Iniö och Åbo kartblad. Summary: Pre-Quaternary rocks of the Iniö and Turku map-sheet areas. Kallioperäkartan selitys 1 : 100 000 - Expl. to Maps of Pre-Quat. Rocks 1041; 1043. Geologian tutkimuskeskus.
  • Lindberg, Bo, Ehlers, Carl ja Edén, Peter 1994. Turku Kallioperäkartta 1 : 100 000 - Maps of Pre-Quaternary Rocks 1043. Geologian tutkimuskeskus.
  • Pietarila, Pentti, 1999. Keskiaikaisten kirkkojen julkisivut. Teoksessa: Knapas, Marja Terttu (toim.), Muistomerkki: rakennetun historian ulottuvuuksia. Museovirasto. 28-41.
  • Seppänen, Liisa (toim.) 2003. Kaupunkia pintaa syvemmältä – arkeologisia näkökulmia Turun historiaan. Archaeologia Medii Aevi Finlandiae IX. TS-Yhtymä ja Suomen keskiajan arkeologian seura. Turku.
  • Seppänen, Liisa 2012. Rakentaminen ja kaupunkikuvan muutokset keskiajan Turussa. Erityistarkastelussa Åbo Akademin päärakennuksen tontin arkeologinen aineisto. Väitöskirja. Turun yliopisto, Historian, kulttuurin ja taiteen tutkimuksen laitos.

Teksti: Jussi Kinnunen

Viimeksi muokattu 11.5.2015

Tietysti.fi on Suomen Akatemian sivusto, joka kertoo yleistajuisesti Akatemian rahoittamasta tutkimuksesta sekä tieteestä ja tutkimuksesta yleensä. Sivuille kootaan muun muassa tutkijahaastatteluita, tieteen yleisötapahtumia, tiedeuutisia ja tutkimuksesta kertovia taustajuttuja.

Seuraa meitä:

Ota yhteyttä

Suomen Akatemian viestintä
terhi.loukiainen@aka.fi

Lisätietoja Suomen Akatemiasta www.aka.fi