Ανιχνεύοντας το κρύο: Τηλεπισκόπηση για την παγετωνική αρχαιολογία

Από RemoteSensing Wiki

Πίνακας περιεχομένων 1 Εισαγωγή 2 Μεθοδολογία 3 Αποτελέσματα 4 Συμπεράσματα

Εισαγωγή

Αντικείμενο εφαρμογής είναι η βελτιωμένη ανάλυση και διαθεσιμότητα δεδομένων τηλεπισκόπησης για την τεκμηρίωση και την παρακολούθηση τοποθεσιών σε παγωμένα περιβάλλοντα και η πολύτιμη προσθήκη στις περισσότερες έρευνες πεδίου που αφορούν την παγετωνική αρχαιολογία. Η παρούσα εργασία εντρυφεί στον αναμφισβήτητο αντίκτυπο που έχει αποδειχθεί ότι έχει η παγκόσμια κλιματική αλλαγή στην κρυόσφαιρα της γης, απειλώντας την αρχαιολογική κληρονομιά των κρυογονικών περιβαλλόντων. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να βοηθήσει στην εκτίμηση του κινδύνου και των επιπτώσεων μιας συγκεκριμένης τοποθεσίας και να εντοπίσει περιοχές για επιτόπιες έρευνες με βάση τις φυσικές ιδιότητες διαφορετικών περιβαλλόντων που εφαρμόζεται σε χιόνι και πάγο ξεχωριστά.

Μεθοδολογία

Οι εφαρμογές παγετωνικής τηλεπισκόπησης έγιναν ένα μέσο τεκμηρίωσης στην αρχαιολογία με διαφορετικές πλατφόρμες όπως χαρταετούς, μπαλόνια, αεροπλάνα και πιο πρόσφατα drones. Η μετέπειτα καινοτομία είδε τη μετάβαση από τους φωτοχημικούς αισθητήρες σε ηλεκτρο-οπτικούς αισθητήρες, πιθανώς ο πιο διαδεδομένος τύπος αισθητήρα, ενώ η αεροφωτογραφία και φωτογραμμετρία με βάση drone έχει γίνει μια τυπική μορφή τεκμηρίωσης στην αρχαιολογία πεδίου. Οι θερμικοί υπέρυθροι αισθητήρες σε αντίθεση με τους οπτικούς αισθητήρες λαμβάνουν κύματα χαμηλότερης ενέργειας στο υπέρυθρο τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Πρόκειται ουσιαστικά για αισθητήρες θερμότητας που μετρούν τη θερμοκρασία των επιφανειών. Ευρέως δημοσιοποιημένος τύπος αρχαιολογικής τηλεπισκόπησης είναι το LiDAR, το οποίο εκπέμπει έναν παλμό λέιζερ, μετρώντας το χρόνο μεταξύ εκπομπής και επιστροφής στον αισθητήρα για να υπολογίσει την απόσταση μεταξύ του αισθητήρα και του αντικειμένου της έρευνας. Παρόλο που οι τεχνολογικές εξελίξεις συνεχίζουν να μειώνουν το μέγεθος και την τιμή των αισθητήρων LiDAR παραμένει μια δαπανηρή μορφή συλλογής δεδομένων και η πρωτογενής απόκτηση δεδομένων είναι συχνά ακόμη εκτός των δημοσιονομικών περιορισμών των περισσότερων αρχαιολογικών έργων. Το LiDAR είναι έτσι είναι πιθανό να χρησιμοποιηθεί σε περιοχές όπου έχουν ήδη συλλεχθεί δεδομένα λόγω άλλων στόχων όπως π.χ. μεγάλα κτιριακά έργα ή πρόληψη φυσικών καταστροφών.

