Vulkanrør ble ressurs

Og historien skrives fortsatt.

Det er bitte lite. Bare drøyt fire kvadratkilometer i omfang. Men tyngdedata viser at det går flere kilometer ned i jordskorpen. Og det er stappfullt av industrihistorie. Og fremtiden kan bli enda mer interessant. Alt sammen på bakgrunn av en urgammel og egenartet vulkan.

-Velkommen til Fensfeltet, sier Jon Tore Årtveit, historiker, amatørgeolog og fagbokforfatter.Årtveit tar imot i den lille steinutstillingen som Fensfeltet Geologiforening har bygd opp i beskjedne lokaler vegg i vegg med det lokale kanalmuseet. Stolt viser han frem alle de 25 bergartene i Fensfeltet som professor Waldemar Chr. Brøgger identifiserte og beskrev i stor detalj i en publikasjon han ga ut for snart 100 år siden (1921).

Brøgger fattet på slutten av sin karriere interesse for Fensfeltet fordi han trodde dannelsen hadde sammenheng med Oslofeltet, og basert på noen uker med feltarbeid gjorde han banebrytende arbeider som står seg den dag i dag.

–Søvitt er kongen, proklamerer vår lokale guide, med referanse til at denne gråhvite, svartspettete steinen er ganske så spesiell og i dag bare dannes ett eneste sted på kloden, i vulkanen Ol Doinyo Lengai nordøst for Ngorongoro-krateret i Den østafrikanske riftdalen.

-Det var Brøgger som først forstod at denne kalksteinen er en størkningsbergart og kommer fra et magmakammer dypt nede i jordskorpen. Det var også Brøgger som fant på navnet karbonatitt, påpeker historikeren. Gjennom nesten 20 år har han interessert seg for den geologiske rariteten som Fensfeltet representerer.

Vi er i Ulefoss i Telemark, en knapp halvtimes kjøring nordvest for Skien, for å bli kjent med en anomali i norsk geologi. Årtveit er hyret inn som kjentmann. Han kjenner Fensfeltet, både geografien, geologien og historien, som sin egen bukselomme. Forklaringen er todelt. Som guttunge benyttet han ledige stunder til å utforske gamle gruveganger (de er nå stengt), og som godt voksen – etter mange år i Oslo – begynte han å interessere seg for mineralene, bergartene, geokjemien og de geologiske prosessene bak dannelsen av vulkanen. Samt den mer enn 350 år lange industrihistorien som de vulkanske bergartene har gitt opphav til.

Interessen kulminerte med en bok (Fensfeltet) på knapt 200 tettskrevne sider som ble utgitt av Fensfeltet Geologiforening i 2014. I den avslører forfatteren så mye mineralogisk kunnskap at han nok går utenpå mange profesjonelle geologer. Dertil formulerer han seg så godt at boka er en fornøyelse å lese. Selv forklarer han dette med sin bakgrunn innen humaniora og flere år som språkbearbeider i Universitetsforlaget.

Rødt betyr jern
–Ulefos Jernværk har vært i kontinuerlig drift siden 1657, og hvis vi benytter dette som kriterium, er jernverket i dag den eldste industribedriften i landet, hevder Årtveit.
Oppstarten skyldtes forekomsten av jernmalm i det geologiske området som nå kalles Fensfeltet. Funnet av en rød stein, antagelig gjort på grunnlag av aktiv skjerping, satte datidens «geologer» på sporet.

Fossum jernverk (1540–1867) i Skien trengte råvarer i tillegg til sine egne, og i de første årene ble malmen fraktet over Norsjø og ned til smeltehytta. Etter hvert ble det imidlertid klart at forekomsten ved Ulefoss var så rik at det ville være bedre å bygge en smeltehytte på stedet. Ulefossen ga den nødvendige vannkraften, og de store skogene i Telemark ga rikelig tilgang på ved til fyrsetting og fremstilling av trekull.

I Gruveåsen, et par kilometer øst for verket og Ulefoss sentrum, finner vi i dag kun stusselige rester etter gruvedriften, til tross for at den pågikk i 275 år, fra 1652 og helt frem til 1927.

-Den vestlige delen av Gruveåsen er fullstendig gjennomhullet, men jeg kaller det musehull, for dimensjonene i denne gruven er bitte små i forhold til dagens enorme jerngruver. Det totale uttaket gjennom nesten 300 år var knapt 700 000 tonn malm, og det er en brøkdel av hva både Sydvaranger og Rana Gruber i dag produserer per år.

