Metall – till nytta och nöje

I dag är användningen av metaller så självklar att vi inte tänker på att det är en mycket sentida upptäckt. I hundratusentals år använde våra förfäder enkla redskap av trä, ben, horn och sten. Eftersom stenföremål inte förstörs med tiden utan har bevarats till våra dagar kallar vi denna långa epok för stenåldern.

Med tiden blev stenredskap som spjutspetsar och yxor allt bättre, men att fälla grövre träd med stenyxa var ett tidsödande arbete. De första metallredskapen var heller inte speciellt effektiva, och under något tusental år användes verktyg av såväl sten som koppar jämsides (koppar-stenåldern).

Ursprunget till den metallålder vi nu lever i går förmodligen att hitta i våra förfäders intresse för vackra prydnadsföremål. Guld och koppar var de första metaller som togs i bruk. I rinnande vattendrag upptäckte stenåldersmänniskorna glimmande småstenar, alltså klumpar och korn av guld. Grannlåten blev än mer attraktiv när man slog på de glänsande stenarna och de visade sig mjuka och formbara.

På samma sätt uppmärksammade forntidens människor färggranna kopparmineral, som blå azurit och grön malakit. Det äldsta kända kopparföremålet är ett perforerat hängsmycke av malakit. Det är cirka 10 000 år gammalt och hittades i en grotta i Shanidar i de kurdiska delarna av Iran.

I naturen förekommer ibland ren koppar, och när människorna började hamra på dessa kopparklumpar visade det sig att de gick att forma. Förmodligen betraktades dessa fynd som en slags konstiga smidbara stenar. I Cayonü Tepesi i sydöstra Turkiet har arkeologerna hittat de hittills äldsta fynden av föremål av kallhamrad ”naturlig” koppar. De anses vara drygt niotusen år gamla.

Nu var första steget mot metallåldern taget. Nästa innebar att människorna lärde sig smälta metallrika mineraler eller malmer, och få fram ren metall eller metallegeringar. I norra delen av Sinaihalvön, i dalen Timna, har forskare funnit spår efter en omfattande kopparsmältning redan för sextusen år sedan. Och 5 800 år gamla konstföremål av smält koppar har vidare hittats i Iran. Femhundra år senare var tekniken vida spridd runt Medelhavet och i västra Asien.

Det finns två teorier om hur människorna lärde sig att smälta metall. Enligt den ena uppstod den moderna metallurgin vid de lägereldar som man samlades kring för att laga mat och värma sig. Eldhärden omslöts av en ring med stenar.

I områden med rika kopparfyndig­heter kan vissa stenar ha innehållit olika kopparföreningar. Vid långvarigt eldande, och där träkol bildades, kunde det under vissa omständigheter bli så varmt att kopparmineral reducerades till metall.

I början handlade det inte om någon medveten process, men när någon rakade undan askan en morgon kan han eller hon av en slump ha hittat små metallklumpar i härdens botten och insett att det var koppar. Utifrån den insikten började man sedan experimentera med att lägga olika malmstycken i härden och elda så att det blev så hett som möjligt.

Den andra teorin går ut på att det var vid tillverkning och bränning av lergods som smältningstekniken upptäcktes. Människorna lärde sig att göra keramik långt innan de kunde smälta metall.

Redan för åttatusen år sedan framställdes en lättbränd keramik i västra Asien. För att klara detta krävdes stark värme och hållbara ugnar. Vid bränningsprocessen kan det ha bildats kopparklumpar, om stenarna i ugnen haft hög halt av koppar.

En annan viktig upptäckt var att förkolnat trä, alltså träkol, gav betydligt högre värme än ved. Snart lärde sig våra förfäder att framställa träkol i större omfattning genom att förbränna grenar och vedbitar under ett jordtäcke. Med strypt syretillförsel förvandlades veden till kol, som enkelt kunde brytas till lämplig storlek, och som trots sitt större energiinnehåll var lättare än ved.

Utan att veta om det hade man nu också gjort ett annat metallurgiskt framsteg. Träkol är väldigt effektivt när det gäller att reducera syrehaltiga mineraler till metall. Kolet förenar sig med syret och bildar koldioxid, som avgår i gasform. Kvar blir en mer eller mindre ren metall.

