Starożytne górnictwo i hutnictwo świętokrzyskie - nowy kierunek badań.

Abstrakt

Artykuł pokrótce omawia historię badań nad świętokrzyskim centrum metalurgicznym

kultury przeworskiej, oraz związane z nim problemy badawcze. Przedstawiona zostaje nowa

teoria dotycząca budowy pieca dymarskiego oraz sposobu jego funkcjonowania. Koncepcja

pieców budowanych w oparciu o drewniany pień oblepiony polepą i użycie śmietany

hematytowej w procesie dymarskim, skonfrontowane zostają ze źródłami archeologicznymi.

W wielu miejscach wykazują z nimi dużą zbieżność

Słowa kluczowe

Metalurgia, Góry Świętokrzyskie, kultura przeworska, piec dymarski, żelazo, śmietana

hematytowa.

Wstęp

Starożytne hutnictwo rejonu Gór Świętokrzyskich już od ponad pół wieku jest obiektem

zainteresowania archeologów i metalurgów. Niniejszy artykuł ma na celu przybliżenie

czytelnikowi tego jakże ciekawego tematu. Przedstawiona zostanie pokrótce historia badań

oraz ich stan na dzień dzisiejszy. W stopniu szczególnym omówione zostaną próby

odtworzenia procesu wytopu żelaza jako, że kwestia ta, do tej pory nie rozwiązana, jest

jednym z najciekawszych problemów związanych ze starożytnym hutnictwem.

I. Historia badań

Zainteresowanie starożytnym świętokrzyskim zagłębiem metalurgicznym sięga korzeniami

początku XIX w., kiedy to o żelaznych żużlach znajdowanych w tym regionie pisali

S. Staszic

1

, J. P. Carosi i G. G. Pusch

2

. Nikt jednak nie zdecydował się wówczas pogłębić

tego tematu.

Trzeba było czekać aż do czasów dwudziestolecia międzywojennego aby polska nauka

zajęła się ponownie hutnictwem świętokrzyskim. Stało się to za sprawą geologa

J. Samsonowicza, który w 1929 r. napisał artykuł, w którym przedstawił Góry Świętokrzyskie

1

S. Staszic, O ziemiorództwie Karpat i innych gór i równin Polski, Warszawa 1815, wyd. wznowione 1950,

s. 23

2

za K. Bieleninem, Starożytne górnictwo i hutnictwo żelaza w górach świętokrzyskich, Warszawa, Kraków,

1974, s.15

jako ważny ośrodek metalurgiczny działający już od „najdawniejszych” czasów

3

. Niewielkie

wzmianki na ten temat publikował z resztą już od 1923 r.

4

.

W latach 30-tych temat żużli świętokrzyskich rozwinięty zostaje przez metalurga

M. Radwana, który jako pierwszy stworzy ich typologię

5

. Podzielił je na: pierwotne –

występujące na zboczach i szczytach gór; dymarskie – znajdowane nad strumieniami i będące

pozostałością po średniowiecznych zakładach metalurgicznych; oraz nowożytne –

pozostałości hutnictwa wielkopiecowego. Podał on także wyniki pierwszych analiz

chemicznych żużli i stwierdził, że średnia zawartość żelaza w żużlach „pierwotnych” wynosi

ok. 50%. Jako pierwszy wysnuł on także przypuszczenie, że surowcem używanym do wytopu

żelaza był hematyt z Rudek pod Górą Chełmową. Radwan nie precyzuje z jakiego okresu

pochodzą żużle „pierwotne”, pisze jedynie że przemysł metalurgiczny musiał istnieć na tych

ziemiach jeszcze w czasach przedpiastowskich.

Odkrycie dawnych wyrobisk górniczych na terenie kopalni odkrywkowej w Rudkach

skłoniło do zainteresowania się tym tematem wielu znanych archeologów. Prowadzone przy

okazji badania stanowisk żużla na terenach wsi Rudki, Cząstków, Słupia Stara i Chybice

przeprowadził w 1933 roku S. Krukowski przy współudziale J. Bartysa i Z. Durczewskiego.

Niestety wyniki tych badań nie doczekały się publikacji.

Żużlem świętokrzyskim interesował się także rozwijający się szybko polski przemysł

metalurgiczny. Wysoka zawartość żelaza (na poziomie ok. 50%) sprawiała, że żużel stał się

poszukiwanym przez huty surowcem, którego wartość w okresie międzywojennym wynosiła

do 10 zł za tonę

6

. Przetop żużlu świętokrzyskiego trwał nieprzerwanie od 1930 do 1939 r.

Doprowadziło to zapewne do bezpowrotnego zniszczenia wielu dobrze zachowanych

stanowisk archeologicznych. Ilość przetopionego wówczas żużlu można szacować na setki

tysięcy ton

7

.

Świętokrzyski

okręg metalurgiczny został objęty systematycznymi badaniami

archeologicznymi dopiero po II wojnie światowej. Badania powierzchniowe zostały

przeprowadzone przez Sekcję Historii Techniki i Nauk Technicznych Komitetu Historii

Nauki PAN i Muzeum Archeologiczne w Krakowie. Na podstawie tych wstępnych

weryfikacji oraz informacji zaczerpniętych od rolników, w 1955 r. rozpoczęto pierwsze

3

J. Samsonowicz, Historia górnictwa żelaznego na zboczu Gór Świętokrzyskich, „Pamiętnik Kielczan”, 1929,

s. 85-99

4

za K. Bieleninem, Starożytne górnictwo… , s. 15

5

M. Radwan, Pierwotne hutnictwo żelaza na północnym zboczu Łysogór

„Ziemia” 1933, z. 6, s. 73-77

6

K. Bielenin, Starożytne górnictwo…, Warszawa, Kraków, 1974, s.18

7

K. Bielenin, Starożytne górnictwo…, Warszawa, Kraków, 1974, s.19

badania wykopaliskowe. Przed badaczami stanęło spore wyzwanie, jako że ani w Polsce ani

na świecie nie prowadzono dotąd badań na stanowiskach dymarskich podobnej wielkości.

