Μαγνητικές Τεχνικές

Οι μαγνητικές διασκοπήσεις αποβλέπουν στην ανίχνευση της αλλαγής των μαγνητικών ιδιοτήτων του υπεδάφους λόγω της παρουσίας συγκεκριμένων στόχων που βρίσκονται κάτω από την επιφάνεια του εδάφους. Οι μαγνητικές διασκοπήσεις πραγματοποιούνται μέσω της μέτρησης του τοπικού μαγνητικού πεδίου της γής σε μικρή απόσταση από την επιφάνεια εδάφους μιας αρχαιολογικής θέσης.

Για την μέτρηση του μαγνητικού πεδίου χρησιμοποιούνται συνήθως (πρωτονιακά) μαγνητόμετρα μέτρησης της ολικής έντασης του μαγνητικού πεδίου, ή διαφορικά μαγνητόμετρα (πρωτονιακά ή ροής) για την μέτρηση της κάθετης βαθμίδας του μαγνητικού πεδίου. Τα όργανα αυτά έχουν ακρίβεια της τάξεως 1-0,1 nT. Οι μετρήσεις του μαγνητικού πεδίου πραγματοποιούνται με την τοποθέτηση του αισθητήρα (ή μετρητή) σε μία σταθερή απόσταση από την επιφάνεια της γης. Οι μετρήσεις λαμβάνονται σε σταθερά διαστήματα (δηλ. με σταθερό βήμα δειγματοληψίας) σε ορθογώνιους καννάβους, σχετικά μικρών διαστάσεων (10x10m ή 20x20m).

Υπεδάφειοι στόχοι με μαγνητικές ιδιότητες διαφορετικές από αυτές του περιβάλλοντος εδάφους αλλάζουν κατά μεγάλο ή μικρό βαθμό το τοπικό μαγνητικό πεδίο. Αυτή η μικρή παραμόρφωση του μαγνητικού πεδίου παρατηρείται σαν μία "ανωμαλία " στις μετρήσεις. Η ανακατανομή του επιφανειακού στρώματος του εδάφους από ανθρωπογενείς παράγοντες μπορεί να δημιουργήσει ανιχνεύσιμες μαγνητικές ανωμαλίες. Τάφροι, εστίες καύσης, φούρνοι, αρχιτεκτονικές δομές ή συγκεντρώσεις οργανικού υλικού μπορούν να δημιουργήσουν ισχυρές μαγνητικές ανωμαλίες.

Οι μαγνητικές ανωμαλίες σχετίζονται άμεσα με την μέτρηση της μαγνητικής επιδεκτικότητας του εδάφους. Περιοχές με αυξημένη μαγνητική επιδεκτικότητα (σε σύγκριση με αυτή του περιβάλλοντος εδάφους) παρουσιάζονται σαν θετικές ανωμαλίες, ενώ περιοχές με μειωμένη μαγνητική επιδεκτικότητα παρουσιάζονται σαν αρνητικές ανωμαλίες. Και τα δύο είδη μαγνητικών ανωμαλιών είναι ενδιαφέροντα στην διαδικασία ερμηνείας των μαγνητικών δεδομένων.

Γενικά, η ύπαρξη αρχαιολογικών ερειπίων στο υπέδαφος, συνοδευόμενη συνήθως από μία αύξηση της μαγνητικής επιδεκτικότητας του υπεδάφους στο συγκεκριμένο σημείο, προκαλεί ένα ασθενές μαγνητικό πεδίο το οποίο μεταβάλει το τοπικό μαγνητικό πεδίο της γης. Τα πυρηνικά μαγνητόμετρα μετρούν την συνισταμένη των διανυσμάτων του ασθενούς τοπικού μαγνητικού πεδίου και του πιο ισχυρού γήϊνου μαγνητικού πεδίου. Τα διαφορικά μαγνητόμετρα (μαγνητόμετρα ροής) μετρούν την κάθετη ή οριζόντια συνιστώσα του μαγνητικού πεδίου. Τα δύο αυτά είδη μαγνητομέτρων αποτελούν τα πιο αποτελεσματικά όργανα μέτρησης του τοπικού μαγνητικού πεδίου και των μεταβολών αυτού λόγω της παρουσίας ανθρωπογενών λειψάνων. Γενικά, η μεταβολή του τοπικού μαγνητικού πεδίου λόγω της ύπαρξης υπεδάφειων αρχαιολογικών υπολειμμάτων είναι σχετικά μικρή, λόγω της ασθενούς έντασης της παραμένουσας μαγνήτισης. Η μεταβολή αυτή αυξάνεται με την αύξηση της μαγνητικής επιδεκτικότητας των αρχαιολογικών στόχων (φαινόμενα καύσης, πυκνότητα σε σιδηρούχα συστατικά, κ.α.). Τα όργανα τα οποία απαιτούνται για τον εντοπισμό των αρχαιολογικών ερειπίων απαιτούν υψηλή ακρίβεια, μεγάλη ευαισθησία και αξιοπιστία των μετρήσεων. Τα όργανα αυτά μετρούν το μαγνητικό πεδίο με μία ακρίβεια της τάξεως των 1-0,1nT (δηλαδή 1-0,1 x 10-9 Τ. Μεγαλύτερη ακρίβεια, της τάξεως του pT (δηλαδή 0,010-0,001 nT) είναι ευπρόσδεκτη (και είναι εφικτή με μαγνητόμετρα Καισίου) αλλά με κίνδυνο να υπάρχουν αυξημένα επίπεδα του εξωτερικού θορύβου.

