background image

GEOLOGICA CARPATHICA,  49, 1, BRATISLAVA,  FEBRUARY 1998

61–70

IRON AGE SLAGS AT SNORUP (DENMARK):  MAGNETIC

PROSPECTING, MODELLING, RECONSTRUCTION AND DATING

NIELS ABRAHAMSEN

1

, UWE KOPPELT

1,2

, BO HOLM JACOBSEN

1

,

TATYANA SMEKALOVA

4

 and OLFERT VOSS

3

1

 Department of Earth Sciences, Aarhus University, Denmark

2

 Institute of Geophysics & Geology, University of Leipzig, Germany

3

 National Museum, Copenhagen, Denmark

4

 Physics Institute, St. Petersburg University, Russia

(Manuscript received March 18, 1997; accepted December 11, 1997)

Abstract: A description of the archaeological reconstruction of iron production (100 to 700 AD) based upon bog-iron

ore and charcoal in Denmark during the Iron Age is given, the total number of furnaces being of the order of 100,000.

Examples of magnetic prospection for slags in general and in more detail, including simple interactive interpretation

by inclined magnetic dipoles (spheres) are illustrated. Finally the mean magnetic remanent direction determined by a

paleomagnetic study of oriented cores from three slag pits, as well as by magnetic inversion of the surface magnetic

field from the same slag pits, is used to obtain a magnetic dating of the slag pits by comparison with the geomagnetic

secular variation, suggesting that the mean age of the slag pits is between the 2nd and 5th centuries AD.

Key words: Iron Age, Denmark, iron production, slags, magnetic prospecting, magnetic modelling, magnetic secular

variation, magnetic dating, archaeomagnetism.

Introduction

Denmark  is  rather  poor  in  natural  resources  such  as  black

coal  and  iron-ores  for  modern  industrial  production,  but

bog-iron ore occurs widely just below the soil as thin, com-

pact layers typically 0.1 to 1 m thick. Mostly during the Ho-

locene the bog-iron ore has been segregated by geochemical

redox processes in the circulating groundwater, and occurs

especially in the sandy plains in Jutland west of the limit of

the  last  glaciation  (Christensen  1966).  Bog-iron  ore  has

been exported to some extent (about 1 mill. tons ore in the

period  1951–1960;  Christensen  1966),  but  today  bog-iron

ore is not smelted in Denmark.

However, local production of metallic iron has earlier oc-

cured  in  Denmark,  mainly  between  about  the  2nd  century

BC and 1300 AD (Voss 1993a,b). The production was quite

intense  in  some  periods  (Nielsen  1924;  Mortensen  1940),

being based upon the locally occurring bog-iron ore and lo-

cally  produced  charcoal.  Especially  in  SW  Jutland  more

than 50 locations with slag-pit furnaces have now been lo-

calized, and the total number of furnaces is estimated to be

around  100,000.  With  a  production  of  some  40–50 kg  of

metallic iron from each pit, the estimated total production of

metallic  iron  amounts  to  some  4–5000  tons,  mostly  from

prehistoric time (Voss 1993a).

The kilns were usually destroyed immediately or shortly

after the production, but the vestiges of the iron production

are still often well preserved as slag pits. Pits, which have

not  been  disturbed  or  broken  up  by  the  farmers  during

ploughing, are situated just below the soil, the slag pit sur-

face being typically some 0.4–0.5 meter below the present-

day soil surface. The weight of the undisturbed slag pits are

typically 200±100 kg, and as the slags are strongly magnet-

ic  due  to  the  high  content  of  iron-oxides  (which  were  not

successfully reduced to metallic iron), it is an easy target to

locate by means of a detailed magnetic survey.

Magnetic  surveying,  a  standard  geophysical  tool  in  geo-

logical  mapping  and  prospection  (Sharma  1974),  has  been

used  in  archaeology  since  about  1960  (e.g.  Aitken  1961;

Linington 1964). In Denmark it has been in use since 1964

for mapping of iron-age slag pits, medieval brick-kilns and

other old constructions (Abrahamsen 1965, 1982; Abraham-

sen & Breiner 1993; Smekalova et al. 1993a,b, 1996; Bevan

& Smekalova 1996; Koppelt et al. 1996; Moller et al. 1996;

Abrahamsen et al. 1997).

The purpose of the present communication is to describe

some detailed magnetic surveys for iron-age slag pits in the

Snorup area in Jutland, to present a simple magnetic model-

ling tool, to date the slag pits magnetically, and to compare

the magnetic findings with the facts as interpreted by means

of archaeological excavations.