Kopane do tej pory stanowiska zwierały co najwyżej kilka pieców dymarskich, teraz trzeba

było się zmierzyć z liczbami wielkości kilkudziesięciu lub kilkuset pieców dymarskich.

Wymagało to wypracowania własnej metodyki badań. Przede wszystkim starano się aby

stanowiska były obejmowane wykopami szeroko płaszczyznowymi, mającymi objąć jak

największą część, a najlepiej całość danego piecowiska. Z początku eksplorowano wszystkie

kotlinki piecowe, z czasem gdy okazało się, że prawie wszystkie są identyczne, ograniczono

się do badania wybranych kotlinek, a podstawą wykonywanej dokumentacji stał się plan

stanowiska.

Z czasem, oprócz badań powierzchniowych, do weryfikowania nowych stanowisk zaczęto

używać ankiet, które rozdawane były właścicielom pól i uczniom w lokalnych szkołach.

W 1960 r. zapoczątkowano także prowadzenie obserwacji z powietrza, oraz wykonywanie

zdjęć lotniczych. Do dokładnej lokalizacji piecowisk od 1961 r. zaczęto używać geofizycznej

metody magnetycznej. Zaś od 1965 r. używano także magnetometru protonowego

8

.

W 1974 r. jeden z prekursorów badań nad starożytnym hutnictwem świętokrzyskim prof.

K.Bielenin wydał pracę będącą najpoważniejszą do dziś dnia monografią świętokrzyskiego

ośrodka metalurgicznego:

„Starożytne górnictwo i hutnictwo żelaza w górach świętokrzyskich”.

Według zakończonej w 1989 r. inwentaryzacji stanowisk dymarskich pomiędzy rzeką

Kamienną, a Łysogórami, ich liczba na tym terenie wyniosła ok. 6 tysięcy.

Od lat 80-tych zaczęto się także zajmować szczegółowo problematyką osadnictwa rejonu

Gór Świętokrzyskich oraz uwarunkowaniami przyrodniczymi

9

. Przebadano pierwsze

w regionie cmentarzysko z okresu rzymskiego, znajdujące się w Sarniej Zwoli. Na wzmiankę

zasługują także owocne badania na osadach w Mirocicach, Skałach i Pokrzywnicy

10

.

II. Stan badań

Datowanie świętokrzyskiego ośrodka hutniczego

Od początku badań nad świętokrzyskim ośrodkiem ważną kwestią było jego datowanie.

Z powodu braku dobrze datujących zabytków na stanowiskach dymarskich, nie można było

8

K. Bielenin, Starożytne górnictwo…, Warszawa, Kraków, 1974, s. 33-37

9

S. Orzechowski, Próba rekonstrukcji stanu zalesienia północno-wschodnich obrzeży Łysogór w okresie

wpływów rzymskich – przyczynek do poznania środowiskowych warunków rozwoju świętokrzyskiego okręgu
hutniczego, „Acta Archeologica Carpathica”, t. 30, 1991, s. 167-186

10

S. Orzechowski, Zespół cmentarzysk i bogatych depozytów monetarnych z doliny rzeki Kamiennej a

zagadnienie chronologii starożytnego hutnictwa świętokrzyskiego [w:] Między Wisłą a Pilicą. Studia i materiały
historyczne, t. 1, Kielce, 2000, s. 36-61

przypisać ich do żadnego okresu chronologii względnej. Wobec tego, podstawą do datowania

tychże stanowisk stały się żużle i węgle drzewne, dla których przeprowadzono serię analiz

radiowęglowych na zawartość izotopu węgla C

14

. Pierwsze takie badania wykonano w 1962 r.

w Zakładzie Geochronologii Bezwzględnej w Gdańsku

11

. Wyniki tych datowań obarczone są

jednak dużym błędem wynikającym zarówno z niedoskonałej techniki pomiarowej jak

i zanieczyszczenia próbek. Średni wiek żużli ze stanowiska w Boleszynie wyniósł 2050 ± 235

lat B.P. Wykonane w latach 70-tych badania węgli drzewnych przeprowadzone

w Laboratorium C-14 Politechniki Śląskiej w Gliwicach przyniosły bardziej wiarygodne

rezultaty. Dla stanowiska w Łazach otrzymano następujące daty w latach konwencjonalnych:

35 n.e. (±150), 125 n.e. (±160), 230 n.e. (±150) i 260 n.e. (±140). Dla Łysej Góry: 100 n.e.

(±150). Dla Nowej Słupi: 85 n.e. (±105), 215 n.e. (±95), 460 n.e. (±80) i 980 n.e. (±80). A dla

kopalni w Rudkach: 240 n.e. (±55) i 245 n.e. (±70)

12

.