Το μαγνητικό πεδίο της γης μεταβάλλεται με τον χρόνο. Από τις χρονικές μεταβολές του γήινου μαγνητικού πεδίου, οι ημερήσια μεταβολή αυτού παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον. Η αλλαγή του γήϊνου μαγνητικού πεδίου κατα την διάρκεια της ημέρας είναι ένα από τα πιο σπουδαία χαρακτηριστικά αυτού. Οι παροδικές αυτές μεταβολές επηρεάζουν τις μαγνητικές μετρήσεις υπαίθρου και δεν είναι προβλέψιμες. Υπό κανονικές συνθήκες, η ένταση του μαγνητικού πεδίου παρουσιάζει διακυμάνσεις της τάξεως των 50-100 nT. Μερικές φορές το μαγνητικό πεδίο παρουσιάζεται πιο ενεργητικό, με αλλαγές στην έντασή του της τάξεως των 100-500nT (περιπτώσεις μαγνητικών καταιγίδων). Για αυτό τον λόγο είναι απαραίτητη η παρακολούθηση της αλλαγής του μαγνητικού πεδίου καθ' όλο το διάστημα των μαγνητικών διασκοπήσεων με την χρήση ενός δεύτερου μαγνητομέτρου ολικής έντασης. Η χρήση διαφορικών μαγνητομέτρων έχει το πλεονέκτημα της εξάλειψης των δραστικών αλλαγών του μαγνητικού πεδίου, καθώς και της άμβλυνσης των γεωλογικών επιδράσεων.

Ηλεκτρικές Διασκοπήσεις

Οι ηλεκτρικές διασκοπήσεις χρησιμοποιούνται με σκοπό τον διαχωρισμό στόχων με διαφορετική ηλεκτρική αντίσταση και ηλεκτροχημικές ιδιότητες. Οι γεωηλεκτρικές διασκοπήσεις χρησιμοποιούν δύο ηλεκτρόδια ρεύματος για την διοχέτευση ρεύματος στο έδαφος και δύο ηλεκτρόδια για την μέτρηση της διαφοράς δυναμικού. Διάφορες διατάξεις ηλεκτροδίων έχουν χρησιμοποιηθεί στις ηλεκτρικές διασκοπήσεις. Στις αρχαιολογικές διασκοπήσεις χρησιμοποιούμε συνήθως την μέθοδο της Διπλής Διάταξης (Twin probe array), λόγω της εύκολης ερμηνείας των δεδομένων, της ταχύτητας κάλυψης του χώρου και της σχετικά καλής χωρικής διακριτικότητας της μεθόδου. Η μέθοδος της διπλής διάταξης χρησιμοποιεί δύο ακίνητα απομακρυσμένα ηλεκτρόδια (ένα για το ηλεκτρικό ρεύμα και ένα για το δυναμικό) σε απόσταση >15m (για άνοιγμα 1m των κινητών ηλεκτροδίων) από την εκάστοτε περιοχή έρευνας και δύο κινητά ηλεκτρόδια (ένα για το ηλεκτρικό ρεύμα και ένα για το δυναμικό) τα οποία κινούνται ταυτόχρονα και με σταθερό βήμα δειγματοληψίας εντός της υπό εξέταση περιοχής. Η χωρική διακριτικότητα της διπλής διάταξης είναι της τάξεως του 1,0α, ενώ το βάθος ανίχνευσης δύναται να φθάσει το 1,0-2,0α, όπου α είναι το άνοιγμα των κινητών ηλεκτροδίων. Η ακρίβεια των μετρήσεων ήταν της τάξεως των 0.1 Ω.

Στις ηλεκτρικές διασκοπήσεις, οι "ανωμαλίες" ορίζονται σαν μεταβολές του ηλεκτρικού πεδίου ή της πυκνότητας του ρεύματος οι οποίες οφείλονται σε διαταραχές εξαιτίας στόχων με διαφορετική αντίσταση (ή αγωγιμότητα) από το περιβάλλον έδαφος. Αρχιτεκτονικές δομές, κενά, κτιριακά λείψανα και πετρώδη εδάφη παρουσιάζουν ισχυρό σήμα και εγγράφονται σαν ισχυρές αντιστάσεις. Τάφροι, συσσώρευση οργανικού υλικού και αγώγιμα εδάφη και στόχοι παρουσιάζουν ασθενές σήμα και εγγράφονται σαν ασθενείς αντιστάσεις.

