Middelalderens superlim: bruk av lim under byggingen av Stavanger domkirke

Under den siste restaurering av Stavanger domkirke dukket det opp noen nye funn i kirkebygget som hittil ikke har vært registrert. Det ble oppdaget at en lim basert på tjære hadde blitt brukt til å lime stein under den gotiske byggeperioden av domkirken. Denne spennende oppdagelsen av tjærelim har lært oss nye ting om material- og teknologisk kunnskap i middelalderen, og åpner opp muligheten for fremtidig bruk innen konservering og kulturminnevernet. 

Stavanger domkirke er Norges best bevarte og mest autentiske middelalderkirke i stein. Domkirken ble bygget på begynnelsen av 1100-tallet, da bispesetet ble etablert. Det romanske skipet er fra denne første byggeperioden, mens i løpet av 1200-tallet gjennomgikk domkirken en gotisk byggefase hvor det nye koret og tårnene ble bygget. Steinfasadene består av bruddstein, mens kleberstein er brukt til alle dekorative steinelementer.

Fra 2016 har Arkeologisk museum (UiS) jobbet med restaurering av domkirken, som en del av restaureringsprosjektet Domkirken 2025. Restaureringen ble ferdig til byens 900-års jubileum i 2025. Håndverkere har brukt tradisjonelle materialer og håndverksteknikker for å bevare strukturen, autentisiteten og integriteten av bygningen slik at den skal bestå videre inn i fremtiden. 

Et funn med store konsekvenser 

I løpet av restaureringen har konservatorer og forskere brukt mye tid på detaljerte tilstandsvurderinger av steinveggene. Disse undersøkelsene dannet grunnlag for forståelsen av bevaringsforholdene, og den videre planleggingen av tiltak som var nødvendig for å ta vare på kirken fremover.  

Under en av tilstandsvurderingene på en av domkirkens fasader ble det, en kald vinterdag, oppdaget en noe uvanlig metode å feste en stein på. Oppdagelsen skjedde da en liten stein i et av vinduene løsnet i forbindelse med fjerning av en sementfuge. Da vi snudde steinen, ble det synlig et svart belegg på baksiden av steinen. Denne type materiale var helt ukjent og hadde ikke tidligere blitt registrert på domkirken. Det ble derfor utført nærmere undersøkelse av steinen. Basert på undersøkelsene i mikroskopet, ble hypotesen at dette var en historisk limreparasjon. 

Etter denne første oppdagelsen, ble det etter hvert identifisert flere hundre eksempler på limreparasjoner i de gotiske delene av domkirken. Disse ble registrert både på innsiden og på utsiden av domkirken. Det var svært overaskende å oppdage at limet ble brukt jevnlig under den gotiske byggeperioden, og at den ikke stammet fra et senere tidspunkt. Denne oppdagelsen av limreparasjoner kan hjelpe oss å avdekke noe av den glemte håndverkskunnskapen som er skjult i de historiske steinmurene.  

 

Karakterisering og datering av limet 

I første omgang var det viktigst å finne ut hva limet som ble brukt på Stavanger domkirke bestod av. Flere små prøver av limet fra forskjellige områder av katedralen ble sendt til analyse og radiokarbondatering. 

Det ble utført detaljert karakterisering av det organiske og uorganiske innholdet i prøvene. Materialet ble identifisert som en kompleks blanding, hvor hovedingrediensen var tjære laget av furu. I tillegg består limet av andre stoffer som bivoks og uorganiske tilsetningsstoffer eller fyllstoffer. Bivoks ble trolig tilsatt for å modifisere egenskapene, ettersom bivoks fungerer som mykningsmiddel og forhindrer sprøhet.  

Neste spørsmål å besvare var da å finne ut når denne limen ble brukt til steinreparasjoner på Stavanger domkirke? Ut fra konteksten i veggene ble det antatt at limet ble brukt under middelalderen, men kunne radiokarbon datering bekrefte dette? 

Det var veldig spennende å få bekreftet at trærne som tjæren ble laget av hadde en kalibrert dato mellom 1027 og 1217 etter Kristus. Det betyr at vi faktisk hadde avdekket et lim fra middelalderen! Ved datering av tretjære må en ta hensyn til «gammel ved»-effekten, siden eldre trestubber anses som egnet for tjæreproduksjon. Dermed gir denne dateringen oss en tidligst mulig datering av bruk av limet til 1217. Det betyr at limet ble brukt under byggingen av det nye gotiske koret på 1200-tallet, og at steinreparasjonene dermed er 700 år gamle. 

Tjærelim til steinbygning i middelalderen 

I middelalderen var skogen en viktig kilde til råvarer, inkludert tømmer og andre biprodukter som tretjære. Tjære produseres fra destruktiv destillasjon av harpiksholdig tre, og er en kompleks blanding av hydrokarbonforbindelser. Harpiksholdige furustubber brukes vanligvis i Skandinavia for å produsere tjære. Den tradisjonelle destillasjonsprosessen involverer enkle miler med et kontrollert brenningssystem som skaper et miljø med lavt oksygen innhold. Furu er et harpiksholdig bartre, og det brukes eldre trestubber da disse inneholder store mengder harpiks. Først konstrueres en enkel mil. Det oppkuttede og tørkede veden stables tett, dekkes med torv og tennes. Brenningen tar mange timer. Tjæren renner ut gjennom en åpning til en oppsamlingsbeholder. 