Dzięki rozwojowi metod kalibracji część uzyskanych wówczas dat została później

nieznacznie skorygowana. Dzięki kolejnym badaniom węgli drzewnych i żużli prowadzonym

przez Laboratorium C-14 Politechniki Śląskiej w Gliwicach w latach 80-tych, otrzymano

dużą serię datowań, które przedstawia tabela 1.

13

.

Tabela 1.
Łysa Góra

75 n.e. (50 p.n.e – 200 n.e)

Grzegorzewice

25 n.e. (90 p.n.e – 140 n.e)
200 n.e. (150 n.e – 250 n.e)

Nowa Słupia

65 n.e. (20 p.n.e – 150 n.e)
220 n.e. (140 n.e – 300 n.e)
1020 n.e. (970 n.e – 1100 n.e)
540 n.e. (470 n.e – 590 n.e)

Łazy

230 n.e. (110 n.e – 340 n.e),
15 n.e. (110 p.n.e – 140 n.e),
100 n.e. (30 p.n.e – 230 n.e)
300 n.e. (180 n.e – 400 n.e)

Rudki

280 n.e. (220 n.e – 330 n.e)
280 n.e. (230 n.e – 320 n.e)

Jeleniów

1 n.e. (30 p.n.e – 30 n.e)
45 p.n.e. (85 p.n.e – 5 p.n.e)

Częstocice

210 p.n.e. (300 p.n.e – 160 p.n.e)

11

W. Mościcki, A. Bujko, J. Dutkiewicz, A. Zastawny, Gdańsk C14 laboratory measurements, „Acta Physica

Polonica”, t. 32, 1967, s. 39-43

12

A. Pazdur, F. Zastawny, M. F. Pazdur, Starożytne hutnictwo żelaza na ziemiach Polski w świetle badań

radiowęglowych (pierwsza seria analiz), „Materiały Archeologiczne”, t. 21, 1981, s. 87-94

13

M. F. Pazdur, Chronologia bezwzględna starożytnego hutnictwa żelaza na ziemiach polskich w świetle

kalibracji radiowęglowej skali czasu, „Materiały Archeologiczne”, t. 25, 1990, s. 95-103

Nie ulega obecnie wątpliwości, że hutnictwo świętokrzyskie wiązać należy z kulturą

przeworską, właściwie przez wszystkie fazy jej funkcjonowania. Najwięcej otrzymanych dat

mieści się jednak w przedziale 15 n.e. - 300 n.e. ze środkiem skupienia ok. 150 r. n.e.

Rodzaje piecowisk

Dzięki wieloletnim badaniom nad stanowiskami dymarskimi możliwe było podzielenie

samych piecowisk na dwa podstawowe typy: uporządkowane i nieuporządkowane.

Piecowiska nieuporządkowane to takie na których układ pieców jest prawdopodobnie

zupełnie przypadkowy. Znajdowały się one często w pobliżu osad.

Na piecowiskach uporządkowanych układ pieców podporządkowany jest pewnej regule,

którą możemy jedynie opisać, ponieważ nie znamy jej uwarunkowań technologicznych. Piece

ustawione są w następujących po sobie szeregach (od 2 do 5 pieców w szeregu), przy czym

występują dwa, a nawet sporadycznie trzy ciągi takich szeregów, pomiędzy którymi znajduje

się ścieżka. Piecowiska te lokowane były zwykle z dala od osad, na stokach wzniesień.

Badania nad technologią procesu wytopu żelaza

Chyba najbardziej newralgiczną kwestią jest obecnie odtworzenie dawnej techniki wytopu

żelaza. Należy bowiem pamiętać, że wraz z wprowadzeniem techniki wielkopiecowej, proces

wytopu żelaza przy użyciu pieców kotlinkowych i dymarek ulegał stopniowemu zanikowi, aż

w końcu został zupełnie wyparty. Dawna technika metalurgiczna uległa całkowitemu

zapomnieniu, a nasze dzisiejsze próby jej rekonstrukcji na podstawie danych

archeologicznych są obarczone sporym ryzykiem błędu.

Pierwsze eksperymenty mające na celu odtworzenie zapomnianych technik metalurgicznych

możliwe były dzięki M. Radwanowi, który jako pierwszy zdecydował się przebadać

znajdowane podczas wykopalisk żużle dymarskie. Tematem zajmował się już od lat 30-

tych

14

, a od 1955 r. prowadził systematyczne badania na terenie Gór Świętokrzyskich

działając z ramienia Zespołu Historii Polskiej Techniki Hutniczej PAN

15

. Na początku lat 60-

tych na bazie współpracy naukowców z Muzeum Archeologicznego w Krakowie (pod

kierownictwem K. Bielenina) oraz techników z Akademii Górniczo-Hutniczej i Instytutu

Odlewnictwa starano się zrekonstruować budowę pieca dymarskiego jak i odtworzyć sam

proces wytopu żelaza. Według ówczesnych ustaleń wyglądał on następująco. Do wnętrza

14

M. Radwan, Pierwotne hutnictwo…, „Ziemia” 1933, z. 6,

15

M. Radwan. Dotychczasowe próby odtworzenia procesu metalurgicznego w dymarkach typu świętokrzyskiego

„Archeologia Polski”, 1963, t. 7, s. 243 – 282

glinianego pieca o kształcie zwężającego się ku górze cylindra o wysokości 1,2 – 1,5 m,

wkładano na przemian warstwy rudy oraz węgla drzewnego, który służył za paliwo. Podczas

spalania się węgla, ruda przesuwała się w dół szybu, w strefę coraz wyższych temperatur.

