Mimo, iż z eksperymentalnymi wytopami żelaza z pieców dymarskich mieliśmy już bardzo często do czynienia na różnych imprezach, głównie na Dymarkach Świętokrzyskich odbywających się corocznie w Nowej Słupii, do tej pory nie było wiadomo do końca jak starożytni dymarze wydobywali z nich ten cenny niegdyś metal. Niespodziewany przełom nastąpił 11 listopada br, kiedy to polskim archeologom udało się dotrzeć do tajemnicy, nad której rozwikłaniem pracowano tyle lat.
Ważnym faktem jest, iż na początku dziejów naszej ery w Górach Świętokrzyskich znajdowało się największe zagłębie hutnicze na terenie Europy Środkowo – Wschodniej. Pracowało w nim ok. 700 tys. pieców dymarskich. Na obszarze świata antycznego (grecko – rzymskiego) przeważał piec dymarski typu stałego w różnych odmianach, natomiast na terenie Europy Środkowo – Wschodniej i Środkowo – Północnej – typu doraźnego. W rejonie Gór Świętokrzyskich występowały dwa rodzaje warsztatów dymarskich różniące się od siebie organizacją pracy i wielkością produkcji: warsztaty tzw. nieuporządkowane z małą ilością pieców w układzie przypadkowym oraz warsztaty uporządkowane z dużą ich ilością w układzie dwóch grup lub równoległych ciągów z szeregami trójek, czwórek lub piątek pieców. Świętokrzyski ośrodek produkcji działał w oparciu o własne złoża eksploatowane sposobem głębinowym i odkrywkowym. Z północnej strony Góry Chełmowej, na terenie dzisiejszych Rudek, istniała kopalnia z szybami o głębokości do 25 metrów i siecią odbudowanych chodników. Eksploatowano tam złoża hematytu, limonitu oraz syderytu. Kopalnia ta, jak ustalono na podstawie analiz drewna pochodzącego z odbudowy chodników, działała w II w n.e. i jest najstarszym znanym tego typu obiektem w Europie poza granicami Imperium Rzymskiego.
Do naszych czasów po piecach i wytopie żelaza zachowały się jedynie pozostałości po nich oraz liczne charakterystyczne kloce żużla, odnajdywane w przeróżnych wielkościach. Zarówno część pieców jak i wspomniane żużle można zobaczyć w Muzeum Starożytnego Hutnictwa w Nowej Słupii, mieszczącym się na ulicy Świętokrzyskiej, tuż za nowo otwartym Centrum Kulturowo – Archeologicznym.
Pozostałości po piecach dymarskich w Muzeum Starożytnego Hutnictwa w Nowej Słupii
Kloce żużla pozostałe po wytopie
Fragment ścianki z górnej części pieca
Masowe odkrycia pozostałości po wytopach rozpoczęły się w latach 50. XX wieku i wtedy właśnie zaczęto zastanawiać się nad tajemnicą wytopu i zarazem podjęto jego próby. Początkowo były one bardzo nieudolne. Archeolodzy nie mieli żadnych śladów, podpowiedzi, jak powinien wyglądać ów piec. Kolejne odkrycia również niewiele wnosiły. Kiedy po raz pierwszy udało się go zrekonstruować, uzyskano w nim temperaturę zaledwie 500 stopni C, o ok. 750 stopni za mało, by móc z niego uzyskać żelazo.
Jednak podczas tego przełomowego doświadczenia, które miało miejsce trzy tygodnie temu, udało się uzyskać ok. 9 kg żelaza z 50 kg rudy. Warto dla porównania dodać, że z wcześniejszych wytopów, do których potrzeba było od 30 do 40 kg rudy, otrzymywano raptem kilkaset gramów żelaza o słabej jakości.
