Συγκριτική αξιολόγηση των μεθόδων για αρχαιολογικές διασκοπήσεις
Από RemoteSensing Wiki
Πρωτότυπος Τίτλος: Παρουσίαση και συγκριτική αξιολόγηση των μεθόδων για αρχαιολογικές διασκοπήσεις
Συγγραφείς: ΖΑΧΑΡΗ ΑΧΙΛΛΕΟΠΟΥΛΟΥ
Πηγή: https://hellanicus.lib.aegean.gr/handle/11610/19015
Λέξεις κλειδιά: διασκόπηση, φωτογραμμετρία, αρχαιολογία, τηλεπισκόπηση, αεροφωτογραφίες, δορυφορικές εικόνες
Αντικείμενο Εφαρμογής: Συγκριτική αξιολόγηση των μεθόδων αρχαιολογικών διασκοπήσεων
Περίληψη
Καθώς αναπτύσσεται η τεχνολογία, η συμμετοχή της σαν εργαλείο για τη μελέτη του περιβάλλοντος, του παγκόσμιου κλίματος και το σχεδιασμό αναπτυξιακών και παραγωγικών δραστηριοτήτων είναι πολύ μεγάλη. Πιο συγκεκριμένα, τα τελευταία χρόνια η δορυφορική παρατήρηση της Γης είναι εξαιρετικά σημαντική σε πάρα πολλούς τομείς και δη στην αρχαιολογία. Για τον εντοπισμό νέων αρχαιολογικών θέσεων ή ερμηνεία και κατανόηση ήδη γνωστών, χρησιμοποιούνται πολλές νέες μέθοδοι που μας έχει προσφέρει η φυσική επιστήμη. Αυτές είναι η Τηλεπισκόπηση, τα Γεωραντάρ, η βαρυτομετρική μέθοδος, η ηλεκτρική μέθοδος, η μαγνητική διασκόπηση, οι σεισμικές μέθοδοι και τα ηχοβολιστικά υποβρύχιων ερευνών.
Εισαγωγή
Οι γεωφυσικές τεχνικές αναπτύχθηκαν αρχικά για γεωλογικές εφαρμογές. Ωστόσο, τις δεκαετίες του 1940 και 1950 στην Ευρώπη και ιδιαίτερα στη Μ.Βρετανία, άρχισαν να χρησιμοποιούνται και στις αρχαιολογικές έρευνες με αποτέλεσμα να δημιουργηθεί ειδική υποκατηγορία, η «αρχαιολογική γεωφυσική». Η εφαρμογή αυτών των μεθόδων άνθισε τη δεκαετία του 1960 με την εφεύρεση ευέλικτων οργάνων μέτρησης. Τότε ξεκίνησε και η αυτόματη ψηφιακή καταγραφή των μετρήσεων, ενώ σήμερα με την εξέλιξη της πληροφορικής, η συλλογή των γεωφυσικών δεδομένων είναι πλήρως ψηφιακή και ο όγκος αυτών τεράστιος. Οι αρχαιότητες αποτελούν διαταράξεις στην ομοιογένεια των ανωτέρων στρωμάτων της Γης και έτσι προκαλούν ανωμαλίες σε φυσικά ή τεχνητά πεδία. Οι ανωμαλίες αυτές καταγράφονται με τη βοήθεια των κατάλληλων οργάνων, επεξεργάζονται και τελικά παρουσιάζεται μια χαρτογράφηση των υπεδαφικών αρχιτεκτονικών λειψάνων. Ο γεωφυσικός που χαρτογραφεί χρησιμοποιώντας τις διάφορες μεθόδους, λαμβάνει υπόψιν του τις διαφοροποιήσεις των τιμών. Η δειγματοληψία γίνεται σε τομές με ορισμένη και σταθερή απόσταση μεταξύ τους, το «δίκτυο», που συνήθως είναι μεταξύ 0,5m και 1m. Οι παράγοντες που καθορίζουν την πυκνότητα της δειγματοληψίας είναι τρεις: το είδος, το μέγεθος και το βάθος.
