Metaller fortæller
Hvad har arkæologi og kemi med hinanden at gøre? - ikke så lidt, skulle det vise sig. Er det så noget, der kan bruges af gymnasieelever til at blive klogere i historie og kemi- eller mere alment dannede eller studieforberedte?- ja det troede vi nok. Det var i hvert fald den hypotese, vi i 2009-2010 ville afprøve sammen med Moesgård museum, som en del af et netværk mellem museer og gymnasier, der lyder det mundrette ord INTRFACE.
Samarbejdet var mellem Karen Kolding som historielærer med et bifag i arkæologi i bagagen, undertegnede som biologi-, kemi- og fysiklærer og museumsinspektør Lene Birgitte Mirland fra Moesgård museum. Vi ville dels bruge udstillingerne om Illerup Ådal og Grauballemanden , dels besøge konservatorafdelingen og den naturvidenskabelige afdeling på Moesgård. Derhjemme ville vil undervise i hver vores fag i de områder, der knytter sig dertil. Karen Kolding underviste i historie om mødet mellem den romerske og den germanske kultur og i historisk metode og jeg i kemi med noget om moser og metaller. (Billede 1)
Vi fik kontakt til konservator Anna Tjelldén , der viste sig at være en guldgrube i spændende vinkler på kemisiden af projektet. Anna arbejder med bevaringsforholdene i Illerup Ådal. Det var oprindeligt en lavvandet sø. Den er med tiden groet til og har gennemløbet et stadie af såkaldt lavmose, så den nu er en våd eng. Den var nær ved at blive drænet og opdyrket, hvis ikke det var for et kæmpemæssigt våbenfund fra romersk jernalder. Hvordan kan det være, at jerngenstandene er så velbevarede og hvordan sikrer vi det, der ligger derude endnu bedst muligt?
Til min forberedelse af undervisning om dette udstyrede Anna mig med artikler om termodynamiske parametre i fældnings- og redoxreaktioner, der med komplicerede diagrammer kunne godtgøre, at en bestemt kombination af højt indhold af hydrogencarbonat og phosphater, pH i området omkring neutral (hvilket er højt sammenlignet med andre moser), et lavt indhold af svovl og meget lavt indhold af opløst dioxygen bevarer jerngenstande. Der er mulighed for, at jerngenstandene korroderer lidt i overfladen, men den dannede jern(II) bindes i en glat hinde af jern(II)carbonat. (Siderit). De forskellige mulige ligevægtes beliggenhed gør dette til en sjælden begivenhed.
Alle eleverne hører jo om, hvordan aluminium beskyttes af alumiumoxid, så vi kan sammenligne med det og almindelig rustdannelse i tilstedeværelse af ilt på c og b niveau. Andre kilder fortæller om, at jern i jorden kan beskyttes af jern(II)phoshater (vivianit). Det giver genstanden et blåt skær, når det udsættes for luft, og det er ikke bestandigt efter opgravning. Metalfund med disse phosphatholdige beskyttende hinder er særlig almindelige ved byudgravninger fra middelalderen, hvor man mener, det er genstande tabt i og ved latrinkuler (velbekomme). De er beskyttede af phospaterne fra afføring og de anaerobe forhold på grund af den enorme mikrobielle aktivitet.
Grauballemanden er ikke Annas eget forskningsområde- men da eleverne var på besøg, havde hun sat sig grundigt ind i kemien omkring ham også, og jeg var blevet forsynet med spændende artikler med helt andre kemiske toner. Han er fundet i en højmose- en helt andet slags mose, der allerede i keltisk jernalder var en dyb sphagnumdomineret vandmættet svamp, der blev udnyttet til opgravning af brændsel. Højmosen giver enestående gode bevaringsforhold for organisk stof- smør og fisk kan holde sig friske i umindelige tider, og der eksempler på, at man har brugt nedsænkning i moserne som en slags spisekammer. Hvorfor nu det- det er ikke bare de anaerobe og sure forhold (pH 2-4), for sådan er der f.eks. også i tykmælk, hvor der jo er livlig mikrobiologisk aktivitet?
Man mener holdbarheden skyldes kulhydratet sphagnan, det ligner glukose, men med syregruppe på carbon 6 og keton på carbon 5 . En sådan alpha-keto syre er mere tilbøjelig til at danne maillardreaktioner med aminosyrer,reaktioner, som vi ellers kun ser ske ved høj temperatur. De er jo ansvarlige for dannelse af den lækre brune stegeskorpe på honningmarineret grillkød og den brune skorpe på hjemmebagt franskbrød penslet med æggehvide. Desværre er reaktionsskemaerne for Maillardreaktionerne ikke spor nemme at gå til, og de tog pippet fra både mine kvikke b-niveau elever og mig selv. Men der er altså forslag om, at der i mosen sker nok af den slags reaktioner til at binde næringsioner og krydsbinde bakteriernes proteiner, så de forhindrer mikrobiel nedbrydning. Stoffet sphagnan udskilles efter nogle forskeres rappporter fra levende sphagnumplanter.