Årtveits historieinteresse leder ham også til å trekke frem at de nyetablerte gruvene i Sydvaranger bare i løpet av ett år, 1915, produserte 600 000 tonn malm.
Minnesmerkene i det gamle, gjengrodde malmfeltet er mange, men de er tatt dårlig vare på. Omtrent det eneste vi finner på vår vandring gjennom skogen er noen ganger og «sorte» hull som er «sikret» med delvis nedrevne gjerder. Samt et par stoller.

-Malmen ligger i en bergart som gruvearbeiderne kalte rødberg på grunn av den spesielle fargen. Senere benyttet også Brøgger dette navnet da han beskrev Fensfeltets bergarter. Og faktisk er det fortsatt brukt i faglitteraturen, forteller Årtveit.

I rødberg finnes store mengder med hematitt (Fe₂O₃, mellom 20 og 50 prosent), som var (og er) et viktig råstoff for fremstilling av jern. Bergarten består ellers av kalsitt (opp til 40 prosent) og dolomitt.

-Varmt vann surklet gjennom sprekkene i bergartsmassivet, og hematitt ble dannet da jernet i karbonatittene oksiderte, forklarer Årtveit.

-Hematitt opptrer som linser og ganger i berget, og malmens strøkretning finner vi ved å følge de gamle dagåpningene.

Det siste kan vi ved selvsyn konstatere etter hvert som guiden vår peker dem ut der de ligger delvis bortgjemt i den tette skogen.
Årtveit forteller at nesten alle de norske jernverkene ble nedlagt i løpet av 1860- og 1870-årene, og på Ulefoss opphørte masovndriften i 1877. I 1880 stoppet også gruvedriften for første gang.

-Norsk jern kunne ikke hevde seg i konkurranse med importert jern som hadde bedre kvalitet og som ble fremstilt mer effektivt i masovner med bruk av koks i stedet for trekull.

Det ble imidlertid ny drift i gruvene ved overgangen til 1900-tallet da den daværende eieren, kammerherre og bergingeniør Diderik Cappelen, forstod at det var nødvendig å gå i dypet for å nå frem til de rikeste og største forekomstene.

-Fensgruvene ble utvidet til et omfattende gruvekompleks, drevet i fem etasjer, ned til 158 meter under Norsjøs overflate. På det meste arbeidet ca. 300 mann ved gruvene.
Prisfall og svak etterspørsel førte til at gruvedriften nok en gang – i 1927 – ble innstilt. Et langt kapittel i norsk bergverkshistorie var avsluttet. Men det skulle ikke gå mer enn 26 år før et nytt kapittel var i gang.

Søve gruver – kun tolv års drift
På nordsiden av Fensfeltet, langs bredden av Norsjø, ligger flere skråstilte intrusjoner med bergarten søvitt, og på kartet som Brøgger publiserte i sin publikasjon fra 1921 angir han to «kalkstenbrud». Bruddene er altså av gammel dato, og den hvite steinen ble benyttet som ornamentstein allerede i tidlig middelalder. Ulefos Jernværk benyttet den også som slaggdanner i jernproduksjonen, og tidlig på 1900-tallet ble Norsk Hydro interessert.

-Søvitt inneholder fosfatmineralet apatitt, og dette gjorde at Hydro prøvde å bruke bergarten som råstoff i gjødselfabrikken på Notodden. Den ene av de to store intrusjonene nordvest i Fensfeltet kalles derfor Hydrogangen, forteller Årtveit.

Men det var først midt på 1900-tallet at søvittforekomsten ble virkelig interessant i et større perspektiv.
Professor Victor M. Goldschmidt ved Universitetet i Oslo, hadde i 1918, allerede før han senere besøkte feltet sammen med Brøgger, oppdaget at de mektige søvittgangene ved bredden av Norsjø inneholder metallet niob (Nb), og i 1942 gjorde tyskerne forberedende arbeider i Hydrogangen. Interessen skyldtes at metallet kunne brukes til å gjøre stålet i høyteknologiske våpen mer varmebestandig.

-På 1950-tallet var prisen på metallet svært høy. Amerikanerne hadde store forventninger til niob som legeringskomponent, og utslagsgivende for oppstarten av ny gruvedrift i Fensfeltet var en svært gunstig salgsavtale. I 1953 ble det derfor på nytt gruvedrift i Ulefoss. Denne gang med det nyopprettede statsselskapet A/S Norsk Bergverk, som fikk svært gode priser for sitt niobkonsentrat.
-I de første årene ble malmen tatt ut der Cappelengangen er utgående, men en forkastning fordret at driften fortsatte under jord, 60 meter under overflaten.
Dette er også forklaringen på et 38 meter høyt heistårn som den gangen ruvet i landskapet.

