Fortidsminneforeningen: Nyskapende forskning viser hvordan stavkirkene kan ha blitt bygget

Se unik 3D-modell av Borgund stavkirke

Med høyteknologiske verktøy har forskere fra Det tekniske universitetet i München gitt nytt liv til stavkirkene. Fortidsminneforeningens stavkirke på Borgund er et av monumentene som har blitt undersøkt. I denne nettutstillingen får publikum mulighet til å oppleve resultatene digitalt og komme tett på konstruksjonene.

En gruppe forskere og studenter fra Det tekniske universitetet i München (TUM), ledet av Dr. Andrij Kutnyi, har viet tre år til å forske på de norske stavkirkene.

Prosjektet «Norwegische Stabkirchen. Bauforschung an den ältesten Holzkirchen Europas» hadde som mål å innhente digital dokumentasjon av et utvalg stavkirker som grunnlag for vitenskapelige undersøkelser. Prosjektet ble innlemmet i et program for å støtte bygningsforskning, finansiert av det tyske departementet for utdanning og forskning.

Klikk her for å oppleve forskernes 3D-modell av Borgund stavkirke

Se flere digitale modeller nederst i utstillingen.

Denne videoen gir et overblikk over prosjektet:

Stavkirker med hevet midtrom

Stavkirkene ble utforsket ved hjelp av moderne metoder for bygningsforskning, og en sentral oppgave var å rekonstruere byggeprosessen med utgangspunkt i den nyeste kunnskapen.

De 28 bevarte norske stavkirkene ble valgt ut til prosjektet i samarbeid med Riksantikvaren og Fortidsminneforeningen. Fokus for undersøkelsene var kirkene i Hopperstad (ca. 1131), Kaupanger (1183/84), Borgund (1180/81) og Lom (1160, 1634/63), som alle representerer samme type konstruksjon. Disse fire hører typologisk til stavkirkegruppen med hevet midtrom.

Digital grunnplan av Borgund stavkirke. © Andrij Kutnyi

Kartlegging av stavkirkenes bygningshistorie

Gjennom århundrene er stavkirkene blitt bygget om og reparert. Etter å ha kartlagt senere byggefaser, presenterte forskerne den strukturelle utviklingen til stavkirkene med hevet midtrom gjennom en komparativ analyse.

Utviklingen ble illustrert ved hjelp av digitale modeller. Som grunnlag ble det først utført detaljerte digitale målinger av konstruksjonen i hver kirke, fra svill til tak. Ved bruk av moderne måleteknikker og  visualisering i detaljerte 3D-modeller, gjøres objektene og de vitenskapelige resultatene lett tilgjengelige både for forskere og et allment interessert publikum. Dette er ment å øke bevisstheten rundt stavkirkenes varierte arkitektoniske historie og dermed bidra til å bevare disse viktige monumentene.

Kart over Borgund stavkirke der de svarte punktene markerer plasseringen av skannestasjoner. © Andrij Kutnyi

Skanning og 3D-modeller

Forskergruppen hadde feltarbeid fra april 2018 til oktober 2019, hvor stavkirkene ble målt og skannet. Fire forskere fra Det tekniske universitetet i München gjennomførte i denne perioden detaljerte undersøkelser av bygningene. For hver kirke gikk det med omtrent 20 arbeidsdager på stedet i Norge og fire måneder på datastasjonene på universitetskontoret. Hele bygningsgeometrien og kirkenes form, inkludert dekorative elementer, ble skannet med en laserskanner. Hver kirke ble presist dokumentert fra opptil 150 målestasjoner innvendig og utvendig. På hver stasjon kunne alle synlige områder måles i løpet av 15 minutter.

Som et resultat av denne prosessen ble det generert data med omtrent 90 milliarder målepunkter per kirke. Slike presise skanninger gir en tydelig oversikt over konstruksjonens helhet. På denne måten kan bygningens geometri, som ved første øyekast er «usynlig», vises nesten som i et røntgenbilde. Strukturen og sammenføyningene mellom bygningsdeler kan raskt identifiseres.

Alle digitale målinger ble evaluert ved avdelingen for bygningshistorie, bygningsarkeologi og konservering ved Det tekniske universitetet i München og konvertert til CAD-tegninger og 3D-modeller. For å forstå arbeidstrinnene da kirken ble bygget, ble det utført eksperimenter med byggeprosessen gjennom digitale 3D-modeller.