Αποτελέσματα

Όσον αφορά την τηλεπισκόπηση χιονιού η χιονοκάλυψη είναι σχετικά εύκολο να εντοπιστεί χρησιμοποιώντας ορατά και κοντινά υπέρυθρα τμήματα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος (Εικόνα 1). Οι πολικές περιοχές μπορούν να μειώσουν τη χρηστικότητα των δεδομένων και ανάλογα με την εφαρμογή εκεί είναι ένας αριθμός συνόλων δεδομένων που πρέπει να ληφθούν υπόψη. Αν και είναι δυνατή η χαρτογράφηση κάλυψης χιονιού μέσω παθητικής τηλεπισκόπησης μικροκυμάτων ανεξάρτητα από το ηλιακό φως, η αδρή ανάλυση αυτού του τύπου δεδομένων το καθιστά ουσιαστικά άχρηστο για αρχαιολογικές εφαρμογές. Σχετικά με την εκτίμηση βάθους χιονιού η μέτρηση έρχεται σε αντίθεση με την περιοχή κάλυψης χιονιού. Το πρώτο σύνολο δεδομένων συλλέγεται όταν η περιοχή ενδιαφέροντος είναι απαλλαγμένη από χιόνι, σχηματίζοντας το έδαφος επίπεδο βάσης, ενώ το δεύτερο σύνολο δεδομένων συλλέγεται όταν η περιοχή ενδιαφέροντος είναι καλυμμένη με χιόνι. Η αφαίρεση των δύο επιφανειών οδηγεί σε μια τυπική έννοια του βάθους του χιονιού. Επίσης μια επιλογή είναι η προτεινόμενη μέθοδος από Jia et al. (2020) που χρησιμοποιεί μια σειρά οκταήμερων μέσων όρων χιονοκάλυψης NDSI και τα αξιολογεί με βάση την παρουσία ή την απουσία χιονιού για ένα μήνα. Αν είναι χιόνι υπάρχει σε ένα εικονοστοιχείο και στους μέσους όρους των οκτώ ημερών, θεωρείται ότι το χιόνιείναι βαθύ. Αν υπάρχει χιονοκάλυψη ορατή μόνο σε pixel σε ένα μέσο όρο οκτώ ημερών σε ένα μήνα, είναι ρηχή χιονοκάλυψη υποτίθεται. Διαφορετικά, δεν εκχωρείται καμία κάλυψη χιονιού ή μέτρια κάλυψη χιονιού σε ένα pixel. Αυτή η προσέγγιση δεν οδηγεί σε απόλυτη μέτρηση βάθους χιονιού, αλλά μπορεί να δώσει μια αίσθηση της συνολικής κατάστασης στο έδαφος. Ειδικά αν αξιολογηθεί μια περιοχή κατά τη διάρκεια ενός έτους, αυτή η προσέγγιση επιτρέπει την κατανόηση του χιονιού, καλύπτοντας τις διακυμάνσεις σε μια καθορισμένη περιοχή ενδιαφέροντος (Εικόνα 2).

Ωστόσο η διάκριση μεταξύ πάγου και χιονιού είναι δύσκολη στις εικόνες αληθινών χρωμάτων καθώς είναι φασματικές υπογραφές διαφορετικών τύπων χιονιού και πάγου οι οποίες μοιάζουν μεταξύ τους και χαρακτηρίζονται από πολύ υψηλή ανάκλαση.

Το λιώσιμο των πάγων είναι ένας από τους βασικούς μοχλούς για την αρχαιολογία των παγετώνων και την εκτίμησή της σε μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα με υψηλή χωρική ανάλυση, καθώς απαντά σε πιεστικά ερωτήματα που αφορούν την κατάσταση διατήρησης των αρχαιολογικών χώρων και βοηθά στον προσδιορισμό περιοχών που πρέπει να στοχεύουν σε έρευνες. Για τον προσδιορισμό των χρονικών σημείων τήξης, χρησιμοποιούνται τα δεδομένα θερμοκρασίας του επιφανειακού αέρα. Μια άλλη παράμετρος που μπορεί να υποδηλώνει λιώσιμο είναι η υγρασία του χιονιού σε ένα κομμάτι πάγου ή σε κάποιο μέρος ενός παγετώνα. Η τήξη αλλάζει τις διηλεκτρικές ιδιότητες του χιονιού που μπορεί να ανιχνευθεί σε δεδομένα ραντάρ (Εικόνα 3).