Μέθοδοι
Αεροφωτογραφία Οι φωτογραφίες από αέρος ήταν η πρώτη από τις νέες μεθόδους που χρησιμοποιήθηκαν στην αρχαιολογία. Η λήψη πλάγιων και κατακόρυφων φωτογραφιών (εικ.1) έδινε τη δυνατότητα για φωτοερμηνεία (αναγνώριση και προσδιορισμό χαρακτηριστικών μέσω ανάλυσης και ερμηνείας της εικόνας) και εξαγωγή συμπερασμάτων και χρήσιμων πληροφοριών. Χρησιμοποιείται έως και σήμερα ως μέθοδος.
Τηλεπισκόπηση Τηλεπισκόπηση είναι η συλλογή πληροφοριών αντικειμένων από τη γήινη επιφάνεια, από αισθητήρες που βρίσκονται σε δορυφόρους, είναι δηλαδή μακριά (τηλε-). Τα τελευταία χρόνια έχει εξελιχθεί σε σημαντικό εργαλείο για τη μελέτη της αρχαιολογίας, καθώς δίνει αξιόπιστα αποτελέσματα και μια ολοκληρωμένη εικόνα της περιοχής μελέτης, σε σύντομο χρονικό διάστημα, με μικρό κόστος και σε μέρη που μπορεί να είναι δύσκολη η πρόσβαση. Η δε μεθοδολογία της βασίζεται σε δύο βήματα: την ανάλυση και την ερμηνεία. Η αρχαιολογική τηλεπισκόπηση βασίζεται είτε σε παθητική απεικόνιση είτε σε ενεργή τεχνική ανίχνευσης, την Airborne Laser Scanning (ALS). «Παθητικά» ονομάζονται τα συστήματα που καταγράφουν τη φυσική ακτινοβολία (π.χ. ήλιος) και «ενεργητικά» εκείνα που καταγράφουν την εκπεμπόμενη από τα ίδια ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία ή από κάποια άλλη εξωτερική πηγή. Οι γεωστατικοί δορυφόροι βρίσκονται σε τροχιά περίπου στα 36.000km και επειδή έχουν την ίδια σχεδόν ταχύτητα με τη Γη, δίνουν την εντύπωση πως είναι στατικοί. Άλλοι δορυφόροι ακολουθούν την σχεδόν πολική ή ηλιοσύγχρονη τροχιά, η οποία τους δίνει τη δυνατότητα να καλύπτουν το μεγαλύτερο τμήμα της επιφάνειας της γης σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή, με σταθερό φωτισμό και έτσι διευκολύνονται οι συγκρίσεις για την ίδια εποχή (εικ.2). Για να εφαρμοστεί η τηλεπισκόπηση, χρειάζονται πληροφορίες από πολλές και διαφορετικές περιοχές του φάσματος, που παρέχονται από ποικίλους αισθητήρες όπως: αισθητήρες καταγραφής (sensors), που μπορεί να είναι φωτογραφικοί ή ψηφιακοί, ενεργητικοί ή παθητικοί, κάμερες με φιλμ για κάλυψη ορατού και κοντινού υπέρυθρου φάσματος, Ραντάρ Συνθετικού Ανοίγματος (SAR), το οποίο καλύπτει το μικροκυματικό φάσμα. Καθένα από αυτά έχει συγκεκριμένα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Επίσης πολύ σημαντικό ρόλο έχει η χωρική διακριτική ικανότητα μιας παραγόμενης εικόνας, η ελάχιστη δηλαδή απόσταση μεταξύ δύο αντικειμένων στην οποία οι διαστάσεις τους φαίνονται χωριστά και καθαρά (pixel). Τέλος, συνδυάζοντας τα διάφορα φασματικά κανάλια, δημιουργούνται πολυφασματικές εικόνες με βελτιωμένη ευαισθησία στη φασματική ανάκλαση, οι οποίες είναι πολύ χρήσιμες για την φωτοερμηνεία και εξαγωγή συμπερασμάτων.
