Prospektion

Das Fach Ur- und Frühgeschichte der Ruhr-Universität Bochum beschäftigt sich schon seit längerer Zeit mit verschiedenen Prospektionsverfahren, wie der Luftbildarchäologie und der magnetischen Prospektion archäologischer Fundstellen. Seit Sommer 2010 wird im Rahmen des Projektes „Prospektion und Siedlungsarchäologie in Westfalen“ diese Arbeit vertieft und ausgebaut. Das Augenmerk wird hierbei auf die Kombination der verschiedenen archäologischen Prospektionsmethoden gelegt, wie:
 

  • Luftbildarchäologie
  • Airborne Laserscanning
  • Geomagnetik
  • Georadar
  • bodenkundliche Untersuchungen und 14C-Datierung
  • Geodäsie

 

5-Kanal Sensor-Messgerät (Sensys Version 1.x)
Abb. 02: 5-Kanal Sensor-Messgerät (Sensys Version 1.x).


AirborneLaserscanning

Das LIDAR (Light Detection And Ranging) oder auch Airborne Laserscanning genannte Messverfahren basiert auf flugzeuggestützten Geländescans zu Erstellung digitaler Geländemodelle, die ein detailliertes Abbild der Geländeoberfläche, auch in dichtbewaldeten Regionen liefern. Das System basiert auf der Aussendung von Laserstrahlen in regelmäßigen Abständen und kann so große Flächen in sehr kurzer Zeit erfassen. Der Laser ist dabei am Flugzeugboden installiert und die Laserstrahlen werden vom Erdboden, der Vegetation und der Bebauung reflektiert. Aus der Berechnung von Winkel und Laufzeit des Laserstrahls können die Einzelpunkte der Messung im dreidimensionalen Raum erstellt werden.

Geophysikalische Prospektion

Die geophysikalische Prospektion nutz die physikalischen Eigenschaften der Erde oder des oberflächennahen Untergrundes wie das Erdmagnetfeld, die elektrische Leitfähigkeit des Bodens, das Schwerefeld der Erde, thermische Eigenschaften, Ausbreitungsgeschwindigkeiten von Erschütterungswellen oder akustischen Signalen, elektromagnetische Phänomene oder die natürliche radioaktive Strahlung. Bereits im 19. Jh. erkannte man, dass Keramik und gebrannter Ton schwach magnetisch waren. 1955 entdeckte Le Borgne die stärkere Magnetisierbarkeit des Oberflächenbodens. 1964 wurde von J. C. Alldred das erste Fluxgategradiometer für die Archäologie entwickelt und eingesetzt. Wie bei der Luftbildarchäologie wurden die Messverfahren nachfolgend optimiert, verfeinert und vereinfacht .
Zu den wichtigsten geophysikalischen Prospektionsmethoden in der Archäologie
gehören: Geomagnetik, Geoelektrik und Bodenradar, wobei die geomagnetische Prospektion und Bodenradarmessungen am Institut für Archäologische Wissenschaften verwendet werden.

Geomagnetische Prospektion

Die Geomagnetische Prospektion eignet sich besonders, um z. B. Siedlungsstrukturen, wie Gräben, Gruben, Pfostenlöcher und Hausgrundrisse zu finden und ist eine zerstörungsfreie Methode, die keinen Eingriff in das Erdreich erforderlich macht. Bei der Magnetprospektion werden die verschiedenen Einflüsse untersucht, die unterschiedliche Materialien unter der Oberfläche im Unterschied zu ihrer ungestörten Umgebung auf das Erdmagnetfeld haben. Wir verwenden zum einen ein hoch stabiles Fluxgategradiometer, Grad601 (Bartington Instruments) mit einem Sensor, das auch tiefer liegende Anomalien gut erfassen kann (Abb. 01). In dem Messstab sind zwei Messsensoren übereinander angeordnet, die jeweils das Magnetfeld erfassen und die Differenz der Messungen beider Sensoren als Graustufenbild in Nanoteslar (nT) darstellen. Mit diesem Fluxgategradiometer wird in 0,25, 0,5 und 1,0 Meter-Abständen gemessen.
Mit dem Messgerät des Instituts wird normalerweise im 1,0 Meter-Abstand gemessen. Mit dem Gerät ist lediglich die Untersuchung von maximal 40 × 40 Meter großen Messfeldern (Grids) möglich. Das zweite Messgerät (Abb. 02) ist ein 5-Kanal Sensor (Sensys Version 1.x). Der Vorteil gegenüber dem Ein-Sensor-Messsytem liegt in der gesteigerten Gridgröße, denn hier ist eine Fläche von maximal 50×50 Meter messbar, und vor allem in einer deutlich gesteigerten Messgeschwindigkeit. Die bearbeiteten Graustufenbilder werden mit verschiedenen thematischen Karten in ArcGIS (ESRI) verknüpft, was die Grundlage zur Erstellung diverser Pläne und der übergreifenden Fundstellenauswertung bildet.

hoch stabiles Fluxgategradiometer, Grad601 (Bartington Instruments) mit einem Sensor
Abb.01: hoch stabiles Fluxgategradiometer, Grad601 (Bartington Instruments) mit einem Sensor.