Następnie postępowała stopniowa redukcja tlenków żelaza aż do uzyskania metalicznego

żelaza: Fe

2

O

3

Fe

3

O

4

FeO Fe. Czynnikiem redukującym był węgiel i tlenek węgla

wydzielający się podczas spalania węgla drzewnego oraz powstały w wyniku rozpadu

dwutlenku węgla w reakcji Boudarda

16

. Żelazo powstałe w wyniku redukcji tlenków żelaza

nie ulegało upłynnieniu. Takiemu procesowi ulegała jedynie skała płonna czyli

zanieczyszczenia zawarte w rudzie żelaza, które topiąc się spływały do kotlinki. W ten sposób

w części szybowej pieca powstawała łupka żelazna czyli bryła zanieczyszczonego,

gąbczastego żelaza.

Żaden jednak z przeprowadzanych dotychczas eksperymentów nie doprowadził do

uzyskania efektów znanych nam z wykopalisk archeologicznych tzn. otrzymania bryły żużlu

całkowicie wypełniającej kotlinkę, nie zmieszanej z wytopioną łupką żelazną znajdującą się

nad tą bryłą. W rezultacie tych eksperymentów, fragmenty rudy dostawały się na dno pieca

podczas gdy sytuacja taka nigdy nie została zarejestrowana na wykopaliskach. W próbach

tych używano dmuchu sztucznego, jako że początkowe eksperymenty z dmuchem naturalnym

zakończyły się niepowodzeniem.

Wypracowany wówczas obraz przebiegu procesu dymarskiego został jednak przyjęty

w środowisku archeologicznym i w podobnej formie funkcjonuje do dzisiaj.

Przedstawioną budowę pieca oraz metodę wytopu przedstawił jako obowiązującą profesor

Kazimierz Bielenin w swojej pracy z 1974 r. będącej największą jak do tej pory monografią

hutnictwa świętokrzyskiego

17

.

Piec taki składać miał się z zagłębionej w ziemi kotlinki, o której kształcie i wielkości

informują nas znajdywane kloce żużla, będące niejako negatywami części podziemnej pieca.

Kloce te nie są w swojej budowie jednolite, w części górnej oraz po bokach mają one

strukturę litą. Ta część żużlowego kloca ma największy ciężar objętościowy. W części

środkowej mamy do czynienia z żużlem jednolicie porowatym, posiadającym odciski węgla

drzewnego. Natomiast dolna część żużla ma strukturę soplową tzn. widoczne są nieregularne

sople i nacieki. Osobną kategorią są tak zwane żużle spienione czyli lekkie, przypominające

swoją strukturą pumeks, fragmenty żużla o dużej zawartości SiO

2

. Miały one powstawać pod

16

M. Radwan. Rudy, kuźnice i huty żelaza w Polsce, Warszawa, 1963, s. 62-63

17

K. Bielenin, Starożytne górnictwo…, Warszawa, Kraków, 1974

wpływem wysokiej temperatury w strefie przyściennej szybu, jako efekt styku żużla

z glinianą wyprawą pieca.

Budowa pieca rekonstruowana była także na podstawie fragmentów glinianej polepy, które

podzielić możemy na:

- wyprawę ścianek kotlinki – jest to zwykle glina lub materiał ilasty, rzadko z domieszką

krótko ciętej słomy czy plew, nie widać na niej śladów ożużlenia ani zeszkliwienia.

Widoczne są natomiast czasami odciski płaskich drewienek którymi wygładzano

i formowano tą warstwę wyprawy

18

. Grubość wyprawy kotlinki wynosiła zwykle od 2 do 4

cm.

- „cegły” obudowy szybowej – fragmenty polepy o kształcie prostokątnych płyt, lub płaskich

cegieł, posiadające ślady zeszkliwienia. Spotykane są zarówno "cegły" duże o szerokości ok.

17 cm i długości powyżej 18 cm, jak i mniejsze o przeciętnych wymiarach 11 na 18 cm. Do

gliny, a raczej zaprawy na bazie lessu z której są zrobione, dodawana była obficie domieszka

organiczna: plewy, krótko cięta słoma oraz trawa. Zwykle posiadają one także pustą

przestrzeń, ślad po wypalonym podłużnym, płaskim drewienku. Miało ono usztywniać

konstrukcję szybu na etapie jego formowania. "Cegły" takie łączone ze sobą za pomocą

lessowej zaprawy stanowić miały wg Bielenina podstawowy budulec nadziemnej części

pieca

19

.

- wyprawa ściany szybu – fragmenty lessowej polepy użytej do uformowania wewnętrznych

ścian szybu. Podobnie jak "cegły", posiadały one obfitą domieszkę organiczną w postaci

plew, krótko ciętej słomy oraz trawy

20

.

W niektórych miejscach piece posiadały otwory którymi do środka miało dostawać się

powietrze. Otwory te widoczne są na znajdowanych fragmentach polepy. Innymi otworami

prawdopodobnie dostarczającymi powietrze do wnętrza pieca są kanały dokotlinkowe. O ich

istnieniu świadczą m.in. fragmenty żużli wypełniających te kanały. Otwory dmuchowe

znajdujące się w ścianach pieca, którymi powietrze dostawało się do środka, czy to przy

użyciu dmuchu naturalnego czy sztucznego, miały od 4 do 12 centymetrów średnicy.

