Archäomagnetismus. Yannik Dörner. GGE - Institute for Applied Geophysics and Geothermal Energy. GGE Applied Geophysics and Geothermal Energy

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1 Yannik Dörner Archäomagnetismus GGE - Institute for Applied Geophysics and Geothermal Energy

2 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Einleitung Hauptteil Prospektion in der Archäologie Luftbildarchäologie Geophysikalische Prospektionsmethoden Bedeutung der Geomagnetik für die Archäologie Grundlagen der Geomagnetik Einfluss archäologischer Strukturen auf das Erdmagnetfeld Messung auf dem Feld Visualisierung der Messergebnisse als Bild Verschiedene Arten von Messfehlern Zusammenfassung 2/26

3 Einleitung Thematische Vorbereitung auf die Bachelorarbeit Allgemeine Prospektion in der Archäologie Geomagnetische Prospektion -> Archäomagnetismus 3/26

4 Prospektion in der Archäologie Prospektion = Dokumentation und Inventarisierung von Bodendenkmälern Pflichtaufgabe vieler europäischen Länder Großteil der Bodendenkmäler unterirdisch (Wälle, Überreste von Gebäuden) Problem: Wie erkennt man unterirdische Bodendenkmäler? 4/26

5 Luftbildarchäologie Bekannte Methode um größere Flächen auf Bodendenkmäler zu untersuchen Aus der Luft werden Bodenaufnahmen angefertigt Bodendenkmäler beeinflussen Vegetation Vegetationsanomalien Mauern verlangsamen den Wachstum Gräben erhöhen den Wachstum Abb.1: Der römische Gutshof bei Walting. 5/26

6 Geophysikalische Prospektionsmethoden Kleinräumiger Bereich der Erde wird auf eine oder mehrere physikalische Eigenschaften geprüft Aktive Methoden = Georadar = Geoelektrik Passive Methoden = Geothermie = Geomagnetik Suche nach zusammenhängenden Anomalien in einer sonst homogenen Struktur Problem bei übereinanderliegenden Zeitepochen oder starke Beeinflussung des Bodens (neue Industriegebiete o.ä.) Herausforderung des Archäologen die richtige Methode oder Kombination von Methoden zu wählen um ein gutes Ergebnis zu erhalten 6/26

7 Bedeutung der Geomagnetik für die Archäologie Passive Prospektionsmethode Lange Entwicklungszeit Bodendenkmäler beeinflussen das Erdmagnetfeld minimal 7/26

8 Grundlagen der Geomagnetik Magnetismus ist eine Kraft welche durch Magneten oder bewegte elektrische Ladung erzeugt wird Magnetfeld beeinflusst nur Magneten oder magnetisierbare Gegenstände Abb. 2: Skizzierte Darstellung des Magnetfeldes eines Stabmagneten 8/26

9 Grundlagen der Geomagnetik Erde ist auch von einem Magnetfeld umgeben Magnetosphäre der Erde =Bereich der hauptsächlich von dem Erdmagnetfeld beeinflusst wird. Erzeugt durch elektrische Ströme im äußeren Kern der Erde Vereinfacht als Dipol zu betrachten Abb.3: Skizze des Erdmagnetfelds 9/26

10 Grundlagen der Geomagnetik Sonnenwind Von der Sonne ausgehend ein Strom geladener Teilchen Reduziert die Sonnen zugewandte Seite der Magnetosphäre der Erde auf grob 10 Erdradien Streckt die sonnenabgewandte Seite der Magnetosphäre auf 100 Erdradien Abb. 4: Einwirkung des Sonnenwinds auf die Magnetosphäre des Erdmagnetfelds. 10/26

11 Grundlagen der Geomagnetik Tesla Magnetische Flussdichte Messwerte auf der Erde Ca. 50 µt in Deutschland Ca. 22 µt vor der brasilianischen Küste Ca. 3T bei einem MRT (Kernspintomographie) 11/26