Man kunne let her fortabe sig i Maillardreaktionernes nutidige betydning i sundhed, sygdom og gastronomi, men vi var på jagt i fortiden. Bevaret er Grauballemanden jo, og den mere moderne historie om, hvordan han nu stadig er bevaret efter 65 år over jorden, er en anden meget spændende historie, som Anna fortalte, mens vi sad ved montren, og eleverne lyttede intenst. Vi hørte om fortsat garvning, lidt som var han en Gucci-taske, med egebark og tyrkisk rødolie i flere år, modellering, der gjorde ham til et smukt lig og fjernede de værste spor efter en støvle i udgravningsfeltet- det er en dramatisk beretning, der kan tilgås fra mange vinkler. Vi forstod det dilemma, man havde i Århus i fyrrene. Kemien hvad vil det egentlig sige at garve osv, blev antydet undervejs og er endnu et spændende område, som vi ikke tog så meget op – men det kommer måske nu til sidst i kemiB-forløbet.
Vi var på en meget spændende guidet tur i naturvidenskabelig afdeling og konserveringafdelingen på Moesgård. Eleverne spurgte f.eks. ” Hvad ville I gøre, hvis I fandt Gravballemanden i dag?” Og fik et meget kvalificeret svar.
Så kemi er der nok af. (Og fysik og biologi, hvis det var det, man ville arbejde med). Kan eleverne magte det- og bruge det? Jeg valgte at gå mest i detaljer med Illerup Ådal fundene, fordi redox- og fældningskemi trods alt var lettere end polymerkemien. Da vi kom hjem fra besøget, skulle eleverne selv opstille et lille modelforsøg, der kunne illustrere korrosionstilbøjeligheden for jern ved forskellige betingelser. Da der jo er mange kombinationsmuligheder, lavede vi et matrixforsøg, hvor vi brugte små kugler af sammenrullet ståluld, 4 x6 hullers titerplader og varierende koncentration af phosphatbuffer langs den ene side og koncentration af natriumhydrogencarbonat langs den anden side. De skulle selv stille op, beregne fremstillingen af buffer ved et ønsket pH og kontrolforsøg med og uden låg (vores primitive efterligning af med og uden ilt) og selv komme i tanke om at rent vand som kontrol nok også var en god ide. Så stillede vil pladerne væk, mens vi havde SRP og juleferie. (Billede 2)
Det var spændende at lukke pladerne op efter fem uger(se foto), men knap så spændende at spørge til journalerne. ”Heldigvis” havde vi åbenbart valgt så høje koncentrationer at alle kombinationer på nær kontrollen havde beskyttet vores ståluld, (ikke rustfarvede) og godt for det, for eleverne kunne overhovedet ikke gøre rede for, hvor der var hvad eller hvilke koncentrationer, der var tale om.
Havde de så lært noget: Ja det synes jeg - de havde lært en masse teori, set en spændende anvendelse af naturvidenskab og lært (måske?) – på den hårde måde om ”kernen i videnskabens væsen
Vi lavede også et modelforsøg, der skulle illustrere spagnums bevarende egenskaber. Det bestod i opslemmet tørveklin ( indkøbt i Plantorama) med tilsat frisk fasanfod og som kontrol : acetatbuffer med samme pH (4,2) med den anden fod i to helt fyldte, lukkede syltetøjsglas. De blev åbnet i stinkskabet i biologilokalet efter de samme 5 uger og hældt ud i dissektionsbakker. Vi så på genkendeligheden af fasanfoden og noterede os lugten. Jeg turde ikke lade eleverne håndtere det nærmere af mikrobielle årsager. Fasanfoden fra spagnumglasset (til venstre) lugtede som syltet rødkål, kødet var som kogt i konsistens, men senerne faste. Foden i kontrolglasset (til højre) lugtede som rådden tand, kødet var mere slimet og havde bløde sener. (billede 3)
Som stunt og opmærksomhedsskaber fungerede det efter hensigten – især har jeg fået mange forepørgsler på, hvordan det kan være, at der lige var friske fasanfødder i biologilokalet. Kemiudbyttet var meget begrænset.
I dette skoleår har vi haft fysik og historie i en fælles 1.g klasse, og der har vi fokuseret mere på C-14 datering og dets problemer. Måske har andre lyst til at bruge konceptet i fysik, kemi eller bioteknologi. Det kunne være et AT forløb, eller ”bare” parallelt arbejde med fælles ekskursion til Moesgård. Indtil videre er de begejstrede derude, men vi trækker meget på naturvidenskabelig afdeling. Med de trange pladsforhold de har, var der en formiddag, hvor det hele handlede om os, så fremtidige besøg bliver med inddragelse af konservatorafdeling og naturvidenskabelig afdeling på en lidt anden måde- og så ser de frem til det nye museum med gode lokaleforhold til aktive undervisningsbesøg.