På det meste var det 120 ansatte ved Søve gruver, derav jobbet 47 mann i selve gruvene, og på det meste (1962–63) kom den årlige produksjonen opp i 300–350 tonn niobkonsentrat – med et totalt uttak gjennom hele gruvens levetid på 1,15 millioner tonn malm. Produksjonen utgjorde på sitt meste ca. åtte prosent av den vestlige verdens produksjon, og Søve gruver var Europas eneste niobprodusent. Men prisene falt, og amerikanerne ville ikke forlenge den – for Norge – gunstige avtalen. Gruvedriften ble derfor innstilt i 1965 pga. manglende lønnsomhet.

En ny type bergarter
Verken de gamle jerngruvene eller de nyere niobgruvene hadde imponerende dimensjoner. Men det har – som vi har hørt – heller ikke Fensfeltet. Årsaken er at feltet utgjør restene av et gammelt vulkanrør.

-Vi må se for oss en kjeglevulkan der lavaen flommet ut over det subkambriske peneplanet for om lag 580 millioner år siden, altså helt på slutten av urtiden (prekambrium), forteller Årtveit.

-Men gjennom millioner av år har flere kilometer med avsetningsbergarter fra kambro-silur og grunnfjellsbergarter fra prekambrium blitt erodert vekk. Vulkankjeglen har derfor forsvunnet, og det vi her ser er et horisontalt snitt gjennom tilførselskanalen.

Dermed er det ganske opplagt at alle bergartene er dannet ved krystallisering av smeltemasser i dypet (dypbergarter og gangbergarter). Like opplagt var det ikke for nærmere 100 år siden, den gang Waldemar Chr. Brøgger begynte å interessere seg for de underlige bergartene i Fensfeltet.

-I 1918 var Brøgger 67 år gammel, og han hadde gått av som professor ved Universitetet i Oslo. Interessen for magmatiske bergarter beholdt han imidlertid, og endelig fikk han tid til å se på dette lille komplekset som han trodde var forbundet med den vulkanske aktiviteten i Oslofeltet.

-Det var først og fremst Brøggers undersøkelser av de magmatiske bergartene i Oslofeltet som hadde gitt ham internasjonalt ry, men Brøggers avhandling om Fensfeltet fra 1921 skulle vise seg å bli det meste kontroversielle av alle hans arbeider. Ganske uventet for forfatteren kom avhandlingen til å vekke internasjonal debatt. Og full aksept for ideene rundt bergartene i Fensfeltet fikk han ikke før etter sin død.

Kort fortalt konkluderte Brøgger med at karbonatbergartene i Fensfeltet var av vulkansk opprinnelse. På den tiden var dette uhørt. «Alle» vulkanske bergarter måtte selvsagt komme fra silikatsmelter (oksygenforbindelser av silisium). I følge læreboka var alle karbonatbergarter enten biogene (for eksempel kalkstein) eller metamorfe (for eksempel marmor).

-Ut fra bergartenes mineralsammensetning mente han at de måtte ha størknet fra en karbonatsmelte der silikatmateriale kun utgjorde en liten del. Problemet var at slike bergarter aldri tidligere var beskrevet i den vitenskapelige litteraturen, og Brøgger introduserte dermed en ny bergartsklasse. I tillegg til sedimentære og metamorfe kalksteiner, måtte geologene heretter også forholde seg til magmatiske kalksteiner. Han ga dem også et eget navn, karbonatitter, som også brukes i dag.

Brøgger fant 25 forskjellige bergarter i Fensfeltet, og 15 av dem var tidligere aldri beskrevet i den geologiske litteraturen. Den anerkjente forskeren ga dem navn etter gårder i området. Men «bare» tre av dem blir i dag brukt internasjonalt: melteigitt, fenitt og søvitt. De andre navnene brukes kun lokalt.

Brøggers navn er derfor uløselig knyttet til Fensfeltet – dette geologiske unntaket i norsk geologi. Men hvor sjelden er Fensfeltets spesielle bergarter sett i et globalt perspektiv?