Hur gick då smältningen till för sex­tusen år sedan? Vid utgrävningar i Timna i Sin ai har arkeologer, historiker, geologer och metallurger samar­betat. De har hittat olika kopparmineral, slagg, kolrester, flintverktyg och andra lämningar från smältverksamheten. Genom att studera spåren av de öppna smältugnarna, och kemiskt analysera slagg och andra rester, har man kunnat rekonstruera verksamheten.

I den hårda sanden grävdes en skålformad grop med en diameter på knappt en halvmeter. Runt denna byggdes en mur av sandsten. Den enkla ugnen eldades med träkol, varefter man tillsatte finkrossad kopparmalm, blandad med annat krossat fyllningsmedel som järn­oxid, kalksten eller snäckskal. För att nå en tillräckligt hög temperatur, mellan 1 150 och 1 250 grader, måste man ha tillfört luft med någon slags blåsbälg. Mer kol och malm fylldes successivt på, tills ugnen var full.

När malmen smälte sjönk den tunga kopparen till botten, men en del blev kvar i slaggen. Då ugnen kallnat revs de övre väggarna, och i botten fanns en rejäl klump koppar. Slaggen slogs sönder så att man kom åt de droppar av koppar som fanns i denna.

Denna primitiva smältmetod gav ganska mycket ren koppar. Analyser av kopparkorn i den gamla slaggen visar att metallhalten varierade mellan 97,4 och 98,9 procent.

En betydligt starkare metallegering började framställas för cirka femtusen år sedan, nämligen brons, där koppar blandas med tenn. För ungefär fyratusen år sedan var brons allmänt i bruk i Egypten, Indien och Mesopotamien – därmed var bronsåldern ett faktum.

Den första bronsen var resultatet av ett ständigt experimenterande. I någon smältugn blandades kopparmalm med tennhaltigt mineral, och när denna metallblandning smiddes fick man hårdare och starkare föremål. Eggen på en bronsyxa kunde göras mycket skarp, och den höll sig vass länge jämfört med en kopparyxa. Tenn är betydligt mer sällsynt än koppar, och en långväga handel förekom med den dyra legeringsmetallen.

Vid den här tiden fanns ytterligare två metaller i bruk, nämligen silver och bly. De har varit kända i minst sextusen år. Silver kan sällsynt förekomma i ren form i naturen, och liksom guld användes det blanka silvret främst till prydnadsföremål. Senare blev det en viktig myntmetall.

Bly har låg smältpunkt och är därför lätt att framställa. Av denna mjuka metall gjordes bland annat tunna tavlor som man kunde skriva på med ett vasst föremål. Vattenledningsrör av bly blev vanliga, bland annat i antikens Rom.

Bronsåldern blev inte så långvarig, snart konkurrerades legeringen ut av det betydligt hårdare järnet. De äldsta fynden, ett fåtal pärlor och ringar, är sjutusen år gamla. Deras ursprung är utomjordiskt; nedfallna järnmeteoriter som hittats av våra kringströvande förfäder. Vissa meteoriter består av rent järn, eller en blandning av järn och nickel.

Meteoritiskt järn är mycket sällsynt, och det användes till att framställa enkla prydnadssaker.

Först ett par tusen år senare dök det upp enstaka föremål som tillverkats av järnhaltiga mineraler. Förmodligen har detta järn tillkommit i samband med framställning av koppar. I den slagg som bildades vid koppar­smältningen kunde det nämligen finnas järn i form av partiklar eller järnsvamp.

Under en relativt lång period förblev järn en liten biprodukt vid kopparsmältning. När och var man övergick till en renodlad järnframställning vet inte arkeologerna. Det som fördröjde en mer utbredd användning var att man måste uppnå en temperatur om minst 1 400 grader för att metallen skulle bli flytande och kunna gjutas. Därför måste järnet i början istället smidas till önskad form, vilket var mycket arbetskrävande. Genom att upprepade gånger hetta upp en järnklump och hamra den intensivt kunde man avlägsna slaggföroreningar och få ett användbart metallstycke.

Det folkslag som främst anses ha utvecklat den moderna järnframställningen är hettiterna, som under cirka femhundra år i mitten av andra årtusendet f Kr var en dominerande stormakt i västligaste Asien.

Vissa historiker hävdar att hettitväldets expansion var en följd av att dess krigare var utrustade med starka och skarpa vapen av järn. Andra forskare ifrågasätter detta, och påpekar att det inte finns några bevis för att hettiternas järnindustri var så utvecklad att man kunde beväpna hela arméer med den nya metallen.