Iron production at Snorup: reconstruction

and smelting technique

The distribution of shaft furnaces known in Europe from

the Iron Age is illustrated in Fig. 1.

Snorup  is  one  of  these  iron-producing  areas,  situated  in

Denmark  in  SW  Jutland  (Fig. 2),  comprising  23  or  more

smelting sites with remains of slag-pit furnaces dating from

the period 100–700 AD (Voss 1993b). The amount of iron

produced in prehistoric time may rank this area among the

more important prehistoric iron production areas in Europe.

Excavations  over  the  years  in  SW  Jutland,  and  most  re-

cently especially in the Snorup area (Fig. 3), have revealed

background image

62                                                      ABRAHAMSEN, KOPPELT, JACOBSEN, SMEKALOVA and VOSS

details of the original construction of furnaces, as well as of

the smelting process itself.

The iron production process reconstructed is demonstrat-

ed in details in Fig. 4 (color photos of various details may

be found in Voss 1993b). Full scale experiments with a re-

construction  of  this  type  of  furnace  have  been  promising

and have contributed to the credibility of the reconstruction.

The slag production process by means of bog-iron ore and

charcoal are as follows (Fig. 4). A: The hole for the slag-pit

is first dug and stuffed with straw, preventing the charcoal

and ore in the 1.2 m high kiln from falling down. Fresh air is

supplied via small holes at the base. The glowing charcoal

develops  CO-gasses,  which  reduce  the  iron-oxides  to

spongy metallic iron, filling holes in the slag. B: When the

iron-sponge  sinks  down  to  the  zone  with  a  temperature  of

1200–1300 

o

C just above the air-holes, the slag smelts com-

pletely and runs down, being stopped at first by the straw.

C:  Some  times  later  the  weight  of  the  accumulating  liquid

slag compresses the straw, and runs down in the hole, solid-

ifying immediately to a thin plate. D: Now the kiln has been

heated  so  much,  that  the  liquid  slag  produced  sequentially

does not crystallize in the upper part of the kiln in contrast

to  the  metallic  iron,  which  (having  a  higher  smelting  tem-

perature) is typically caught at the sides just under the air-

holes. In the reconstruction experiment (Voss 1993b), con-

tinuous  heating  for  48  hours,  during  which  sequentially

shifting layers of charcoal and bog-iron ore (280 kg of each)

were added into the kiln, ca. 60 kg of  metallic spongy iron-

luppe was produced.

In Poland and the Ukraine  so called “organized” smelting

sites including between 8 and 230 slag-pits are found. Because

of their uniformity it is assumed that these sites were result of

short-term efforts, for instance lasting just a few months in the

autumn. The 23 clusters in Snorup containing between 28 and

171 slag-pits must also be a result of such short-term produc-

tions. Variation in the number of  slag-pits in each smelting site

in those areas therefore is likely to be dependent on the amount

of charcoal available at or near the site.

Furnaces of this type were only used once; when no more

charcoal  could  be  produced  within  a  reasonable  distance,

the iron-smelting was moved to another site, selected for its

proximity to iron ore and charcoal. The charcoal was proba-

bly  produced  in  an  oak  coppice  which  could  be  harvested

only once every 20 years. This “coppicing” technique is ac-

tually  a  way  of  producing  charcoal,  which  was  described

much later by Duhamel du Monceay (1761) in his book “Art

du  Charbonnier”  (the  art  of  making  charcoal).  Because  of

the  20-year  cycle  of  the  coppice,  smelters  were  forced  to

continuously move their craft to another site where the for-

est was matured for charcoal production.

Fig.  3.  Local  map  of  Snorup  with  magnetically  explored  areas

(modified from Voss 1993b). Field E11 is specifically shown.

Fig.  1.  Areas  of  Iron  Age  shaft  furnaces  known  in  Europe  (re-

drawn from Smekalova et al. 1993a).

Fig.  2. Index  map  of  Denmark  with  slag-pit  areas  indicated  by

dots. The biggest dot indicate the Snorup area in the SW of the

Jutland penninsula (from Smekalova et al. 1993a).

background image

      IRON AGE SLAGS AT SNORUP (DENMARK):  MAGNETIC PROSPECTING                                  63

In  Denmark  the  origin  of  coppicing  is  ancient.  It  dates

back  to  the  Mesolithic  period,  in  which  willow  and  hazel

trees were coppiced to provide material for fishing traps and

weirs. This method produces long, straight and slender rods

which are also very useful as roof-rafters. Literary sources

from the 18th to the 20th century give very variable infor-

mation about the charcoal capacity of oak-coppices, ranging

from 5 to 20 tons per hectare. These differences arise partly

from the varying quality of the land and partly from the dif-

ferent uses of this kind of forest. Coppices can be used for

grazing  around  the  year,  since  in  wintertime  the  cattle  can

eat the buds and also the fine twigs.