21

Otwory dokotlinkowe (nie zawsze występujące) przez które powietrze dostawało się

do kotlinki miały od kilku do kilkunastu cm średnicy. Piece posiadały również kanały

poziome których istnienie potwierdza szereg zabytków w postaci odlewów żużlowych

18

K. Bielenin i M. Radwan, Badania nad starożytnym hutnictwem żelaza w rejonie Gór Świętokrzyskich w

latach 1956 i 1957, „Materiały Archeologiczne”, I, 1959, Muzeum Archeologiczne w Krakowie, s.

286, 291, 296,

304

19

K. Bielenin, Starożytne górnictwo..., Warszawa, Kraków, 1974, s. 72

20

K. Bielenin, Starożytne górnictwo..., Warszawa, Kraków, 1974, s. 72

21

K. Bielenin, Starożytne górnictwo..., Warszawa, Kraków, 1974, s. 72

wypełniających te kanały. K. Bielenin nie uwzględnił ich jednak w modelu rekonstrukcyjnym

pieca i nie uzasadnia w swoich pracach jaką mogły funkcje pełnić w budowie pieca

i prowadzonym w nim procesie.

22

Na podstawie wielkości i kształtu żużli wyróżniono kilka typów pieców

23

, generalnie jednak

zasada działania we wszystkich miała być taka sama.

Paliwem świętokrzyskich pieców dymarskich miał być głównie węgiel drzewny.

Świadectwem tego, oprócz obecności węgla drzewnego w kotlinkach i żużlach kotlinkowych,

są pozostałości mielerzy – obiektów do zwęglania drewna, znajdowane na stanowiskach

archeologicznych. Występowały one zarówno pojedynczo jak i większej liczbie. Znajdowały

się zwykle na stokach wzniesień w bezpośrednim sąsiedztwie piecowisk, w odległości od

kilkunastu do kilkudziesięciu metrów. Mielerze nie występowały jednak przy wszystkich

piecowiskach. Fragmenty węgli drzewnych pobranych zarówno z mielerzy jak i z kotlinek

zostały poddane badaniom, dzięki którym udało się zidentyfikować takie gatunki drzew

z których pochodziły. Przede wszystkim były to drzewa iglaste: sosna, jodła, modrzew,

świerk, a w mniejszym stopniu liściaste: topola, buk, dąb, wierzba i lipa. Jako uzupełnienie

węgla drzewnego stosowane było także drewno świeże

24

,czego potwierdzeniem są jego

fragmenty znajdowane w żużlach.

Wsadem takiego pieca miała być również prażona ruda żelaza układana w dymarce

naprzemiennie z warstwami węgla drzewnego. Miała ona mieć frakcję ok. 1cm co zapewniać

miało dużą powierzchnię reaktywną podczas redukcji. Rudą miałyby być dostępne lokalne

surowce: syderyty, hematyty i limonity

25

.

Koncepcja ta przyjmowana za obowiązującą w środowisku archeologicznym ma jednak

jedną podstawową wadę. Otóż na jej podstawie nie udało się do dnia dzisiejszego osiągnąć

rezultatów wytopu znanych nam z wykopalisk. Uzyskanie żelaza tą metodą jest oczywiście

możliwe, ale uzyskiwana żużlowo-żelazista bryła nie przypomina kloców żużla

wypełniających kotlinki pieców świętokrzyskich. U podstaw naszych niepowodzeń w tej

kwestii mogą stać dwie wykluczające się przyczyny:

1. rekonstruowana budowa pieca jest dobra, natomiast błąd tkwi w samym odtwarzaniu

procesie wytopu (przygotowanie rudy, sposób jej ułożenia, paliwo, dmuch)

22

K. Bielenin, Starożytne górnictwo…, Warszawa, Kraków, 1974, s. 73-74

23

K. Bielenin, Starożytne górnictwo…, Warszawa, Kraków, 1974, s. 80-85

24

M. Karbowniczek, Teoretyczne podstawy procesu metalurgicznego w starożytnych piecach dymarskich [w:]

50 lat badań nad starożytnym hutnictwem świętokrzyskim, Kielce, 2006

25

I. Suliga, Dotychczasowe próby rekonstrukcji starożytnego procesu metalurgicznego, [w:] 50 lat badań nad

starożytnym hutnictwem świętokrzyskim, Kielce, 2006

2. budowa starożytnego pieca i przygotowanie wsadu były zasadniczo inne, co z góry

skazuje wszystkie próby odtwarzania wytopu na przyjmowanym dziś modelu na

niepowodzenie.

Teorią bazującą na założeniu numer 2. jest koncepcja Marcina Marciniewskiego. Zmienia

zarówno budowę szybu pieca, preparację wsadu jak i sposób w jaki prowadzony był proces.

Podstawą budowy nadziemnej części pieca wg Marciniewskiego jest drewniany pień

oblepiony polepą, który w procesie ulega całkowitemu spaleniu. Jego obecność w procesie

stawiania pieca umożliwia budowę wysokiego szybu ( nawet 2,5 metrowego), o ściankach

polepy w górnej partii szybu o grubości 3-6cm - licznie znajdowanej w badaniach

archeologicznych

26

. Budowa podobnej wolnostojącej konstrukcji w oparciu o plastyczne

i cienkie "cegły" jest niemożliwa. Wysoki szyb umożliwia co najważniejsze uzyskanie efektu

kominowego, który zapewnia duży przepływ gazów przez palenisko pieca bez użycia

miechów. W takim piecu proces metalurgiczny jest możliwy przy tzw. dmuchu naturalnym do