Lata doświadczeń prowadzonych przez archeologów z Muzeum Archeologicznego w Krakowie i naukowców z AGH udało się ustalić jak wyglądał piec dymarski przed 2 tys. lat. Jak tłumaczy dr Szymon Orzechowski, archeolog i członek Świętokrzyskiego Stowarzyszenia Dziedzictwa Przemysłowego z siedzibą w Kielcach, piece z regionu Gór Świętokrzyskich były jednorazowego użytku. Składały się z kotlinki w formie wykopanej z ziemi owalnej jamy o średnicy ok. 50 cm. Część nadziemną stanowił szyb wykonany z kształtek z lessu z domieszką krótko ściętej słomy. W dolnej części szybu znajdowały się otwory, które odprowadzały powietrze do wnętrza pieca. Jego wysokość zależała od rodzaju zastosowanego dmuchu, ale nie przekraczała 170 cm. Do uzyskania żelaza potrzebne były trzy składniki: ruda żelaza i węgiel drzewny w proporcji 1:1,5 oraz powietrze. Jak wskazują badania doświadczalne, w części szybowej pieca miał miejsce proces redukcji bezpośredniej, w którego konsekwencji, w okolicach otworów dmuchowych tworzyła się gąbka metalicznego żelaza zwana łupką. Do kotlinki spływał żużel, będący produktem ubocznym procesu. Czas wytopu mógł wynosić nieraz kilkanaście godzin i po jego zakończeniu rozbierano część szybową pieca, skąd wyjmowano łupkę. Uzyskany produkt dopiero przez wielokrotne obtapianie i przekuwanie doprowadzono do postaci kowalnego kawałka żelaza zdatnego do wyrobu narzędzi lub broni. Każdy, to jest ciekawy tego zjawiska, może go zobaczyć co roku na Dymarkach Świętokrzyskich na terenie Piecowiska.
Podczas dotychczasowych eksperymentów największym problemem było oddzielenie żelaza od żużla. Wymieszanie obu składników podczas wytopu nie nadawało się potem do obróbki, gdyż uzyskiwano produkt zawierający 10-20 procent żelaza i 80-90 procent żużla. Naukowcy próbowali na różne sposoby. Wypełniali kotlinkę słomą lub drewnem, robili rusztowania z patyków. Ta ostatnia metoda sprawdzała się do czasu, aż konstrukcja się przepalała i cały wsad wpadał do kotlinki. Problem leżał właśnie w żużlu. Odkrył to dr Adrian Wrona, który przeprowadził w ciągu trzech lat ok. 30 wytopów i zauważył, że żużel ma być właśnie czynnikiem chroniącym żelazo przed utlenianiem, a nie jedynie odpadem produkcyjnym. Badacz, aby dojść do jakichkolwiek wniosków, próbował nawet wytopu w piecach innych niż świętokrzyskie. Stwierdził, że należy utrzymać wsad i tworzące się żelazo ponad kotlinką. W tym celu wypełnił ją węglem drzewnym, co miało umożliwić powolne spływanie płynnego żużla do kotlinki, „który zastygając, tworzy tym samym swego rodzaju konstrukcję ażurową „rusztowania”, na którym opiera się powstająca nad nim łupka żelaza”. W efekcie tworzące się żelazo jest utrzymane na właściwym poziomie. „Gdy na poziomie wlotu powietrza jest już dostatecznie dużo płynnego żużla i zredukowanej rudy, kotlinkę trzeba rozszczelnić, a żużel do niej spłynie”.
Eksperyment udało się powtórzyć kilkakrotnie. Jeden z nich przeprowadzono w październiku z Muzeum Przyrody i Techniki w Starachowicach podczas I Seminarium Dymarskiego. „W efekcie powstała w pełni zgodna ze źródłami archeologicznymi autorska metoda uzyskiwania żelaza w piecu kotlinkowym typu świętokrzyskiego. Otrzymano łupki, które w ok. 90 proc. składają się z żelaza i nadają się do obróbki przez kowala!” – mówi Andrzej Przychodni, archeolog i wiceprezes Świętokrzyskiego Stowarzyszenia Dziedzictwa Przemysłowego. Teraz pozostało jeszcze uzgodnić złoża, z których korzystali starożytni hutnicy.
Odkrycie to jest niezwykle ważne dla polskiej starożytnej metalurgii. Kilka rzeczy należy jeszcze sprawdzić, ale opracowanie po ponad 50 latach badań prawidłowego schematu wytopu jest nie lada sukcesem i na pewno zapunktuje w wiedzy na temat polskich dymarek.
Agnieszka Kozera
Zdjęcia: własne
Archeologia 