The  mean  weight  of  the  well-preserved  slag-blocks  is

200 kg. According to an analysis of slag and iron ore from

the same slag pit, the theoretical output has been determined

as  60 kg  of  sponge  iron,  which  could  result  in  40 kg  of

smithing  iron.  An  iron  deposit  of  20  kg  has  been  found

within  the  Snorup  area.  It  consisted  of  approximately  100

axe-shaped bars with an average weight of 130 grams, an-

other 100 smaller bars of the same type, weighing 30 to 40

grams,  and  6  pieces  of  iron  with  a  total  weight  of  3.7  kg.

This deposit has not yet been dated.

Air photos have revealed settlements of Iron Age charac-

ter within the iron smelting area of Snorup, as well as in the

area of Tirslund about 1 km further south. None of these set-

tlements have been fully excavated yet. The Snorup smelt-

ing  area  is  certainly  not  unique  in  Jutland.  At  the  present

more  than  60  locations  with  slag-pit  furnaces  are  known

there.  It  is  believed  that  there  must  have  been  50  or  more

smelting areas in Jutland like that in Snorup; this means that

there  may  have  been  a  total  of  some  100,000  furnaces  in

Jutland,  with  a  production  of  4–5000  tons  of  iron.  Such  a

production may place the area at the same level as the major

Polish  centers  known  from  Kielce  and  Warsaw,  which  in-

clude slag-kilns from the same period.

Magnetic prospecting for slag pits

Because  of  the  surface  position,  the  high  magnetic  sus-

ceptibility,  and  the  strong  remanent  magnetization  of  the

slags  (as  compared  to  the  magnetically  fairly  neutral  sur-

rounding  sediments),  a  local  magnetic  survey  is  a  very  ef-

fective way of finding the exact locations, the areal extent

and even the numbers of the still remaining slag pits. In the

Danish localities the slag pits are typically buried at depths

of 40–50 cm, i.e. at ploughing depths, just below the soil.

In Fig. 5 the total field magnetic anomaly of one of the slag

areas  at  Snorup,  which  has  been  magnetically  surveyed,  is

shown (a part of Field A in Fig. 3). Individual slag pits show

up as circular anomalies of typically between 200 and 500 nT.

When the slag pits are separated by more than ca. one slag di-

mension from each other, the number of individual slag pits

may easily be counted just from the number of almost circu-

lar magnetic anomalies. Elongated and more irregular shaped

anomalies indicate slag pit rows or clusters. Especially within

the clusters the number of individual slag pits are more diffi-

cult  to  evaluate.  The  measurements  were  made  by  a  proton

magnetometer along north-south profiles in a 1

×

1 m

2

 grid, the

equidistance of the anomaly curves shown being 50 nT. The

magnetic daily variation was monitored by repeated measure-

ments at a local base station.

Following a more general survey of another Field E (c.f.

Fig. 3), a detailed gradient magnetic survey in the subfield

E11 showed a linear row of magnetic anomalies (measured

in a dense grid of 0.25

×

0.25 m

2

). The configuration of the

Fig. 4. Reconstruction of slag production from bog-iron ore and charcoal at Snorup. A: The slag-pit is first dug and stuffed with straw,

preventing the charcoal and ore in the 1.2 m high kiln from falling down. Fresh air is supplied via the holes at the base. The glowing char-

coal develops CO-gas, which reduces the iron-oxides to the metallic spongy iron, filling holes in the slag. B: When the iron-sponge sinks

down to the zone with a temperature of 1200–1300 

o

C just above the air-holes, the slag smelts completely and runs down, being stopped

at first by the straw. C: After some time the weight of the accumulating liquid slag compresses the straw and runs down in the hole, solid-

ifying immediately to a thin plate. D: Now the kiln has been heated so much, that the liquid slag produced afterwards does not crystallize

in the upper part of the kiln in contrast to the metallic iron, which (having a somewhat higher smelting temperature) is typically caught at

the sides just under the air-holes. Continuing the heating for 48 hours, adding sequentially shifting layers of charcoal and bog-iron ore

(280 kg of each) in the kiln, produced ca. 60 kg of  metallic spongy iron-luppe in this experiment (from Voss 1993b).

background image

64                                                      ABRAHAMSEN, KOPPELT, JACOBSEN, SMEKALOVA and VOSS

Fig. 