Resultatene kan oppleves i disse to filmene (film 2: Methods og film 3: Results):

RTI-fotografering

Detaljer som treverkets overflater, verktøyspor, inskripsjoner og rissede tegninger, ble også dokumentert ved hjelp av RTI-metoden (Reflectance Transformation Imaging). Hver overflate som skulle undersøkes, ble fotografert med 36 bilder fra forskjellige radiale vinkler, lyssatt med en bevegelig blits.

Metoden gjør det mulig å synliggjøre selv de minste riper og verktøyspor, og gir dermed kunnskap om tilvirkingsprosessen. For eksempel ble en veldig svakt innskåret og allerede sterkt forvitret runeinnskrift dokumentert og visualisert for fremtiden.

Dokumentasjon av dekorative profiler ved bruk av RTI-metoden. © Andrij Kutnyi

Rekonstruksjon av byggeprosessen

Et av målene med prosjektet var å bruke de digitale dataene til å forstå rekkefølgen i håndverkernes konstruksjonsprosess da stavkirkene ble bygget. Flere holdepunkter ble funnet i kirkene i Borgund, Kaupanger, Lom og Hopperstad.

Sammenføyningene mellom bygningsdelene kan vise hvordan en kirke ble bygget. Overgangene mellom komponentene nødvendiggjør i de fleste tilfeller at de bare kan ha blitt føyet sammen på én måte. Et eksempel på dette er konstruksjonen av portalveggen; her indikerer sammenføyningene at veggplankene nærmest døren ble satt inn først, og deretter lenger og lenger utover mot sidene. Nesten alle sammenføyningene kunne studeres på samme måte i løpet av denne undersøkelsen. Dette gjorde det mulig å lage en rekonstruksjon av gangen i byggeprosessen, som kan vises i flere trinn.

Trinnvis rekonstruksjon av hvordan buene i Hopperstad stavkirke ble satt sammen før de ble dekorert. © Andrij Kutnyi

I Hopperstad stavkirke ble det funnet spor på buekonstruksjonene mellom stavene som viste at buene ble montert i sin posisjon før de ble dekorert. Først etterpå, fra et stillas, ble de videre bearbeidet av håndverkerne og fikk en trinnlignende utsmykning. Buene ble dermed ikke ferdig utformet på byggeplassen utenfor kirken, slik det var vanlig, for så å bli montert i kirken.

Ved kirken i Lom ble det funnet håndverkermerker på veggplankene som gir informasjon om byggemåten. I Lom ble plankene i nord- og sørveggene satt inn i rekkefølge fra venstre til høyre. Dette skiller seg fra veggkonstruksjonen i Borgund. Denne slående forskjellen mellom konstruksjonene kan tolkes som at det opprinnelig ikke var noen døråpninger i sør- og nordveggen i Lom, og at de har kommet til senere, i forbindelse med en utvidelse av kirken i 1646.

Digital rekonstruksjon av rekkefølgen for innsettingen av veggplanker i Borgund (venstre) og Lom (høyre). © Andrij Kutnyi

Håndverkermerker ble også funnet i klokketårnet på stavkirken i Kaupanger. På bygningsdelene ble det funnet mange merker som har blitt laget i forbindelse med prefabrikasjon. Disse symbolene ble skåret ut i de forhåndsmonterte tårndelene mens de ble klargjort på byggeplassen. Etter transport av de enkelte delene til kirken, ville merkingen ha vært til hjelp for å raskt finne riktig plassering og montere komponentene.

I Borgund viste undersøkelser av hjørneforbindelsene at søylene i midtromskonstruksjonen ble reist enkeltvis og ikke som en komplett vegg. Inntil nå har det vært antatt at hver av langveggene i midtrommet ble føyet sammen i liggende stilling på byggeplassen og deretter reist. De overlappende hjørneforbindelsene til de horisontale tengene under og over andreaskorsene tyder imidlertid på at søylene ble satt opp enkeltvis, og at de først etterpå ble sammenføyd med øvrige bygningsdeler, fra et stillas.

Trinnvis rekonstruksjon av byggingen av Borgund stavkirke (forenklet presentasjon). © Andrij Kutnyi

Kulturell kontekst

Et annet fokus i prosjektet var å lete etter spor som kan gi informasjon om tradisjonen og kulturen stavkirkene sprang ut av. For å forstå disse sporene ble noen meningsbærende elementer i kirkebygningene i Borgund, Kaupanger, Lom og Hopperstad undersøkt.

