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Anwendungen der Geophysik in der Archäologie Konstantin Kirsch 06.08.2013.

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Präsentation zum Thema: "Anwendungen der Geophysik in der Archäologie Konstantin Kirsch 06.08.2013."—  Präsentation transkript:

1 Anwendungen der Geophysik in der Archäologie Konstantin Kirsch

2 Konstantin Kirsch – Anwendungen der Geophysik in der Archäologie | Inhalt der Präsentation Motivation Erkundungsmöglichkeiten Traditionelle Verfahren Allgemeine Vorgehensweise Moderne Verfahren/Techniken – Geomagnetik – Geoelektrik – Georadar Ergänzende Verfahren – Thermische Prospektion – Kleinskalige Suszeptibilitätsmessung Zusammenfassung 2

3 Konstantin Kirsch – Anwendungen der Geophysik in der Archäologie | Zerstörungsfreie Untersuchung – Kein Graben – Keine Bohrungen/Bohrproben – Keine Sondierungen Kostengünstige und schnelle Flächenuntersuchung Bekannte und zuverlässige Technik Bei Bauvorhaben: – Flächen können zeitnah während der Planung auf archäologische Fundstellen untersucht werden – Änderungen vor Baubeginn möglich Kostenersparnis Motivation 3

4 Konstantin Kirsch – Anwendungen der Geophysik in der Archäologie | Altlasten- und Deponieuntersuchung – Lokalisierung von Leckagen in Abdichtungen und Sickerwasser Untersuchung von Baugrund und Bauwerken – Dichtigkeitsprüfung von Erddämmen und Deichen Untersuchung des Grundwasser – Vorkommen – Wegigkeit Lagerstätten für Ton, Kies, Sand Prospektion in der Archäologie Erkundungsmöglichkeiten 4

5 Konstantin Kirsch – Anwendungen der Geophysik in der Archäologie | Oberflächenbegehung, auch Survey oder Bodenbegehung genannt – Untersuchung auf Störzonen – Bodenfunde durch Ausgrabungen – Studium schriftlicher Aufzeichnungen um Standort von Siedlungen/Bauwerken zu ergründen Luftbildarchäologie – Untersuchung: –Schattenmerkmale - bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen –Bewuchsmerkmale - Pflanzenwachstum gestört –Bodenmerkmale - Unterschiede in der Bodenfärbung – Aktuell vermehrt eingesetzt: –3D-Geodäsie (Erdvermessung) durch Fotografie in 2 Ebenen möglich –Laserscan-Befliegung Traditionelle Verfahren 5

6 Konstantin Kirsch – Anwendungen der Geophysik in der Archäologie | Allgemeine Vorgehensweise 6

7 Konstantin Kirsch – Anwendungen der Geophysik in der Archäologie | Geomagnetik Untersuchte Eigenschaft ist Magnetische Flussdichte Verhältnis von Magnetisierung von Materie zu magnetischer Feldstärke Methode: – Kartierung des oberflächennahen Gradienten der magnetischen Flussdichte des Erdmagnetfelds – Untersuchung des Einflusses verschiedener Materialien im Untergrund auf das Erdmagnetfeld Einsatzbereich: – Verfüllte Gruben oder Gräber – Hohe Messpunktedichte (0,5 x 0,2 m) – Aufgrund hoher Messpunktedichte Erfassung ganzer Häuser, Siedlungen in kurzer Zeit Moderne Verfahren/Techniken 7

8 Konstantin Kirsch – Anwendungen der Geophysik in der Archäologie | Geomagnetik Funktionsprinzip: Misst Magnetfeld parallel zu den Spulen 2 Weichmagnetische Kerne Umwickelt mit gegensinnigen Erregerspulen Kerne werden periodisch in Sättigung getrieben Induzierte Spannungen heben sich ohne magn. Feld auf Liegt Magnetfeld (z.B. Erdmagnetfeld) an einem Kern an, so wird dieser zuerst in Sättigung getrieben Spannung in zweitem Kern wird nicht aufgehoben Moderne Verfahren/Techniken 8