5. 

Total 

field 

m

agnetic 

anomaly 

of 

one 

of 

the 

slag 

areas 

at 

Snorup 

investigated 

in 

detail 

(part 

of 

Field 

A

, Fig. 

3). 

Individual 

sl

ags 

show 

up 

as 

circular 

anomalies 

of 

typically 

between 

200 

and

500

 n

T. 

Elongated 

and 

more 

irregular 

shaped 

anomalies 

indicate 

slag 

rows 

or 

clusters. 

(Proton 

magnetometer, 

aequidistance 

50 

nT

, 1

×

m

2

 g

rid).

background image

      IRON AGE SLAGS AT SNORUP (DENMARK):  MAGNETIC PROSPECTING                                  65

gradient magnetometer, as used in this survey, is sketched in

Fig. 6, and the vertical gradient map is shown in Fig. 7. The

magnetic map revealed a string of positive anomalies in the

range of 10–170 nT/m.

As an initial interpretation, prior to detailed archaeologi-

cal  excavation,  the  magnetic  anomalies  were  grouped  into

three categories: 1) solid slag pits, 2) disturbed or partly in-

complete slag pits, and 3) slag fragments (Fig. 7). After this,

the  anomalies  were  interpreted  by  means  of  a  number  of

simple  inclined  dipoles  (or  magnetic  spheres),  resulting  in

an  indication  of  10  solid  slag  pits,  4  disturbed/incomplete

slag pits, and one major fragment.

After the excavation the weights of the 14 slag pits found

in Field E11 were determined by weighting. In this case a

fairly linear relationship between slag weight and magnetic

anomaly of the bottom sensor was found (Fig. 8). The (rela-

tive) magnetic anomaly thus may be used as a first indicator

of the (relative) slag weight, and hence also of the volume

of the slag, the mean density being rather constant. Detailed

information  from  the  excavations  (Table  1)  also  showed,

Fig. 7. Following a more general survey of Field E, a detailed magnetic survey revealed a row of slags in Field E11. The vertical total

field magnetic gradient showed a string of positive anomalies in the range of 10–170 nT/m. Before the excavation the magnetic anomalies

were initially grouped in three categories as 1) solid slags, 2) disturbed or partly incomplete slags, or 3) slag fragments. The anomalies

were interpreted as simple inclined dipoles (or magnetic spheres), indicating 10 solid slags, 4 disturbed/incomplete slags, and one major

fragment. (Proton magnetometer, aequidistance 5 nT, 0.25

×

0.25 m

2

 grid).

Fig. 6. Sketch of proton magnetometer gradient configuration, as used in the detailed survey of Field E11 (c.f. Figs. 3 and 7).

that the initial magnetic interpretation (by sorting the slags

in solid and disturbed slag pits) was only partially correct.

Thus,  the  weight  of  the  remaining  slag  appears  to  be  the

most important parameter for the size of the anomaly ampli-

tude, whereas it is less simple from the anomaly amplitude

to  estimate  whether  a  slag  has  being  slightly  disturbed

(whether just after the iron production, or much later in re-

cent time); if, however, it has been strongly disturbed, ran-

domly orientated by fracturing and/or partially removed by

the recent farming, it will show up as a smaller anomaly or

as a dipole with an unusual dipole direction.

Magnetic properties of slags

Magnetic susceptibility was measured in situ with a hand-

held  Czech  kappametre,  the  susceptibility  values  being

around 17 ± 6

×

10

-3

 SI. Standard AF (alternating field) de-

magnetization  experiments  of  two  non-oriented  slag  speci-

mens from Field E11 are shown in Fig. 9, the intensity of

background image

66                                                      ABRAHAMSEN, KOPPELT, JACOBSEN, SMEKALOVA and VOSS

Fig. 9. Standard AF (alternating field) demagnetization experiments of two not-oriented slag specimens from Field E11. The stereograms as

well as the orthogonal plots (solid/open signature indicate horizontal/vertical projection, respectively) show, that the remanent magnetization

of the slags is a directionally stable primary TRM with median destructive fields around 25 mT (250 Oe).