którego aktualnie skłaniają się badacze starożytnego hutnictwa świętokrzyskiego

27

. Budowa

szybu oparta na koncepcji pnia pokrytego polepą jest w pełni zgodna z warsztatem

technologicznym kultury przeworskiej

28

. Należy podkreślić, że kształt szybu powstałego na

bazie wypalonego pnia różni się od dotychczasowego modelu obecnością zwężki szybowej

nad którą zachodzą główne procesy metalurgiczne w piecu. Jej obecność i działanie

umożliwia kilka kluczowych dla procesu funkcji:

 precyzyjne wyznaczenie i utrzymanie przez cały czas trwania procesu strefy

najwyższych temperatur w bezpośrednim kontakcie z rudą żelaza;

 uzyskanie fizycznej granicy osuwania się wsadu w dół pieca w miejscu do tego

najkorzystniejszym z punktu widzenia upłynnienia skały płonnej i redukcji tlenków

żelaza;

 uzyskanie odpowiednio dużej kinematyki dmuchu w centralnej części pieca

zapobiegającej zatykaniu szybu w strefie najwyższych temperatur w końcowej fazie

procesu;

 kontrolę temperatury wsadu przez odpowiednie otwieranie kanałów powietrznych,

dającą możliwość podziału procesu na etap długotrwałej redukcji i końcowego

szybkiego upłynnienia skały płonnej;

26

K. Bielenin i M. Radwan, Badania nad starożytnym hutnictwem żelaza w rejonie Gór Świętokrzyskich w

latach 1956 i 1957, „Materiały Archeologiczne”, I, 1959, Muzeum Archeologiczne w Krakowie, s. 280

27

S.Orzechowski, Zaplecze osadnicze i podstawy surowcowe..., s. 202

28

A.Michałowski, Budownictwo kultury przeworskiej, Poznań, 2011, s. 13-14

 fizyczną separację powstałej łupy żelaznej od kloca żużla i stworzenie realnych

warunków dla powstania tzw. strefy swobodnego krzepnięcia.

Preparacja rudy żelaza będącej podstawą rekonstruowanego procesu dymarskiego również

oparta jest na zupełnie nowym założeniu jakim jest wsad na bazie uzdatnionej śmietany

hematytowej ze złoża w Rudkach lub rudy wstępnie sproszkowanej, z których lepiono

kawałki/kształtki/bryły, których wielkość uniemożliwiała przedostanie się ich do kotlinki bez

wcześniejszego upłynnienia skały płonnej w nich zawartej. W badaniach archeologicznych,

w bezpośrednim sąsiedztwie warsztatów dymarskich odkrywano rudę

29

o składzie

chemicznym i pylastej frakcji najbardziej zbliżonym właśnie do śmietany hematytowej

30

.

Taka koncepcja zapewnia również dwa bardzo ważne warunki procesu: niemożność

przedostania się niestopionej rudy do kotlinki (odnaleziono w badaniach archeologicznych

jedynie plamy po niej na powierzchni zastygłego kloca żużlowego

31

) i zgromadzenie się rudy

w jednym miejscu w szybie, co w finalnym etapie procesu po odpowiednim jej podgrzaniu

jako całość jednorazowo zostaje upłynniona i odprowadzona do kotlinki wypełniając tym

samym postulaty metalurgów, którzy wnioskują o odrzucenie dotychczasowego procesu

rekonstrukcyjnego.

32

Przyjęcie przez M.Marciniewskiego pierwotnej tezy uznania złoża

śmietany hematytowej w Rudkach jako głównego zaplecza materiałowego dla starożytnego

okręgu hutnictwa świętokrzyskiego - do której skłaniali się M.Radwan

33

i J.Piaskowski,

odrzucanej później przez K.Bielenina

34

i aktualnie przez S.Orzechowskiego

35

- w świetle

nowej koncepcji budowy i rekonstrukcji szybu znajduje nowe uzasadnienie. Znajduje również

logiczne odniesienie do wniosków K.Bielenina, że pylaste hematyty, limonity i syderyty były

głównym celem urobku starożytnych górników kopalni w Rudkach w okresie wpływów

rzymskich

36

co jawnie kolidowało z jego własną teorią o znikomym zastosowaniu śmietany

hematytowej do procesów dymarskich

37

.

Połączenie zaś dwu lub więcej pieców w kaskadę i wykorzystywanie przepływu gazu

z jednego do drugiego wyznacza zupełnie nowy kierunek badań rekonstrukcyjnych

29

K. Bielenin, Starożytne górnictwo…, Warszawa, Kraków, 1974, s. 186-188, 216, 233, 237

30

S.Jaskólski, C.Poborski, E.Goerlich Złoże pirytu i rud żelaznych kopalni „Staszic” w Górach

Świętokrzyskich,Wydawnictwa Geologiczne Warszawa 1953r., s. 55 i 56

31

K. Bielenin i M. Radwan, Badania nad…, „Materiały Archeologiczne”, I, 1959, Muzeum Archeologiczne w

Krakowie, s. 297

32

I.Suliga, Dotychczasowe próby…[w:] 50 lat badań nad starożytnym hutnictwem świętokrzyskim, Kielce, 2006,

s.173

33

M. Radwan. Rudy, kuźnice i huty żelaza w Polsce, Warszawa, 1963, s. 22

34

K. Bielenin, Starożytne górnictwo…, Warszawa, Kraków, 1974, s. 98

35

S.Orzechowski, Zaplecze osadnicze i podstawy surowcowe..., s. 174

36

K .Bielenin, Starożytne górnictwo…, Warszawa, Kraków, 1974, s. 103, 122

37

K. Bielenin, Starożytne górnictwo…, Warszawa, Kraków, 1974, s. 98

zmierzający do wytłumaczenia bliskiego i zorganizowanego posadowienia wielu pieców obok

siebie. Być może śladami po takich połączeniach są właśnie odnajdywane w badaniach

archeologicznych odlewy kanałów poziomych, które jak wspomnieliśmy wcześniej nie

doczekały się interpretacji ze strony archeologów.

