Grundlagen der Geomagnetik - RWTH

Archäomagnetismus
Yannik Dörner
GGE - Institute for Applied Geophysics and Geothermal Energy
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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
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Einleitung
 Thematische Vorbereitung auf die Bachelorarbeit
 Allgemeine Prospektion in der Archäologie
 Geomagnetische Prospektion -> Archäomagnetismus
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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?
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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.
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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
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Bedeutung der Geomagnetik für die Archäologie
Passive Prospektionsmethode
Lange Entwicklungszeit
Bodendenkmäler beeinflussen das Erdmagnetfeld minimal
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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
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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
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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.
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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)
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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
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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
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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
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Messung auf dem Feld
Vorbereitung
≡ Luftbilder, passendes Kartenmaterial
≡ Erlaubnis vom Gebietsbesitzer besorgen
≡ Störkörper entfernen
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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
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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
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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
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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
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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
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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)
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Zusammenfassung
Archäologie allgemein erfasst
Grundverständnis für die magnetische Prospektion geschaffen
Vorgehensweise für eine Messung erläutert
Auswertung der Messergebnisse erläutert
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