Fig. 8. After being excavated the weights of the 14 slags found in

Field E11 were determined by weighting. A fairly linear relation-

ship  between  slag  weight  and  magnetic  anomaly  of  the  bottom

sensor  was  found  in  this  case.  The    (relative)  magnetic  anomaly

thus may be used as a first indication of the (relative) weight, and

hence the volume, of the slag. Detailed information by the excava-

tion later (Table 1) showed that the initial magnetic interpretation

(sorting  the  slags  in  solid  and  disturbed  slags)  was  only  partially

correct, the weight of the remaining slag apparently being the most

important parameter for the amplitude of the magnetic anomaly.

the  NRM  (natural  remanent  magnetization)  being  28  and

19 A/m,  respectively.  The  stereograms  as  well  as  the  or-

thogonal plots (solid/open signature indicate horizontal/ver-

tical projection, respectively) show, that the remanent mag-

netization of the slags is a directionally stable primary TRM

with  median  destructive  fields  around  25  mT  (250  Oe).

Thermomagnetic  experiments  (Lewandowski,  pers.  com.)

showed unblocking temperatures between 460 and 580 

o

C,

suggesting  the  dominant  magnetic  carrier  to  be  titanomag-

netite.  Chemical  analysis  (Grundvig,  pers.  com.)  indicate

the  dominant  presence  of  Fayalite,  with  some  Wustite  and

small amounts of metallic iron.

Magnetic modelling

A  simple  magnetic  modelling  (Jacobson  &  Abrahamsen

1997)  by  adjusting  inclined  dipoles  programmed  for  MAT-

LAB  (as  applied  in  Fig.  7)  is  illustrated  in  more  detail  for

each of the two magnetic sensors in Fig. 10a–b. For each of

the sensors the top figure shows the measured total magnetic

anomaly,  the  middle  figure  shows  the  magnetic  response

from a number of simple dipoles (spheres), each dipole being

individually and interactively adjusted in coordinates (X, Y,

depth), declination, inclination, and dipole moment (propor-

background image

      IRON AGE SLAGS AT SNORUP (DENMARK):  MAGNETIC PROSPECTING                                  67

tional to the area of the spheres shown), and the bottom figure

show the residual field. (The maximum number of spheres to

be handled was set at 10 in this case for practical reasons).

For the top sensor (a) the contour interval shown is 2 nT,

the  magnetic  anomalies  being  fairly  smooth,  and  the  dipole

approximation appears to be a fair assumption at this distance

between  slag  and  sensor  (ca.  2.0 ± 0.3 m).  For  the  bottom

sensor (b) the contour interval is 10 nT, the magnetic anoma-

lies being stronger and more irregular, because the slag pits

are  rather  close  to  the  bottom  sensor  (ca.  1.0 ± 0.3 m),  the

slag shape and magnetic inhomogenity thus reducing the va-

lidity of a simple dipole assumption.

For  the  10  dipoles  modelled,  the  residual  anomalies  (mea-

sured field - model response) are between 10 and 30 nT, corre-

sponding to 5–15 % of the measured anomaly (the two small

anomalies in the right part of the field were not modelled).

Paleomagnetic results

Archaeologically the slag pits are difficult to date in de-

tail,  the  wood  and  straw  usually  being  totally  burned,  and

tools  very  rarely  being  found  closely  associated  with  the

slags. To investigate in more details the remanent magneti-

zation properties, as a possible tool for magnetic dating of

the  slags  by  the  geomagnetic  secular  variation,  three  well

preserved  and  undisturbed  slag  pits  (E16,  E24  and  E25)

from  Field  E  therefore  were  detailed  paleomagnetically

sampled  in  situ,  using  a  portable,  water-cooled  drill.  Al-

though  the  slag  is  often  brittle  and  full  of  minor  cracks,  a

number  of  7–8  individually  oriented  cores  from  each  slag

were  obtained.  These  cores  were  later  cut  into  one-inch

Fig. 10. Simple magnetic modelling by adjusting inclined dipoles using MatlabÒ (as applied in Fig. 7) is illustrated in more detail for

each of the two magnetic sensors. For each sensor, the top figure shows the measured total magnetic anomaly, the middle figure shows the

magnetic response from a number of simple dipoles (spheres), each dipole being interactively adjusted individually (Jacobsen & Abraha-

msen 1997) in coordinates (X, Y, depth), declination, inclination, and dipole moment (proportional to the area of the spheres shown), and

the bottom figure show the residual field. (The maximum number of spheres to be handled were set to 10 in this case for practical rea-

sons). a—Top sensor: The contour interval is 2 nT, the magnetic anomalies being fairly smooth. b—Bottom sensor: The contour interval

is 10 nT, the magnetic anomalies being more irregular than for the top sensor. For the 10 dipoles modelled, the residual anomalies are be-

tween 10 and 30 nT, corresponding to 10 ± 5 % of the measured anomaly.