12 Einfluss archäologischer Strukturen auf das Erdmagnetfeld Bodendenkmäler beeinflussen das Erdmagnetfeld im Nanotesla-Bereich Sehr genaue Messinstrumente werden benötigt Hitze Verändert die Magnetisierung des Gegenstands Viele Baumaterialen mit Hitze bearbeitet ( Ziegelmauer, Ton) Erzeugt Anomalien in der Messung Rückschlüsse auf Gebäude, Wälle etc. Abb. 5: Ausbildung des thermoremanenten Magnetismus von Ton beim Brennvorgang 12/26

13 Einfluss archäologischer Strukturen auf das Erdmagnetfeld Feuer als Verursacher von Anomalien in der Geomagnetik Erhöht die Magnetisierung der Oberflächenschicht Oberflächenschicht sammelt sich in Gräben Erzeugt eine Anomalie in der Messung 13/26

14 Einfluss archäologischer Strukturen auf das Erdmagnetfeld Bakterien Erst entdeckt als die Messgeräte genauer wurden Angezogen von nassem Holz (Nahrung) Große Ansammlung von Eisenoxid (Magnetit/Maghemit) Rückschlüsse auf Holzwälle, allgemeine Holzbauten 14/26

15 Messung auf dem Feld Vorbereitung Luftbilder, passendes Kartenmaterial Erlaubnis vom Gebietsbesitzer besorgen Störkörper entfernen 15/26

16 Messung auf dem Feld Einteilung des Messgebiets in rechteckige Teilflächen Fehler vermeiden mithilfe von Messleinen und Holzleisten oder ein dgps benutzen Abb. 6: Skizze der Teilflächen und schematischer Darstellung des Messablaufs 16/26

17 Messung auf dem Feld Mit dem Messgerät die Messflächen ablaufen/abfahren Abb. 7:Messung mit Messwagen Abb. 6: Messung zu Fuß Abb. 8: Messwagen gezogen von einem Quad-Bike 17/26

18 Messung auf dem Feld Messergebnisse dokumentieren Skizze vom dem Messgebiet Ohne GPS =Informationsfile für jedes Teilgebiet (Kommentare, Fehlerquellen) =Binärfiles beinhalten die Messdaten =1 Beschreibungsfile je Binärfile, welches die genauen Koordinaten, Kommentare etc. beinhaltet Mit GPS =Uhrzeiten von dem Messgerät und dem dgps syncronisieren =Mit Hilfe von der Zeit die Messergebnisse und die GPS-Daten zusammenführen 18/26

19 Visualisierung der Messergebnisse als Bild Magnetogramm, Bild aus geomagnetischen Messergebnissen. 3D-Bild, Farbbild, graustufiges Bild Kontrast ausschlaggebend um Anomalien festzustellen Graustufiges Bild bewährt um Anomalien zu entdecken Abb.9: Kreisgrabenanlage (KGA) Steinabrunn in Niederösterreich 19/26

20 Visualisierung der Messergebnisse als Bild Graustufenbild (256 Graustufen) Jeder Pixel wird einem Messungspunkt zugeordnet Graustufe 128 = Median der Messwerte Meistens Gradienten verwendet, da die Kontraste wichtig sind 1 Graustufe = 0,1 nt (+-12,6nT darstellbar) Graustufen 1 und 254 für die Darstellung von Ausreißern benutzt 255 wird genutzt um nicht messbare Stellen zu markieren Abb. 10:Keltischer Grabhügel 20/26

21 Verschiedene Arten von Messfehlern Subgrid shifts Unterschiedliche Mediane bei den verschiedenen Teilflächen Teilflächen werden zu unterschiedlichen Zeiten gemessen =Minimale Beeinflussung durch Wetter (Luftfeuchtigkeit/Temperatur) =Innerhalb eines Tages minimale Wertunterschied Differenz des globalen Median und lokalen Median errechnen und auf den lokale Median addieren. Line shifts Unterschiedlicher Abstand zum Boden (unebener Boden / Acker) Vermeiden durch ebnen der Messstelle (Kostenfrage / Grundstückbesitzer) 21/26

22 Zusammenfassung Archäologie allgemein erfasst Grundverständnis für die magnetische Prospektion geschaffen Vorgehensweise für eine Messung erläutert Auswertung der Messergebnisse erläutert 22/26