38

Należy sobie jednak zadać pytanie jak teoria ta współgra ze źródłami archeologicznymi i czy

tłumaczy interesujące nas zjawiska lepiej, czy gorzej, niż obowiązująca obecnie koncepcja

starożytnego procesu metalurgicznego.

Pierwsza wątpliwość, która może się nasuwać jest związana z tym, że piece typu

zagłębionego nie są czymś charakterystycznym tylko dla metalurgii świętokrzyskiej. Ślady

takich pieców odnajdujemy m.in. w Czechach, Danii czy w Niemczech

39

. Również tamte

piece rekonstruowane są w sposób podobny do koncepcji K. Bielenina. Czy możliwe jest aby

piece z Gór Świętokrzyskich były znacząco różne? A może wszystkie te rekonstrukcje są

błędne? Nieudane próby rekonstrukcji procesów dymarskich są przecież bolączką wszystkich

europejskich ośrodków badawczych

40

. Wydaje się, że różnice w budowie pieców mogły być

jednak obecne. Świadczyć mogą o tym chociażby piece dymarskie z Igołomii zbudowane

na konstrukcji drewnianej

41

. Nie są one bynajmniej potwierdzeniem koncepcji pieców

na gaz, ponieważ w tym przypadku drewno będące głównym paliwem dla pieca, ulega

całkowitemu wypaleniu i nie ma prawa zachować się jako znalezisko archeologiczne (brak

drewna na świętokrzyskich stanowiskach dymarskich jak najbardziej pasuje więc

do koncepcji M. Marciniewskiego). Stosowanie drewna jako materiału konstrukcyjnego

w budowie pieców dymarskich odnotowano również w Tarchalicach, Bogatynii nad Nysą

Łużycką, Chróścicach i Krzanowicach k/Opola, Czeladzi Wielkiej i Kietlowie (pow. Góra)

oraz w Mioniowie (pow. Prudnik)

42

. Badania archeologiczne pokazują, że w tamtym okresie

historycznym, na terenach dzisiejszej Polski istniały różne konstrukcje pieców, między

innymi takie łączące konstrukcję glinianą i drewnianą.

Przeanalizujmy jednak po kolei pozostałości procesu metalurgicznego znajdowane

na stanowiskach dymarskich w świetle różniących się teorii rekonstrukcji pieca i procesu

dymarskiego.

38

K. Bielenin, Starożytne górnictwo…, Warszawa, Kraków, 1974, s. 74

39

R. Pleiner, Piece typu zagłębionego na terenie Europy w okresie wpływów rzymskich [w:] 50 lat badań nad

starożytnym hutnictwem świętokrzyskim, Kielce, 2006

40

K.Bielenin, S.Orzechowski, 50 lat badań nad starożytnym hutnictwem świętokrzyskim, Kielce, 2006, s. 10

41

T. Reyman, Na śladach Rudnic. Igołomska „fabrica ferri” z okresu rzymskiego, „Z otchłani wieków” t. 21,

z. 4, 1952

42

K.Bielenin,,Dymarski piec szybowy (typu kotlinkowego) w Europie Starożytnej, "Materiały Archeologiczne",

XIV, 1973, Muzeum Archeologiczne w Krakowie, s. 28-40

1. Bryła żużlu. W tym miejscu koncepcja rekonstrukcji procesu wg M.Marciniewskiego

pokrywałaby się z obserwowanymi podczas wykopalisk znaleziskami. Mamy bowiem

pustą kotlinkę pieca, na dnie której mogą znajdować się jedynie kawałki węgla

drzewnego lub drewna do której nagle wpływa roztopiony na skutek gwałtownego

i wyraźnie zaakcentowanego etapu procesu, płynny żużel. Z powodu wysokiej

temperatury panującej w kotlince, żużel nie zastygał od razu ale pozostawał jeszcze jakiś

czas w postaci płynnej co umożliwiało połączenie się z zalegającymi na dnie kotlinki

kawałkami węgla drzewnego i drewna

43

.

2. Węgiel drzewny i drewno. Według koncepcji pieców gazowych, głównym paliwem

miałoby być nie tylko drewno i gaz drzewny ale także węgiel drzewny, nie dziwi więc

obecność mielerzy na stanowiskach dymarskich jak i obecność odcisków węgla

drzewnego, jego fragmentów, oraz kawałków i śladów drewna w bryłach stopionego

żużla

44

,

45

.

3. Wyprawa ścian kotlinki. Jest to jedno ze znalezisk również potwierdzających omawianą

koncepcję. Po co bowiem wylepiać ścianę kotlinki w konwencjonalnym piecu

dymarskim? Nie wydaje się aby cienka warstwa polepy mogła znacząco podwyższyć

temperaturę we wnętrzu kotlinki albo jedynie wzmocnić jej konstrukcję. Pasuje

to natomiast do sytuacji w której obawiano się niekontrolowanego dopływu powietrza

do kotlinki. W tym wypadku praca włożona przez budowniczych w uszczelnienie ścianek

kotlinki ma sens.