Från hettiternas kärnområde i nuvarande Turkiet spreds tekniken att smälta järn i alla riktningar. Järnåldern nådde Indiska halvön för knappt tretusen år sedan. Två århundraden senare började kineserna att tillverka järn. I Västafrika, i nuvarande Nigeria och Ghana, inleddes järnframställningen för 2 500 år sedan.

Den äldsta järnhanteringen i Europa kan spåras till Kreta, där den mykenska kulturen redan för 3 200 år sedan hade lärt sig smältningskonsten. Från Kreta fördes kunskapen snabbt norrut över Balkanhalvön och västerut längs Medelhavet. Redan efter ett par hundra år hade tekniken nått Sverige. De äldsta spåren av järnframställning har hittats vid Litslena i Uppland, Hallunda i Sörmland och Varnhem i Västergötland.

Att järnhanteringen spreds så snabbt över världen berodde på att metallurgiska kunskaper redan fanns på många platser. Människorna hade lärt sig att smälta och bearbeta koppar och brons, och därifrån var steget inte så långt till att arbeta med järn. Metoderna att utvinna järn förbättrades med tiden, och nya och effektivare smältugnar konstruerades.

I det vidsträckta romarriket fanns olika typer av blästerugnar, som utvecklats ur lokala traditioner. Romarna förbrukade stora mängder järn, dels till redskap och i den omfattande byggnadsverksamheten, dels till vapen och annan utrustning i armén och flottan. Det romerska riket gick så småningom under, men järnframställningen expanderade vidare.

Masugnen och den vattendrivna hamm­aren utvecklades under medel­tiden. Nya tekniska innovationer effektiviserade verksamheten, och i dag är storskalig järn- och stålframställning basen för många andra mänskliga verksamheter.

Bengt Jonsson är vetenskapsjournalist

Att läsa: The Living Rock (1994) av Arthur Wilson.

Antika symboler är ännu i bruk

Under antiken kunde man framställa sju metaller: guld, silver, koppar, järn, kvicksilver, tenn och bly. Den tidens astronomer hade identifierat sju himlakroppar som antogs cirkla runt jorden: solen, månen, Venus, Mars, Merkurius, Jupiter och Saturnus.

Varje metall betraktades som förbunden med en himlakropp, och samma symbol fick därför representera såväl metallen som himlakroppen.

Dessa symboler från antikens föreställningsvärld har levt kvar, och används än i dag när metaller säljs och köps på råvarumarknaden. Vid Londons metallbörs handlas basmetallerna koppar, tenn, bly, zink, aluminium och nickel i korta perioder om fem minuter vardera. När handeln i en viss metall pågår lyser dess gamla symbol på väggen ovanför börsgolvet.

De tre övriga basmetaller som handlas på Londons metallbörs: aluminium, nickel och zink, upptäcktes långt senare. Dessa, liksom andra sentida metaller, har försetts med symboler som anknyter till antikens syn på metallerna.

Guld har sedan urminnes tid varit den förnämsta metallen, och ansågs självklart höra samman med solen. Sym­bolen blev en cirkel.

Silver var den näst finaste metallen, och knöts an till månen. På samma sätt som månen var en kall återspegling av den strålande solen återspeglade silvret guldets glans. Månskäran fick symbolisera silver.

Järn var krigarnas metall, och förbands med planeten Mars, som också var namnet på den romerske krigsguden. Tecknet för järn symboliserar krigsgudens runda sköld och hans spjut. Det blev också symbol för det manliga könet.

Bly var tungt och grått, och den metall som värderades lägst. Guden Saturnus rådde över tiden, och Saturnus var också den planet som låg längst bort från jorden.

Koppar kom att förbindas med Venus, kärlekens gudinna, som enligt grekisk tradition föddes ur havets skum. Symbolen för koppar blev en full cirkel, eftersom färgen påminde om guld, och ett nedåtriktat kors. Det här blev även symbolen för det kvinnliga könet.

Kvicksilvrets namn beror på att denna metall är flytande och kvickt rinner iväg. Därför anknöts den till Merkurius, den snabbfotade gud som beskyddade köpmännen. Symbolens cirkel kommer av att kvicksilver ansågs vara en sammanblandning av flera metaller, och den lilla skäran överst syftar på dess likhet med silver.

Tenn förbands med Jupiter, himmelsguden som var det antika Roms övergud. Symbolerna för tenn och bly är likartade, båda antogs vara degenererade former av silver. Därav symboltecknens kurviga form, som är hämtad från silvrets skära.