Συμπεράσματα

Το Permafrost ορίζεται ως «υποεπιφανειακά γήινα υλικά που παραμένουν συνεχώς κάτω από τη θερμοκρασία πήξης του νερού για τουλάχιστον δύο συνεχόμενα χρόνια». Η τηλεπισκόπηση παγωμένου εδάφους είναι λιγότερο απλή από τις εφαρμογές που αφορούν το χιόνι και τον πάγο, καθώς οι πληροφορίες μπορούν να αντληθούν μόνο έμμεσα. Κατά συνέπεια, υπάρχει μεγάλη ποικιλία εφαρμογών που χρησιμοποιούν ένα ετερογενές σύνολο υποδοχέων, συμπεριλαμβανομένης της θερμοκρασίας επιφάνειας, της κάλυψης του εδάφους, των αλλαγών στη βλάστηση κ.λπ. Αρχαιολογικοί χώροι που απειλούνται από την απόψυξη, συχνά υπάρχουν ήδη σε περιοχές ασυνεχούς μόνιμου παγετού όπου μπορούν μόνο τα δεδομένα πολύ υψηλής χωρικής ανάλυσης να χρησιμοποιηθούν για την εξαγωγή ουσιαστικών πληροφοριών. Σε συνδυασμό με αυτοματοποιημένες έρευνες σε ελεύθερα διαθέσιμα οπτικά δεδομένα υψηλής ανάλυσης θα μπορούσαν τελικά να οδηγήσουν σε σύστημα παρακολούθησης μιας κατηγορίας αρχαιολογικών καταλοίπων υπό εξαφάνιση. Συμπερασματικά η τηλεπισκόπηση είναι μια χρήσιμη προσθήκη στα περισσότερα έργα στον τομέα της αρχαιολογίας των παγετώνων, επιτρέποντας τη διαμόρφωση ενός χώρου σε ένα ευρύτερο περιβαλλοντικό πλαίσιο. Διαφορετικοί τύποι οπτικών δεδομένων πολύ υψηλής ανάλυσης μέσω SAR και δεδομένα θερμικών υπερύθρων επιτρέπουν την παρακολούθηση της τήξης σε μια τοποθεσία και τον προσδιορισμό της χωρικής ανάπτυξη κάλυψης χιονιού και πάγου. Αυτές οι πληροφορίες μπορούν να βοηθήσουν στη λήψη αποφάσεων όταν πρόκειται για τον προγραμματισμό ερευνών σε περιοχές που έχει παρατηρηθεί σημαντική εξάντληση τα τελευταία χρόνια ή να αξιολογήσει τον κίνδυνο για μια γνωστή τοποθεσία και εάν μέτρα διατήρησης πρέπει να ληφθούν. Πολλά από τα ελεύθερα διαθέσιμα σύνολα δεδομένων χαρακτηρίζονται μέσω χαμηλής ανάλυσης που καθιστούν δύσκολη τη χρήση τους. Σε περιπτώσεις όπου πολλά σύνολα δεδομένων ενός ιστότοπου είναι διαθέσιμα σε παρόμοια χρονικά σημεία σε πολλαπλάσια χρόνια, μια ανάλυση χρονοσειρών είναι μια πιθανή φθηνή εναλλακτική λύση για την ανάλυση του πάγου και του χιονιού έκταση κάλυψης. Μια καλή και χαμηλού κόστους εναλλακτική, ειδικά για επαναλαμβανόμενες έρευνες είναι η εργασία με UAV σε συνδυασμό με φωτογραμμετρία προκειμένου να παραχθούν λεπτομερή ψηφιακά υψομετρικά μοντέλα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον εντοπισμό αλλαγών στην κάλυψη πάγου και χιονιού καθώς και απώλεια όγκου κρυογονικών περιβαλλόντων. Τα επόμενα χρόνια πιθανότατα θα δούμε αύξηση στη χρήση μονάδων LiDAR για παρακολούθηση παγωμένων τοποθεσιών καθώς η τεχνολογία γίνεται πιο προσιτή. Η τάση προς δεδομένα φθηνότερα και υψηλότερης ανάλυσης θα αυξήσει μόνο τη σημασία της τηλεπισκόπησης στην αρχαιολογία των παγετώνων.

Πηγές:

Caspari, G. (2021). Tracking the Cold: Remote Sensing for Glacial Archaeology. Journal of Glacial Archaeology, 5, 85-102.

Jia, P., G. Caspari, A. Betts, B. Mohamadi, T. Balz, H. Shen, Q. Meng and D. Cong. 2020. “Seasonal Movements of Bronze Age Transhumant Pastoralists in Western Xinjiang.” PlosOne, 15.11: e0240739. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0240739