Bodenradar

Das verwendete Bodenradargerät wird von der amerikanischen Firma GSSI (www.geophysikal.com) hergestellt und in Mitteleuropa von der Allied Associates (www.allied-associates.co.uk/files/contactus.html) vertrieben. Das Messsystem bestehend aus einer Antenne und einem portablen Computer, erlauben es, elektromagnetische Wellen anzuregen, die sich im Untergrund ausbreiten und dort an elektromagnetischen Diskontinuitäten (z.B. geologische Schichtgrenzen) und anderem reflektiert werden. Wellen, die auf Grund ihres Laufweges wieder zur Antenne propagieren, können schließlich digital aufgezeichnet werden. Mit Hilfe der Kenntnis von Laufzeit und Wellengeschwindigkeit lässt sich die Tiefe eines Reflektors bestimmen. Auflösungsvermögen und Eindringtiefe von elektromagnetischen Radarwellen wirken einander entgegen. Hohe Frequenzen entsprechen einer kleinen Wellenlänge, die wiederum kleinere Heterogenitäten im Untergrund auflösen können. Gleichzeitig werden hochfrequente Wellen stärker gedämpft als niedrigfrequente Wellen, sodass die Eindringtiefe im Vergleich geringer ist. Aus diesem Grund wurden für die Bodenradarmessungen sowohl eine 200 MHz als auch eine 400 MHz Antenne verwendet, die bei durchschnittlichen Untergrundverhältnissen ein vertikales räumliches Auflösungsvermögen von etwa einem bzw. einem halben Dezimeter aufweisen und eine Eindringtiefe von einem bis zu einigen Metern gewährleisten. Während der Bodenradarmessung wir die Antenne entlang der Profillinie über den Boden gezogen. Die Wegstrecke wird über ein Laufrad gemessen. Unterschiedliche Bodenverhältnisse an verschiedenen Lokalitäten werden durch die jeweilige Kalibrierung des Laufrades berücksichtigt. Zur Auswertung der Amplituden-Zeit-Spuren wird das Programm ReflexW (www.sandmeier-geo.de) verwendet. ReflexW ermöglicht es, Profile zweidimensional darzustellen und Sektionen mehrerer parallel verlaufender Profile dreidimensional auszuwerten.

Bodenkundliche Untersuchungen und 14C-Datierung

Die bodenkundlichen Untersuchungen werden in erster Linie angewandt, um die in der Geomagnetik gemessenen Anomalien detailliert ansprechen zu können, aber auch um den Aufbau der einzelnen Schichten im Untergrund zu erfahren. Im Projekt werden die bodenkundlichen Untersuchungen durch Dipl.-Geogr. K. Röttger durchgeführt. Hierbei wird ein Hohlmeißelbohrer (Pürckhauer) mit einem Schonhammer per Hand in den Boden gerammt. Der Bohrstock hat einen Durchmesser von ca. 2 cm und kann bis in eine Tiefe von 2,50 m verlängert werden. Nach dem Eintreiben in den Boden muss der Bohrstock manuell gezogen werden. Anhand des nun entstandenen Bohrprofils kann der Aufbau des Untergrundes beschrieben und Kulturschichten erkannt oder Anomalien aus den Graustufenbildern der Geomagnetik klarer gedeutet werden. Stellenweise werden aus dem Bohrstock gewonnenen ausgewählte Proben (Holzkohle, Knochen etc.) zur AMS-14C-Datierung nach Zürich (Laboratory of Beam Physics Radiocarbon Dating) weitergeleitet: Unter der Leitung von Dr. I. Hajdas konnten zehn Proben von der Fundstelle Corvey untersucht werden.

Geodäsie

Die notwendigen Vermessungen finden in der Regel mit dem Tachymeter (Zeiss, Rec Elta 13c) statt, wobei in diesem Projekt die Erfassung im Gauss-Krüger-System erfolgt. Die Daten können allerdings auch in jedes gewünschte Koordinatensystem z. B. UTM umprojeziert werden. Die Vermessungen werden parallel zu den geomagnetischen sowie bodenkundlichen Arbeiten durchgeführt. Wichtig ist, zur qualifizierten Interpretation insbesondere der Magnetogramme, Geländestrukturen und sonstige wichtige Strukturen aufzumessen und ebenfalls in das GIS einzupflegen.

Publikationen