Ηλεκτρομαγνητική μέθοδος (Γεωραντάρ) Το Γεωραντάρ είναι μια σύγχρονη τεχνική γεωφυσικής έρευνας. Λειτουργεί με την εκπομπή ηλεκτρομαγνητικών παλμών που διαδίδονται στο υπέδαφος (εικ.3). Όταν αυτά συναντήσουν μια διαχωριστική επιφάνεια μεταξύ δύο μέσων με διαφορετικές διηλεκτρικές ιδιότητες, τότε ένα μέρος της ενέργειάς τους ανακλάται από τη διεπιφάνεια και η υπολειπόμενη ενέργεια του παλμού συνεχίζει προς το βαθύτερο υλικό. Οι παράμετροι που πρέπει να λαμβάνονται υπόψιν είναι το βάθος διασκόπησης, η αντίθεση ηλεκτρικών και μαγνητικών ιδιοτήτων μεταξύ των διαφορετικών υλικών που δομούν το υπέδαφος και η επιθυμητή διακριτική ανάλυση. Το τελευταίο εξαρτάται από την ταχύτητα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και τη διαφορά ηλεκτρικής αγωγιμότητας μεταξύ των υλικών του υπεδάφους. Παραδείγματα εφαρμογής είναι στη συντήρηση μνημείων, στην εξέταση αρχαίων ψηφιδωτών δαπέδων, στον εντοπισμό αρχαίων κτισμάτων και αλλού.
Βαρυτομετρική Μέθοδος Η Βαρυτομετρική μέθοδος βασίζεται στη διαφορά της πυκνότητας μεταξύ των πετρωμάτων. Οι διαφορές της πυκνότητας στο υπέδαφος επιδρούν στην κατανομή της έντασης βαρύτητας στην επιφάνεια της Γης. Συμπεραίνουμε πως ορισμένα μεταλλεύματα, λόγω της μεγαλύτερης πυκνότητάς τους, προκαλούν διαφορές βαρύτητας σε σύγκριση με την πυκνότητα των πετρωμάτων που τα περιβάλλουν. Όταν γειτονικά πετρώματα έχουν διαφορετικές πυκνότητες, παρατηρούνται επίσης διαφορές στη βαρύτητα, ειδικά στις περιπτώσεις στις οποίες συντρέχουν και τεκτονικοί λόγοι. Πολύ μεγάλη δυσκολία αποτελεί το γεγονός ότι είναι εξαιρετικά δύσκολο να κατασκευαστούν όργανα τα οποία να μπορούν να μετρήσουν τις απειροελάχιστες μεταβολές της βαρύτητας που αποτελεί και το τελικό ζητούμενο στις γεωφυσικές διασκοπήσεις. Οι βαρυτομετρικές ανήκουν στις παθητικές διασκοπήσεις, καθώς περιλαμβάνουν μετρήσεις φυσικών πεδίων ή ιδιοτήτων της γης.
Γεωηλεκτρική Μέθοδος Οι ηλεκτρικές μέθοδοι έχουν ως στόχο τον προσδιορισμό των ηλεκτρικών ιδιοτήτων των επιφανειακών στρωμάτων του φλοιού της Γης. Η μετρούμενη ποσότητα είναι η ηλεκτρική τάση, από την οποία επιδιώκεται ο καθορισμός της ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης και της κατανομής των τιμών της μέσα στα επιφανειακά στρώματα του εδάφους, ανάλογα με το είδος και τη φυσική τους κατάσταση. Στα ξηρά εδάφη και στα συμπαγή πετρώματα, η ηλεκτρική αγωγιμότητα είναι μικρή, ενώ στα υγρά εδάφη και στα πορώδη πετρώματα έχει μεγάλες τιμές. Συνεπώς, η μέτρηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας ή της ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης των πετρωμάτων, δύναται να μας βοηθήσει να εκτιμήσουμε τη σύσταση των στρωμάτων του υπεδάφους. Παρόλα αυτά, η εφαρμογή των ηλεκτρικών μεθόδων περιορίζεται στην έρευνα γεωλογικών στρωμάτων μικρού σχετικά βάθους, διότι η διαχωριστική ικανότητα των ηλεκτρικών μεθόδων ελαττώνεται αισθητά όσο μεγαλώνει το βάθος των προς διάκριση σχηματισμών. Σαν μέθοδος ανήκει στις ενεργητικές διασκοπήσεις.