Slag Slag

pit

Weight D ia-

m e te r

A no-

m aly

C om m e n t

N o.

kg

cm

nT

  1

1531   48

65   50

Incom plete. Q uarter of slag

38 kg still in situ

  2

1532 150

62 160

C om plete block

  3

1533 125

120

C om plete, w ith roasted o re and

straw

  4

1534   25

70   30

Incom plete, w ith red-burn ed

clay, TL -dating

  5

1535   37

70   30

Incom plete, TL-dating

  6

1536 165

70 130

C om plete; im prints of straw

  7

1537 110

  50

D estroye d in recent tim e;

im prints of straw

  8

1538 180

65 170

C om plete; im prints of straw

  9

1539   71

65   80

Incom plete; im prints of straw

10

1540   46

110

D estroye d in recent tim e;

bottom  and w . side in situ

11

1541   90

75 100

C om plete, but fragm ented ;

bottom  slag up to 5 cm  th ick

12

1542     5

65   10

Incomplete, destr. in recent tim e;

only 13 cm of bottom  plate left

13

1543     5

65   15

Incom plete, rem oved in recent

tim e; only 8 cm  of b. w as left

14

1544   17

75   20

Incom ple te, rem oved in re ce nt

tim e; 10 cm  of pit w as left

Of the 14 slag pits, 5 contained a complete block. Average weight of 5

slag  blocks:  142  kg.  From  2  slag  pits  the  slag  had  been  removed

immediately after the smelt. 7 were destroyed by recent farming.

Table 1: List of 14 slag pits excavated in Snorup, Field E11. The

slag weight, diameter and peak magnetic anomaly is indicated.

background image

68                                                      ABRAHAMSEN, KOPPELT, JACOBSEN, SMEKALOVA and VOSS

standard  specimens  and  measured  in  the  laboratory  on  a

Molspin  Ltd.  spinner  magnetometer,  using  standard  step-

wise  AF  demagnetization  (c.f.  Fig. 9).  Characteristic  mag-

netic  directions  of  individual  specimens  as  well  as  their

mean values with 

α

95

 circles of 95% confidence are shown

in the stereograms (Fig. 11).

Furthermore, after a detailed magnetic survey over each of

the three slag pits, magnetic modelling by inversion of the to-

tal magnetic field anomaly was used to produce a modelling

mean direction, the result of which is shown as a small dot in

each stereogram (Koppelt 1996). It is seen, that there is very

good correspondence between the modelled mean directions

and  the  paleomagnetically  determined  mean  directions  for

each slag. Numerical details are given in Table 2.

Magnetic dating

The  directional  mean  results  for  the  three  slag  pits  E16,

E24 and E25 (Table 2), as obtained by the remanent magneti-

Fig. 11. Three slags (E16, E24 and E25) from Field E was paleo-

magnetically  sampled  in  situ,  using  a  portable,  watercooled  drill.

Up to 8 individually oriented cores from each slag was measured

in  the  laboratory  on  a  Molspin  Ltd.  spinner  magnetometer,  using

standard stepwise AF demagnetization. Characteristic magnetic di-

rections of individual specimens as well as their mean values with

α

95

 circles of 95 % confidence are shown in the stereograms. Fur-

thermore,  magnetic  modelling  by  inversion  of  the  total  magnetic

field  anomaly  was  used  to  produce  a  modelling  mean  direction,

shown as small dots (Koppelt 1996). It is seen, that there is very

good  correspondence  between  the  modelled  mean  directions  and

the rockmagnetically determined mean directions.

Table 2:  Cleaned stable remanent mean directions with spherical

Fisher  statistics  on  oriented  cores  from  the  three  slags  E16,  E24

and E25 investigated paleomagnetically, as well as the mean direc-

tions determined from inversion of the magnetic surface anomaly.

Slag

Reg. no

D ec

Inc

N

    k

=

95

Paleom agnetic results:

E16

4034

    6.3

59.6

8

  36.3

9.3

E24

4033

343.9

63.8

7

  26.0    12.1

E25

4032

350.4

67.7

6

  68.7

8.1

m ean

354.3

64.0

3

148.7

7.0

M agnetic inversion results:

4034

359.0

62.1

4033

341.8

64.5

4032

352.4

62.3

m ean

351.3

63.1

3

386.9

4.3

m ean of all:

352.8

63.6

6

260.4

3.8

zation  of  oriented  cores  and  by  inversion,  are  shown  in

Fig. 12, plotted onto the magnetic secular variation curve for

Denmark  for  the  period  0  to  2000  AD.  The  curve  is  based

upon  the  British  archaeomagnetic  mastercurve  (Clark  et  al.