4. „Cegły”- kształtki. W przypadku tej kategorii znalezisk należy pamiętać,

że w budownictwie mieszkalnym kultury przeworskiej nie spotykamy typowych cegieł,

a glina służyła tylko do uszczelniania ścian drewnianych

46

. Czy to możliwe aby używano

wysuszonych wcześniej cegieł tylko do budowy pieców? Niewykluczone - w końcu były

to zupełnie różne dziedziny budownictwa. Przy budowie dużych obiektów używanie tego

typu budulca mogło być nieco kłopotliwe. Z resztą w naszej strefie klimatycznej, przy

prawie nieograniczonym dostępie do drewna, nie było potrzeby używania cegieł

do budowy domów. Jeśli jednak naprawdę używano wysuszonych wcześniej glinianych

kształtek, to jaka była rola drewnianych patyczków, których negatywy odnajdujemy

43

K. Bielenin i M. Radwan, Badania nad…, „Materiały Archeologiczne”, I, 1959, Muzeum Archeologiczne w

Krakowie, s. 286, 287, 298

44

K. Bielenin i M. Radwan, Badania nad…, „Materiały Archeologiczne”, I, 1959, Muzeum Archeologiczne w

Krakowie, s.

284, 286, 287, 292, 296, 308

45

K. Bielenin, Badania nad starożytnym hutnictwem świętokrzyskim w 1959 r., „Materiały Archeologiczne”, II,

1961, s. 156

46

A. Michałowski, Budownicto kultury przeworskiej, Poznań, 2011, s. 22

w „cegłach”? Czy rzeczywiście miały służyć do usztywnienia całości? Wydaje się to dość

wątpliwe, zważywszy, że negatywy pokazują, że patyczki te wystawały poza obręb

samej „cegły”. Pasowałoby to natomiast do sytuacji w której „surową” gliną oblepiano

drewniany szalunek/kołnierz, a patyczki służyły do doraźnego łączenia ze sobą i/lub

wzmacniania plastycznych, glinianych bloków.

5. Polepa, wyprawa ścian szybu. Fragmenty polepy z odciskami „belek drewnianych”

wystąpiły np. na stanowisku Kunów, w wykopie 5-tym

47

. Wydaje się jednak,

że znaleziska tego typu powinny być dużo częstsze, gdy tymczasem znajdowanych jest

wiele fragmentów polepy ze śladami zeszkliwienia i ożużlenia lecz bez odcisków

drewnianej kłody. Wysoka temperatura panująca we wnętrzu pieca mogła jednak zatrzeć

ślady drewna gdy polepa ulegała zeszkliwieniu i nadtopieniu.

6. Wielkość otworów szybowych, a także obecność poziomych kanałów pokrywa się

z rekonstrukcją pieca wg. M.Marciniewskiego. Proponowany przez K.Bielenina model

pieca, oprócz otworów dmuchowych nie posiada kanałów poziomych i nie przewiduje

obecności otworów szybowych o średnicy kilkunastu centymetrów mimo, że ślady

obecności obu z nich są obecne w odkryciach archeologicznych

48

.

7. Ruda żelaza. A właściwie jej brak. W końcu w klocach żużla znajdowane są zarówno

węgle drzewne jak i kawałki drewna, nie ma w nich nigdy fragmentów rudy. Występują

one natomiast w żużlach otrzymywanych podczas eksperymentów opartych o tradycyjną

budowę pieca. Brak rudy pasuje z kolei do koncepcji M.Marciniewskiego, jako, że ciężko

oczekiwać w kotlince pozostałości sproszkowanej rudy lub śmietany hematytowej

preparowanej jako większe bryły/placki, których wielkość fizycznie uniemożliwia

przejście przez zwężkę szybu do kotlinki.

Jak widać znaleziska archeologiczne nie tylko nie wykluczają, ale w wielu miejscach

potwierdzają omawianą teorię.

Podsumowanie

Mimo długoletnich badań nad starożytnym hutnictwem świętokrzyskim nadal skrywa ono

przed nami wiele tajemnic. Jedną z najważniejszych jest sama technika "wytopu" żelaza.

Dotychczasowe próby odtworzenia procesu metalurgicznego, na postawie obowiązującego

modelu budowy pieca, nie przyniosły rezultatów znanych nam z wykopalisk

47

K. Bielenin, Badania nad starożytnym hutnictwem świętokrzyskim w 1959 r., „Materiały Archeologiczne”, II,

1961, s. 157

48

K. Bielenin, Starożytne górnictwo…, Warszawa, Kraków, 1974, s. 73-75

archeologicznych. Warto więc zwrócić uwagę na koncepcję M.Marciniewskiego dotyczącą

pieców budowanych na bazie drewnianego pnia oblepionego polepą. Źródła archeologiczne

nie wykluczają jej, a "wytop" żelaza przeprowadzany przez M.Marciniewskiego tą metodą

daje rezultaty podobne do tych obserwowanych na wykopaliskach. Nie przesądzając o

prawdziwości tej teorii, trzeba przyznać, że odpowiada ona na wiele pytań i jest na pewno

ważnym krokiem w badaniach nad starożytną metalurgią żelaza. Przebieg prac badawczych

M.Marciniewskiego można na bieżąco śledzić na stronie internetowej www.hutnia.pl .

Agata Migdalska,

Kamil Niemczak