Μαγνητική Μέθοδος Η Μαγνητική διασκόπηση είναι μια παθητική τεχνική με την οποία μπορούν να μετρηθούν μικρές μεταβολές (ανωμαλίες) στη βαθμίδα του γήινου μαγνητικού πεδίου. Οι ανωμαλίες προέρχονται από τις μεταβολές στην μαγνητική επιδεκτικότητα των θαμμένων αντικειμένων, οι οποίες συμβαίνουν όταν π.χ. υλικά πλούσια σε σίδηρο σχηματίζουν πιο ισχυρές σιδηρομαγνητικές δομές. Αυτή η μαγνητική ενίσχυση σχετίζεται συχνά με το ψήσιμο του υλικού, αν και πιο εκλεπτυσμένες ανόργανες μεταβολές ή οφειλόμενες σε βακτήρια μπορούν να συμβούν κάτω από κατάλληλες συνθήκες του εδάφους. Τέτοιες συνθήκες συμβαίνουν φυσιολογικά στα περισσότερα επιφανειακά εδάφη που περιέχουν αρχαιολογικού ενδιαφέροντος υλικά, και δίνουν αδιάψευστες μαγνητικές διαταράξεις.
Σεισμική Μέθοδος Η σεισμική διάθλαση ήταν η πρώτη σεισμική μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε και στηρίχθηκε στο γεγονός ότι οι ταχύτητες των σεισμικών κυμάτων διαφέρουν από πέτρωμα σε πέτρωμα και οι ταχύτητες των απευθείας σεισμικών κυμάτων μπορούν να υπολογιστούν από τους χρόνους διαδρομής. Γενικώς, η αρχή στην οποία βασίζονται οι σεισμικές μέθοδοι είναι το ότι τα τεχνητά ελαστικά κύματα, κινούνται στο υπέδαφος με ταχύτητα η οποία εξαρτάται από την πυκνότητα και τις ελαστικές ιδιότητες των πετρωμάτων και εμφανίζουν τις κλασσικές κυματικές ιδιότητες (ανάκλαση, διάθλαση, περίθλαση) βοηθώντας στον εντοπισμό των διαχωριστικών επιφανειών. Οι κυριότερες εξ αυτών είναι η Σεισμική Διάθλαση (Refraction Seismology) και η Σεισμική Ανάκλαση (Reflection Seismology) (εικ.4).
Ηχοβολιστικά Υπόγειων και Υποβρύχιων Ερευνών Η υποβρύχια αρχαιολογία, όπως ονομάζεται, αντλεί αρχικά τις πληροφορίες της από γραπτές μαρτυρίες, ανάλογα με την εκάστοτε ιστορική περίοδο που μελετάται. Ωστόσο αυτό για προϊστορικές περιόδους δεν είναι εφικτό. Όταν ορισθεί η περιοχή έρευνας χρησιμοποιούνται κάποια εργαλεία για τη συλλογή πληροφοριών. Το πιο διαδεδομένο σήμερα είναι ο ηχοβολιστής πλευρικής σάρωσης (side scan sonar) (εικ.5). Η υποβρύχια αρχαιολογία έχει κοινές μεθόδους με τη χερσαία, άλλα έχει αναπτύξει και τις δικές της τεχνικές. Χρησιμοποιεί δορυφορικά συστήματα προσδιορισμού θέσης (GPS), βαθύμετρο, δηλαδή με ηχητικά κύματα (sonar) και ηχοβολιστικές συσκευές, τομογράφο υποεπιφανειακής δομής του πυθμένα, ηχοβολιστική τορπίλη πομποδεκτών (towfish), θαλάσσιο μαγνητόμετρο και κατευθυνόμενο βαθυσκάφος.
Συμπεράσματα
Όλες αυτές οι μέθοδοι γεωφυσικής διασκόπησης που έχουν αναπτυχθεί, δύνανται να παράγουν εντυπωσιακά αποτελέσματα όταν εφαρμοστούν στην αρχαιολογία. Προσφέρουν εικόνες των θαμμένων αρχαίων αρχιτεκτονικών κατασκευών, ταφικών μνημείων κλπ, και συμβάλλουν σημαντικά στον καλύτερο σχεδιασμό των ανασκαφών, στη συμπλήρωση των δεδομένων και στην επιτάχυνση της έρευνας, καθώς οι αρχαιολόγοι μπορούν να κατευθυνθούν επιλεκτικά στις περιοχές με το μεγαλύτερο ανασκαφικό ενδιαφέρον. Τέλος, καθιστούν δυνατή τη διερεύνηση μεγάλων εκτάσεων, σε σύντομο χρονικό διάστημα και με μικρό κόστος.