background image

      IRON AGE SLAGS AT SNORUP (DENMARK):  MAGNETIC PROSPECTING                                  69

1988), recalculated from Meriden in UK to Snorup in Den-

mark by a central dipole transformation (Abrahamsen 1996),

a distance of 800 km. The 

α

95

-circle shown is the 95% signif-

icance circle of the combined mean direction. It appears, that

the  paleomagnetically  determined  directions  are  rather  scat-

tered (solid dots), and a dating based upon these alone is not

well constrained (

α

95

= 7

o

), the direction suggesting a paleo-

magnetic age of before the 6

th

 Century AD.

The  inverted  mean  directions  are  less  scattered  (open

dots) and the trend is in general agreement with the paleo-

magnetic  mean  directions  (and  well  within  the  individual

α

95

-circles  of  the  latter  ones).  Although  scattered,  the  two

magnetic  techniques  thus  appear  to  agree  with  each  other,

thus supporting each other quite well.

The grand mean of all 6 mean directions gives a value of

(D, I) = (352.8

o

, 63.6

o

), 

α

95

= 3.76

o

, k = 260. Considering the

uncertainties of the magnetic master-curve, which may well

be at least ±2

o

 in inclination and ±5

o

 in declination, the mag-

netic  mean  direction  suggests  a  mean  age  of  the  three  slag

pits in Field E between the 1

st

 and 5

th

 Century AD. Whether

the scatter (or systematic trend from E24 via E25 to E16) in

the magnetic mean directions is due to a real trend in the age

of the three slag pits, or it is due to scatter in the magnetic

data, is not known.

Conclusions

Our  experience  from  the  joint  archaeological  and  geo-

physical investigations performed in the Snorup and nearby

areas over the last few years has confirmed, that the Snorup

area  was  an  important  iron  production  area  in  prehistoric

time. Magnetic surveying, in a “free search mode”, in a sys-

tematic mapping, and in a very detailed mapping sense, has

given valuable insight into the extent and amount of the old

slag  pits  still  present  and  often  well  preserved  below  the

soil. Magnetic modelling has been useful to estimate the ex-

tent, amount and number of slag pits present, and the mag-

netic  inversion  and  paleomagnetic  methods  may  be  useful

for dating the slag pits when these are undisturbed and geo-

metrically “well behaved”.

Acknowledgements:  It  is  a  pleasure  to  acknowledge  the

thermomagnetic  analysis  on  slag  samples  made  by  Marek

Fig. 12. Preliminary magnetic secular variation curve for Denmark for the period 0 to 2000 AD, based upon a central dipole transforma-

tion of the British mastercurve from UK to Denmark (Abrahamsen 1996). Small numbers indicate century AD. The directional results for

the slag pits E16, E24 and E25 obtained by magnetic cleaning of oriented cores (small solid dots) and by inversion (open dots) are also

shown. Solid dot with corresponding 95% significance circle indicate the overall mean direction.

background image

70                                                      ABRAHAMSEN, KOPPELT, JACOBSEN, SMEKALOVA and VOSS

Lewandowski and Thomas Werner (Institute of Geophysics,

Polish Academy of Sciences, Warsaw), as well as the SEM

analyses  made  by  Sidsel  Grundvig  (Department  of  Earth

Sciences, Aarhus University).

References

Abrahamsen N. 1965: Archeomagnetism og Iron Age slags. Kuml

1965, 115–132.

Abrahamsen  N,  1967:  Some  archaeomagnetic  investigations  in

Denmark. Prospezioni Archeologiche, 2, 95–97.

Abrahamsen  N.,  1982:  Magnetic  experiments  on  reconstructed

kilns. Proceedings Second Nordic Conference on the Applica-

tions of Scientific Methods in Archaeology. PACT, 427–428.

Abrahamsen N., 1996: An archaeomagnetic mastercurve for Den-

mark 0-2000 AD and the possible dating accuracy. Proceed-

ings  Sixth  Nordic  Conf.  on  the  Application  of  Scientific

Methods in Archaeology, Esbjerg Museum, 1993, 261–271.

Abrahamsen  N.  &  Breiner  N.,  1993:  Archaeomagnetic  investiga-

tions in Denmark. Archaeology and Natural Science, 1, 5–17.

Abrahamsen N., Jakobsen P.-E. & Voss O., 1984: Archaeomagnet-

ic detecting and mapping, 109–144. In: Moller J.T. &Jorgens-

en  M.S.  (Eds.):  Arkaeologi  og  geofysiske  sporingsmetoder;

Working Papers 14, Nationalmuseet, Copenhagen.