Kun én aktiv kalksteinsvulkan
Fensfeltet ble lenge betraktet som svært eksotisk. Brøgger hadde riktignok lest seg til at det var påvist lignende bergarter i Alnø i Sundsvall i Sverige, men for øvrig var det få eller ingen referanser til kalksteinsbergarter som kunne ha magmatisk opprinnelse. Han måtte også godta at en av den tidens mest anerkjente geokjemikere – Norman L. Bowen – gikk hardt ut og kritiserte de nye ideene hans vedrørende kalksteinsvulkanisme.

Dessverre var det ingen av dem som fikk oppleve at Brøgger hadde rett. Først på 1960-tallet kom det endelige beviset. Geologene oppdaget da at det renner kalksteinslava fra vulkanen Ol Doinyo Lengai i Tanzania. Den er den eneste aktive vulkanen i verden med et slikt magma. Men senere har geologene blitt klar over at det finnes mange utdødde vulkaner som har blitt foret med kalksteinssmelter.

Alt i alt har det blitt påvist mer enn 500 utdødde kalksteinsvulkaner rundt omkring i verden, og i overkant av 200 er påvist etter 1990.

-Noen karbonatittkomplekser er knyttet til fjellkjededannelser der to plater kolliderer, men de fleste ser ut til å være forbundet med riftsoner der kontinentene sprekker opp. Derfor oppstod det spesielt mange karbonatittvulkaner da superkontinentet Pangea sprakk opp for om lag 200 millioner år siden, forklarer Årtveit.

Men Fensfeltet med den 580 millioner år gamle Fenvulkanen er fortsatt enestående i den norske berggrunnen. Og Waldemar Chr. Brøgger vil for alltid bli husket for sitt pionerarbeid rundt Ulefoss.

Nye kapitler?
Fensfeltets gruvehistorie, med røtter tilbake til 1650-tallet, er lite kjent blant folk flest. Den har kommet i skyggen av de mer innholdsrike historiene fra blant annet Kongsberg Sølvverk (GEO 06/2007; «Sølv – så godt som gull», GEO 04/2010; «På skattejakt i sølvgruvene») og Røros Kobberverk. Begge disse hadde helt andre dimensjoner, og de har blitt utviklet til viktige turistattraksjoner.

Til gjengjeld kan Fensfeltet ha en meget interessant fremtid, og det er nettopp derfor at denne geologiske provinsen har fått en slags renessanse i våre dager. Stikkordene er thorium og sjeldne jordarter (REE; GEO 02/2011; «Ny utfordring for bergindustrien»).

Thorium blir påstått å «kunne erstatte oljen», men akkurat det gjenstår å se, for foreløpig eksisterer det ikke en prosess som kan benytte thorium i stedet for uran i atomreaktorer. Verdens uranreserver er også så store at det mangler et godt insitament til å investere i forskning som kan bruke thorium som brensel i atomreaktorer. Men det jobbes med saken, og norske Thor Energy er involvert i forsøk ved atomreaktoren i Halden.

Sven Dahlgren, regiongeologen i Buskerud, Telemark og Vestfold, har utarbeidet en rapport (Thorium i Fensfeltet – Ressursanslag, 2012) som forteller at thoriumressursene i Fensfeltet kan være betydelige, og i størrelsesorden med de som USGS tidligere har oppgitt. Dahlgren mener Gruveåsen har det største potensialet, men at det trengs ytterligere undersøkelser for å gjøre «tidsmessige og skikkelige ressursberegninger».

Mens fremtiden for thorium som energikilde er høyst usikker, er det imidlertid helt sikkert at sjeldne jordarter (REE-elementene) er svært viktige i moderne teknologi. Det er nok å nevne at de er helt nødvendige for blant annet vindturbiner, elbiler, smarttelefoner og katalysatorer, og nye bruksområder blir stadig introdusert. Det er også udiskutabelt at Kina dominerer fullstendig som produsent, at det finnes få andre gruver på verdensbasis, og at verdenssamfunnet har stor interesse i å få utviklet nye forekomster.

Så langt har det vist seg vanskelig å utvinne sjeldne jordarter fra Fensfeltet. Men flere selskaper har vist sterk interesse, og REE Minerals har allerede brukt 30 millioner kroner på å sikre seg leterettigheter, bore en mengde hull, gjøre grundige analyser og utarbeide nye ressurstall. Daglig leder i selskapet sier også at det har kommet langt i å finne en prosess som gjør det mulig å ta ut de verdifulle metallene.

Siste kapittel er altså ikke skrevet. Det er liten tvil om at Fensfeltet vil dukke opp i nyhetsbildet i årene fremover.