9 Konstantin Kirsch – Anwendungen der Geophysik in der Archäologie | Geomagnetik Eingesetztes Gerät: Fluxgatemagnetometer 4 Messsonden Wird von einer Person getragen Auf abgestecktem Mess- feld an Messpunkten positioniert Moderne Verfahren/Techniken 9

10 Konstantin Kirsch – Anwendungen der Geophysik in der Archäologie | Geomagnetik Berichte von Bauern über Fund von Scherben, Werkzeugen auf umliegenden Feldern Vermutete Siedlung im markierten Bereich Moderne Verfahren/Techniken 10 Luftbild einer vermuteten Frühbronzezeitlichen Siedlung bei Vráble-Slowakei Luftbild mit erkennbaren Ringstrukturen

11 Konstantin Kirsch – Anwendungen der Geophysik in der Archäologie | Geomagnetik Dunkle Bereiche sind Bereiche höherer Flussdichte Diese enthalten Oberboden mit eisen- haltigen Mineralen (Indiz für Verfüllungen) Moderne Verfahren/Techniken 11 Geomagnetische Prospektion des Siedlungsfügels auf 11 ha Fläche Luftbild mit erkennbaren Ringstrukturen

12 Konstantin Kirsch – Anwendungen der Geophysik in der Archäologie | Moderne Verfahren/Techniken 12 Geomagnetische Prospektion des Siedlungshügels auf 11 ha Fläche Rekonstruierte Siedlung

13 Konstantin Kirsch – Anwendungen der Geophysik in der Archäologie | Geoelektrik Untersuchte Eigenschaft: elektr. Leitfähigkeit/Widerstand Methode: – Sondierung: Erfassen der Struktur unter dem Sondierungspunkt – Kartierung: Darstellung flächenhafter Strukturen Einsatzbereich: – Hauptsächlich Anwendung in Grundwassererkundung und Altlastensuche – In der Archäologie: Kartierung von Siedlungen oder historischen Bauwerken – Wird häufig ergänzend zu geomagnetischen Messkampagnen eingesetzt Moderne Verfahren/Methoden 13

14 Konstantin Kirsch – Anwendungen der Geophysik in der Archäologie | Moderne Verfahren/Methoden 14

15 Konstantin Kirsch – Anwendungen der Geophysik in der Archäologie | Moderne Verfahren/Methoden 15

16 Konstantin Kirsch – Anwendungen der Geophysik in der Archäologie | Geoelektrik Moderne Verfahren/Methoden 16 Messonden in Wenner- Anordnung in Olympia Geoelektrische 2D Tomographie Länge: 100m, Tiefe: 9m

17 Konstantin Kirsch – Anwendungen der Geophysik in der Archäologie | Georadar Untersuchte Eigenschaft: – Dielektrische Leitfähigkeit (beschreibt Durchlässigkeit eines Material für elektr. Felder) Methode: – Begehung eines Areals mit einem GPR-Sensor (Geo-Penetrating- Radar) – Kartierung der Laufzeit elektromagnetischer Impulse durch oberflächennahen Untergrund Einsatzbereich: – Hauptsächlich Rohstoffexploration – Leitungsverlauf und Altlasten-Erkundung – In Archäologie: Für die Planung der Ausgrabungsstellen Gruben- und Gräberlokalisierung Moderne Verfahren/Methoden 17

18 Konstantin Kirsch – Anwendungen der Geophysik in der Archäologie | Georadar Funktionsprinzip: Elektromagnetische Wellen von Sender S Wellenausbreitung abhängig von σ und ε An Materialgrenzen wird Signal als Echo zum Empfänger reflektiert Gleichzeitig wird das Signal an der Grenze gebrochen/abgelenkt (breitet sich in nächster Schicht aus) Position (Tiefe) der Objekte berechnet sich über Wellengeschwindigkeit v und Laufzeit t Moderne Verfahren/Methoden 18

19 Konstantin Kirsch – Anwendungen der Geophysik in der Archäologie | Georadar Dokumentierte Römische Siedlung Bereits vielfach getätigte Ausgrabungen vorhanden Vermutete römische Villa im markierten Bereich Moderne Verfahren/Methoden 19 Luftbild Ortschaft Nußdorf-Debant, Österreich Georadarmessung; Vermutete Funde: Osten: Badehaus, Westen-Mitte: Villa