Η χαρτογράφηση των μαγνητικών και ηλεκτρικών δεδομένων επιτρέπει την μελέτη χαρακτηριστικών τα οποία μπορούν να δικαιολογηθούν από την παρουσία αρχαιολογικών στόχων μικρού βάθους. Το βάθος των διασκοπήσεων εξαρτάται από το αντίστοιχο ύψος του αισθητήρα (για τις μαγνητικές μετρήσεις) και από το άνοιγμα των κινητών ηλεκτροδίων (για τις ηλεκτρικές διασκοπήσεις). Οι μαγνητικές και ηλεκτρικές διασκοπήσεις θεωρούνται σαν τις πλέον αποτελεσματικές τεχνικές και η εφαρμογή αυτών στον ελλαδικό χώρο κατα τα τελευταία χρόνια έχει να δείξει σημαντικά αποτελέσματα στον εντοπισμό και την χαρτογράφηση των αρχαίων λειψάνων.

Ηλεκτρομαγνητικές Διασκοπήσεις

Οι ηλεκτρομαγνητικές διασκοπήσεις πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση του οργάνου Geonics ΕΜ31. Το συγκεκριμένο όργσνο αποτελείται από δύο πηνία τα οποία βρίσκονται σε οριζόντια θέση σε μία απόσταση τεσσάρων μέτρων μεταξύ τους. ΄Ενα εναλλασσόμενο ρεύμα περνάει από το ένα πηνίο (εκπομπής) και δημιουργεί ένα επαγωγικό μαγνητικό πεδίο στο έδσφος. Το δευτερεύον επαγωγικό πεδίο έχεο διεύθυνση παράλληλη ή κάθετη σε σχέση με την διεύθυνση του πρωτεύοντος πεδίου ανάλογα με τις ηλεκτρικές ιδιότητες του εδάφους που βρίσκεται μεταξύ των δύο πηνίων. Η αλληλεπίδραση των δύο πεδίων δημιουργεί το τελικό σήμα που λαμβάνεται από το δεύτερο πηνιοδέκτη.

Οι αλλαγές που εγγράφονται στην παράλληλη (in-phase) και κάθετη (quadrature) συνιστώσα του λαμβανόμενου σήματος μπορούν να προσδιορίσουν την θέση καλών ή κακών αγώγιμων σωμάτων που βρίσκονται κάτω από την επιφάνεια του εδάφους. Η in-phase συνιστώσα (δηλαδή η συνιστώσα που βρίσκεται σε φάση με το αρχικό πεδίο) είναι ανάλογη με τη μαγνητική επιδεκτικότητα των στόχων, ενώ η quadrature συνιστώσα (δηλαδή η συνιστώσα που βρίσκεται σε διαφορά φάσης 90° από το αρχικό πεδίο) είναι ανάλογη με την ηλεκτρική αγωγιμότητα των στόχων. Οι ηλεκτρομαγνητικέσ διασκοπήσεις είναι ιδιαίτερα επιτυχείς στην ανίχνευση και χαρτογράφηση τοπικών αλλαγών τηα αγωγιμότητας του εδάφους. Πιο συγκεκριμένα το ΕΜ31 έχει τη δυνατότητα ανίχνεθσης σε βάθη μέχρι 4-6μ. από το επίπεδο των πηνίων, δηλαδή περίπου 3-5μ. από την επιφάνεια του εδάφους.

Η ερμηνεία των γεωφυσικών ανωμαλιών εξαρτάται από εμπειρικές γνώσεις και θεωρητικές υποθέσεις (μοντέλα). Τα αποτελέσματα της ερμηνείας δεν μπορούν να θεωρηθούν πάντα αδιάψευστα. Οι γεωφυσικές ανωμαλίες μπορούν να σχετίζονται με γεωλογικά ή επιφανειακά φαινόμενα και άλλες εξωγενείς παραμέτρους. Μια μαθοδικότερη και αποτελεσματικότερη ερμηνεία των αποτελεσμάτων των γεωφυσικών διασκοπήσεων μπορεί να επιτευχθεί με τη στενότερη συνεργασία γεωφυσικών και αρχαιολόγων, καθώς επίσης και με τη δειγματοληπτική επιβεβαίωση ή απόρριψη συγκεκριμένων γεωφυσικών ανωμαλιών. Για την αποδοτικότερη αξιοποίηση των αποτελεσμάτων θα πρέπει να υπάρχει συνεχής επικοινωνία μεταξύ της ομάδας των αρχαιολόγων και της αντίστοιχης των γεωφυσικών έτσι ώστε η εξέταση των γεωφυσικών μετρήσεων να γίνεται υπό το φως των αρχαιολογικών δεδομένων.

Copyright 1997