I Borgund finnes for eksempel en bygningsdel som viser en mulig sammenheng med konstruksjonen av vikingskip. I alle de fire stavkirkene som ble undersøkt er bueknær til stede som forsterkende strukturelle elementer. Naturen formet treverket til en bygningskomponent. Rotvirke ble brukt for å produsere bueformede braketter og andre deler av arkadene. To til tre bueknær kan bearbeides ut av en rotende av et tre. I byggingen av stavkirken i Borgund var det behov for 154 stykker. Slike rotknær, som finnes i kirkene fra en høyde på to rundt meter og videre oppover i takkonstruksjonen, ble også brukt som avstivningselement i skip. Produksjonen av og formen på bueknærne i stavkirkene tilsvarer bueknærne i skip.

3D-modell av Borgund stavkirke med bueknær markert i rødt. © Andrij Kutnyi

Også en festemetode som er funnet i noen stavkirker, trenagler med kiler, er kjent fra skipsbygging. Denne forbindelsen i form av en todelt nagle regnes som spesielt sikker.

Ved stavkirken i Borgund viste undersøkelsene at det var brukt mer enn 10 000 trenagler bare for å feste taksponene, og over 1200 trenagler gikk med for å holde hovedkonstruksjonen sammen.

Førti prosent av disse naglene er laget med en ekstra kile for et sikrere feste. Slike trenagler med kile har blitt funnet i stort antall i vikingskipene fra Skuldelev i Danmark for å feste bueknær. Over tid krymper treverket, og konvensjonelle trenagler kan falle ut av konstruksjonsdelen; kilen muliggjorde imidlertid en spesielt sterk og sikker forbindelse.

Våre beregninger viste at det tok en arbeider omtrent tjue virkedager bare å lage naglene som trengs for å montere taksponene på Borgund stavkirke.

Trenagle med kile i Kaupanger stavkirke. © Andrij Kutnyi

Blant bygningselementene som ble utforsket var også dyrene som sitter på sidene av stavkirkeportalene. To dyr i Borgund og mange eksempler i andre stavkirker ble undersøkt og dokumentert. De ble analysert gjennom en sammenligning av kroppsspråk og form.

Sammenligningen viste at det er veldig stor likhet mellom dyrene i Borgund og dyrene i Lom. Det kan også trekkes paralleller til dyrene fra Hegge og Nore i utviklingen av former.

Det ble blant annet undersøkt hva betydningen av disse figurene kan ha vært. Derfor ble deres plassering analysert. Selv om kirken er veldig liten, har den to dører, nærmere bestemt to innganger. I en middelaldersk kirke må en dør nummer to inn i skipet ha vært av særlig betydning, ellers ville tapet av varme gjennom en ekstra inngang ha vært meningsløst for bruken av kirken.

Sammenstilling av utskårne dyrefigurer fra Ål, Nore, Hegge, Borgund og Lom. © Andrij Kutnyi

I Borgund, i likhet med Lom, sitter begge dyrene ved døren som fører til en av de eldste delene av kirkegården. De ser på personen som kommer inn, som om de vil si: vi tester hvem du er. Det kan bemerkes at den gamle låsen på denne døren bare kunne åpnes fra innsiden. Det er mulig at denne døren ikke kunne åpnes utenfra på grunn av frykt for at folk skulle komme tilbake fra etterlivet.

De andre lignende figurene fra Hegge og Nore viser seg fra en fryktinngytende side ved å holde et menneskehode i munnen. Ved å gjøre det forteller de oss at de kan beskytte inngangen godt og gjøre jobben sin.

Kerberos-figur på romansk portal i kapellet i Tyrol slott. © Andrij Kutnyi

Det er forskjellige tolkninger av hva slags dyr som er framstilt. De blir ofte referert til som løver eller udyr. Vår forskning peker mot den sistnevnte tolkningen. Disse monstrene viser en fysisk utvikling som kan ha vært utledet fra eksempler som skapningene fra stavkirken i Ål. Der har dyrene en langstrakt, vridende kropp, lik en øgle. Dyrefiguren fra Nore, som i dag er skjult under tykke lag med maling, viser også en spesiell egenskap. Her flyter den smidige skapningens kropp over i en hale kronet med et slangehode. Disse elementene antyder at de er mytiske figurer, plassert i en forhøyet posisjon for å beskytte inngangen.

Kerberos-hunden som vokter dødsriket i gresk mytologi kan ha tjent som et eksempel for treskjærerne. Skapningenes ikonografiske likhet med en Kerberos-figur på en steinportal fra Tirol slott er forbløffende.