20 Konstantin Kirsch – Anwendungen der Geophysik in der Archäologie | Georadar Moderne Verfahren/Methoden 20 Ausgrabungsstelle, Villa mit erhaltenen Wänden und Mosaikfußboden

21 Konstantin Kirsch – Anwendungen der Geophysik in der Archäologie | Thermische Prospektion Untersuchte Eigenschaft: Temperaturgradienten Methode und Einsatzbereich: – Im Bodenbefindliche Strukturen unterscheiden sich in den thermischen Eigenschaften vom umgebenden Boden (Wärmeleitfähigkeit, Wärmespeicherkapazität) – Bei konst. Perioden der Erwärmung/Abkühlung über mehrere Tage lässt sich diese Eigenschaft mithilfe von Wärmebildkameras untersuchen – Boden über einer Struktur kühlt/erwärmt sich langsamer als der umgebende Erdboden Ergänzende Verfahren 21

22 Konstantin Kirsch – Anwendungen der Geophysik in der Archäologie | Thermische Prospektion Thermische Materialunterschiede führen zu Temperaturunterschieden auf der Erdoberfläche Ergänzende Verfahren 22 Schematische Darstellung des Prinzips thermischer Unterschiede im Untergrund

23 Konstantin Kirsch – Anwendungen der Geophysik in der Archäologie | Thermische Prospektion Ergänzende Verfahren 23 Wärmebild eines Feldes – Strukturen im Untergrund sind erkennbar

24 Konstantin Kirsch – Anwendungen der Geophysik in der Archäologie | Thermische Prospektion Grenzen des Verfahrens: – Thermische Prospektion in der Regel durch Fotografieren mit Wärmebildkameras aus einem Vorbeiflug – Problematisch, da Flugzeug in Höhe von 20 – 60 Metern fliegen muss (bei Detailfotografie von einzelnen Räumen) – Bereich muss schnell fokussiert werden, Bilder können verwackeln – Mögliche Lösung: Thermografieaufnahmen aus Helikopter Ergänzende Verfahren 24

25 Konstantin Kirsch – Anwendungen der Geophysik in der Archäologie | Kleinskalige Suszeptibilitätsmessung Untersuchte Eigenschaft: Suszeptibilität Methode und Einsatzbereich: – Untersuchung von Bereichen die eine Anomalie bei der Geomagnetischen Messung aufweisen, allerdings keine archäologischen Fundstücke enthalten (ghost features) – Bereich kann in Befunde eingegrenzt werden, die für die Anomalie verantwortlich sind – Wenn Anomalie, aber keine Fundstücke vorhanden – Messung der Suszeptibilität selbst (Magnetisierbarkeit von Materie in einem externen Magnetfeld) – Im Vergleich: Geomagnetik misst den Einfluss von Verfüllung auf das Erdmagnetfeld und findet somit Anomalien Ergänzende Verfahren 25

26 Konstantin Kirsch – Anwendungen der Geophysik in der Archäologie | Kleinskalige Suszeptibilitätsmessung Moderne Verfahren/Techniken 26 Einsatz eines Kappameters während einer Ausgrabung

27 Konstantin Kirsch – Anwendungen der Geophysik in der Archäologie | Zusammenfassung Vielfältige Einsatzmöglichkeiten der Geophysik – Archäologie, Altlastenerkennung, Grundwasserführung, etc. Kostengünstige Methode zur Erkundung möglicher Fundstellen Radarmessung am kostenintensivsten, sollte nur bei sehr großen Flächen genutzt werden Einzelne Methoden ergänzen sich (z.B.: Geomagnetik und Geoelektrik) 27

28 Konstantin Kirsch – Anwendungen der Geophysik in der Archäologie | Quellen Geoarchäologische Prospektion in Olympia: Geoelektrik Geophysikalische Untersuchungsmethoden in der Archäologie Archäologische Forschungen in Nußdorf-Debant nussdorf-debant/nussdorf.html Archäologische Prospektion in Fidvár bei Vráble, Slowakai Thermische Prospektion Volumenvisualisierung von Georadardaten 28


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