Abrahamsen N., Jacobsen U. & Mejdahl U., 1997: Magnetic inves-

tigations of brick kiln remnants at Veldbek near Esbjerg (Den-

mark). ISKOS, 11, 74–80.

Aitken  M.,  1961:  Physics  and  Archaeology.  Interscience  Publ.,

New York, 1–180.

Bevan B. & Smekalova T., 1996: Magnetization directions of Iron

Slag at Snorup. Report for Nationalmuseet, Copenhagen, 1–75.

Christensen  W.,  1966:  Myremalm.  Dansk  Natur-Dansk  Skole

1966, 41–67.

Clark A.J., Tarling D.H. & Noël M., 1988: Developments in Ar-

chaeomagnetic datings in Britain.  J. Archaeological Science,

15, 645–667.

Duhamel du Monceau H.L., 1761: Art du Charbonnier ou Manière

de faire le Charbon de Bois. Paris, 1761.

Jakobsen P.-E. & Abrahamsen N., 1985: Magnetic mapping of kiln

remnants at Bidstrup, Denmark. ISKOS, 5, 321–328.

Jacobsen B.-H. & Abrahamsen N., 1997: Modelling Magnetic Dipoles

through  Interactive  Partial  Inversion.  Proceedings  Interdiscipli-

nary Inversion Workshop 5, Aarhus University 1997, 87–93.

Koppelt  U.,  1996:  Geomagnetische  Erkundung  archäologischer

Objekte. Forschungsbericht, Institut für Geophysik und Geol-

ogie, Universität Leipzig, 1–2.

Koppelt U., Abrahamsen. N., Jacobsen B.H., Smekalova T., Voss

O.  &  Bevan  B.,  1996:  Resolution  of  “vertical  gradient  (?)”

measurements  in  archaeomagnetism.  Annales  Geophysicae,

14, Suppl. 1, 162.

Linington R.E., 1964: The use of simplified anomalies in magnetic

surveying. Archaeometry, 7, 3–13.

Mortensen R., 1940: Jysk Jern. Jyske Samlinger, 5. Rekke, Vol. IV.

Moller K. Riisager P. & Abrahamsen N., 1996: Archaeomagnetic sur-

vey  and  magnetic  modelling  of  medieval  tile  kiln  from  Kun-

gahälla (Bohuslän) Sweden. Proceedings Sixth Nordic Conf. on

the  Application  of  Scientific  Methods  in  Archaeology  1993,

217–225; Arkeologiske Rapporter nr. 1, 1996; Esbjerg Museum.

Nielsen N., 1924: Studier over Jernproduktionen i Jylland. Dispu-

tats, 185 pp. Arnold Busck, Kobenhavn.

Sharma  P.V.,  1974:  Geophysical  methods  in  Geology.  Elsevier,

Amsterdam, 1–428.

Smekalova T., Voss O. & Abrahamsen N., 1993a: Magnetic inves-

tigation of iron-smelting centres at Snorup, Denmark. Archae-

ologia Polona, 31, 83–103.

Smekalova T., Abrahamsen N. & Voss O., 1993b: Magnetisk de-

tektering af jernudvindingspladser med slaggegruber. Arkeol-

ogiske udgravninger i Danmark 1992, 7–20.

Smekalova T., Abrahamsen N. & Voss O., 1996: Magnetic investi-

gation  of  a  Roman/Early  Germanic  Iron  Age  iron-smelting

center  at  Snorup,  Denmark.  Proceedings  Sixth  Nordic  Conf.

on  the  Application  of  Scientific  Methods  in  Archaeology

1993, Arkaeologiske Rapporter nr. 1, 1996, 227–245.

Voss  O.,  1962:  Jernudvinding  i  Danmark  i  forhistorisk  tid. Kuml

1962, 7–32.

Voss  O.,  1991:  Jernproduktionen  i  Danmark  i  perioden  0–550  e.

Kr. Jysk Arkeologisk Selskabs Skrifter 27, 171–184.

Voss O., 1993a: Iron smelting. In: Hvass S. & Storgaard B. (Eds.):

Da  klinger  i  Muld...  25  aars  arkeologi  i  Danmark,  Aarhus

Universitetsforlag, Aarhus, 206–209.

Voss  O.,  1993b:  Snorup.  Et  jernudvindingsomraade  i  Sydvestjyl-

land. Nationalmuseets Arbejdsmark 1993, 97–111.