Tjære har blitt brukt mye gjennom forhistorien, både som lim, fugemasse og beskyttende lag. Vi vet at neandertalere brukte bjørketjære som lim på flintverktøy for mange tusen år siden. Bruken av milebrent tretjære i Skandinavia har vært utbredt og særlig i middelalderen ble det brukt mye tjære til overflatebehandling av stavkirker og andre trebygninger. Denne tjærebreing av stavkirker beskytter mot sol og vær. Tjære ble også brukt innen skipsbygging, både som beskyttende overflatebehandling og som fortettingsmasse. I nyere tid har den tradisjonelle bruken av milebrent tjære som overflatebehandling igjen økt som en del av det moderne kulturminnevernet.  

Til tross for omfattende arkeologiske bevis på flere bruksområder av tjære gjennom historien, har tjære som lim på stein ikke blitt forsket på tidligere. Likevel ser det ut til at tjære ble brukt mye under den gotiske byggeperioden av Stavanger domkirke. Dette er imidlertid ikke kun et lokalt fenomen. Forskningen vår viser at denne type steinlim ofte ble brukt i middelalderen i hele Nord-Europa, ikke bare i Norge. Vi har blant annet identifisert eksempler på tilsvarende bruk både i Storbritannia og i Tyskland. Dette viser at det er et omfattende kunnskapshull om steinlim som nå må fylles av forskningen vår og vi skal derfor kartlegge og analysere steinlim brukt på flere nordeuropeiske katedraler i løpet av de neste årene. 

Nye oppdagelser om Stavanger domkirkes bygge metodikk  

Når en undersøker reparasjonene på Stavanger domkirke, er det tydelig at limet ble brukt på flere ulike måter. Et bredt spekter av skader og endringer som oppstod under byggeprosessen ble reparert med denne limen. Dette gir oss et unikt innblikk i tilnærminger til steinreparasjon i middelalderen. 

Sprekker i stein, alt fra noen millimeter til en halv meter i størrelse, ble reparert med lim. Limen ble brukt til å feste steinreparasjoner eller innfellinger der skadet stein måtte restaureres under byggeprosessen. Toppen av hodet til et utskåret steinhode ble festet med lim før utskjæringen og hele steinblokker i korets hvelvede tak ble satt inn med denne middelalderlimen. 

Den omfattende bruken av lim på Stavanger domkirke i middelalderen kan indikere at steinbruddet til Stavangerkleberen kanskje nærmet seg å gå tomt. Det betyr at tilstrekkelige mengder store høykvalitets steinblokker ikke lenger var tilgjengelig. Heldigvis hadde middelalderens håndverkere solid materialkunnskap til å kunne utnytte egenskapene til tjære og gjøre den om til et kraftig lim. 

Gitt at disse reparasjonene har motstått tidens tann i 700 år, reiser det spørsmålet hvorfor denne flotte teknologien har gått tapt. Våre studier av den historiske bruken av lim til steinreparasjon kan kaste lys over den tause kunnskapen brukt av håndverkerne under den gotiske byggeperioden. Stein med slike limreparasjoner gir innsikt i arbeidet til håndverkere i middelalderen, og demonstrerer omfattende materiell bevissthet. 

Nye alternativer til syntetiske lim? 

Denne gjenoppdagede historiske teknikken har et betydelig potensial, ikke kun ved å lære oss om middelalderen, men også for videre moderne bruksområder. Den kan hjelpe oss å håndtere den nåværende mangelen på egnede steinkonserveringslim utover syntetiske limprodukt som epoksy og polyester. Oppdagelsen har ført til oppstarten av et stort forskningsprosjekt som skal undersøke historisk og mulig fremtidig bruk av middelalderlim innen kulturminnevernet. Prosjektet heter «Sticking Stones», eller liming av stein på norsk, og er finansiert av Norges Forskningsråd (2024 – 2028, prosjekt nr. 344868). Forskningsprosjektet undersøker muligheten for å utvikle et alternativt steinlim basert på det naturlige skogproduktet furutjære.  

Limet på Stavanger domkirke har motstått flere århundrer med barskt kystklima og viser at middelalderske håndverkere laget en kompleks blanding som ga gode resultater over tid. Prosjektets forskere er i gang med å undersøke sammensetningen av limet gjennom omfattende materialundersøkelser. Dette kommer til å gi svar på blandingsforholdet av de ulike bestanddelene i limet. Resultatene fra flere steinbygninger vil bli sammenlignet med dokumenterte historiske oppskrifter, for å så gjenskape et lim med det beste blandingsforholdet av furutjære og andre tilsetningsstoffer. 

Den gjenskapte limen testes i laboratoriet, og sammenlignes med syntetisk lim. Deretter skal limet testes i praksis av håndverkere. Vi tar sikte på å minimere miljøpåvirkningen ved å redusere avhengigheten av syntetiske lim og heller tilby produkt basert på naturlige materialer. Sluttproduktet vil også være i tråd med prosessuelle autentisitetstilnærminger bygget på tradisjonell håndverkskikk og historiske teknikker.  

Hva kan vi lære av håndverkerne i middelalderen for å bevare kulturarven vår i dag? Det er viktig å lære av fortiden når vi leter etter nye løsninger for konservering av den bygde kulturarven. Ved å gjenoppdage den glemte kunnskapen om steinlim, tar vi sikte på å lage andre alternativer til syntetiske lim, til bruk ved steinreparasjoner.  Ved å forske på middelalderteknikker og materialer ønsker vi å utvikle metoder for å bevare våre kulturminner i stein videre inn i fremtiden.