MAGNETNA METODA - arheologija.ff.uni-lj.siarheologija.ff.uni-lj.si/sites/arheologija.ff.uni-lj.si/files/Dokumenti/Studij/gradiva/... · sondiranje, georadarska (Ground Penetrating

Arheološka geofizika: MAGNETNA METODA

1

Univerza v Ljubljani Filozofska fakulteta

Oddelek za arheologijo

doc. dr. Branko Mušič

Arheološka geofizika

I. del:

MAGNETNA METODA

- študijski pripomoček -

ver. februar 2009


2

Predgovor

Z uvajanjem predmetov Geoarheologija in Arheološka geofizika v okviru dodiplomskega bolonjskega študijskega programa na Oddelku za arheologijo Filozofske fakultete, Univerze v Ljubljani, se pojavlja potreba po učnih pripomočkih, ki bodo študente uvajali v naravoslovno-tehnične raziskovalne postopke. Ob raznovrstnosti znanstvene literature in prepletenosti tem je to vsekakor poseben izziv. Tematsko razdeljeni študijski pripomočki predstavljajo osnovno gradivo z obsežnim seznamom literature in posebnimi povdarki, ki študenta usmerjajo k dodatnemu branju in poglabljanju znanja iz posameznih bolj splošno obravnavanih tem. Področje arheološke geofizike je bogato ilustrirano z izborom reprezentativnih rezultatov Oddelka za arheologijo in so zato dobrodošli vsi komentarji in razmišljanja, ki bodo prispevala k boljšemu razumevanju obravnavanih situacij. Povdarek je na analizah rezultatov geofizikalne raziskave v odvisnosti od uporabljenih metod, terenskih postopkov, upoštevanja posebnosti naravnih danosti in tipa ciljnih arheoloških objektov. V tem smislu to gradivo v ambiciji odstopa od podobnih učnih pripomočkov, ki študentom ponujajo fizikalno teorijo šibko podprto s preprostimi primeri ob zanemarjanju širokih interpretativnih možnosti uporabne geofizike.

V Ljubljani 25.2.2009 Branko Mušič


3

KAZALO

1. Uvod 2. Magnetometrija

2.1 Splošno 2.2 Teoretične osnove 2.3 Termoremanentna magnetizacija 2.4 Izvedba magnetne gradiometrije 2.5 Obdelava podatkov

2.5.1 Analiza in priprava podatkov za interpretacijo 2.5.2 Interpretativni postopki

3. Meritve magnetne susceptibilnosti 3.1 Splošno 3.2 Teoretične osnove 3.3 Metoda Honda-Owen 3.4 Izvedba terenskih meritev magnetne susceptibilnosti

4. Primeri raziskav z magnetno metodo 4.1 Ajdovščina nad Rodikom

4.1.1 Terenske magnetne raziskave 4.1.2 Laboratorijske magnetne raziskave

4.1.2.1 Sejalna analiza 4.1.2.2 Navidezna magnetna susceptibilnost 4.1.2.3 Laboratorijske meritve magnetne susceptibilnosti

5. Postopek nenadzorovane klasifikacije


4

1. UVOD V zadnjem desetletju so geofizikalne raziskave postale neločljiv del arheoloških raziskovalnih postopkov. S podporo testnih sond ali plitvih vrtin jamčijo optimalne rešitve v sklopu sistematičnih raziskav in reševalnih posegov iz stališča tehnične rešitve, porabljenega časa in ekonomičnosti. Uporabno geofiziko uvrščamo med metode daljinskega zaznavanja, ker so vse podpovršinske informacije dobljene z meritvami na površju. Ničelni nivo je v tem primeru površje iz česar sledi, da vsi viri fizikalnih anomalij na samem površju sodijo v domeno šuma oz. motenj. Prav nedestuktivni aspekt geofizikalnih raziskav se je izkazal kot perspektiven, ker omogoča arheologom raziskovati podpovršinske arheološke ostanke brez njihovega uničenja. Z geofizikalnimi raziskavami arheološka najdišča hitreje in ceneje zamejimo v njegovih realnih okvirjih, kar je pomembno za definiranje meja zaščitenih območij in glede na ugotovljeni arheološki potencial tudi opredeljevanje stopnje arheološkega varovanja. S terminom arheo-geofizikalne raziskave označujemo vse tiste tehnike, ki raziskujejo majhne globine (do največ nekaj metrov) z uporabo različnih fizikalnih polj z Zemljinega površja. Večina geofizikalnih tehnik, ki jih danes uporabljamo pri arheološki prospekciji v ustrezni konfiguraciji služi reševanju geoloških, geotehničnih in gradbenih problemov. Medtem, ko sta osnovna fizikalna teorija in principi uporabe enaka, pa majhne globine in relativno majhna prostornina arheoloških ostankov preizkušajo delovanje geofizike v robnih pogojih, s katerimi se veliko redkeje srečujemo na področju »konvencionalne« geofizike. V zadnjih letih se v raziskovalnih okoljih izven arheološke stroke za arheološko geofiziko uveljavlja naziv: »high resolution (ultra)shallow geophysics«. S tem se je arheološka geofizika po več desetletjih samostojnega razvoja umestila v matično raziskovalno polje Geofizike. V nadaljevanju navajam geofizikalne metode in izbrane merilne instrumente, ki se danes največ uporabljajo v arheologiji. Podrobne razlage omenjenih metod s splošno teorijo in uporabnostjo najdemo v monografijah: Car, C. 1983, Scollar, I. et al. 1990, Bevan, B. 1996 in 1998, Clark, A. 1996, Conyers and Goodman 1997, Kvamme, K. 2001, Gaffney, C. and J. Gater 2003. Dodatno literaturo navajam samo za tiste metode, ki se v arheologiji ne uporabljajo rutinsko in/ali so še v fazi eksperimentiranja in je zato še malo objav. V arheologiji so zaradi širokih možnosti uporabe najbolj razširjene naslednje metode: Magnetna metoda s pretočnimi magnetometri (Fluxgate gradiometers; Geoscan Research FM36 in Bartington Grad 601), s protonskimi (Overhouser) magnetometri (GEM-19) in najnovejšimi magnetometri na optično črpanje (Geometrics G-858), meritve magnetne susceptibilnosti (Bartington MS2; Geofyzika Kappameter KT-5), geoelektrična upornostna metoda se uporablja skoraj izključno za geoelektrično kartiranje (Geoscan RM15) le redko za geoelektrično sondiranje, georadarska (Ground Penetrating Radar-GPR) metoda (visokofrekvenčna elektromagnetna metoda) (GSSI SIR3000, GPR Ramac/X3M, GPR PulseEKKO Pro), meritve konduktivnosti in magnetne susceptibinosti (nizkofrekvenčna elektromagnetna metoda) (Geonics EM38, EM31). Pri načrtovanju arheološke prospekcije moramo upoštevati tudi možnosti nekaterih metod, ki so še v fazi preizkušanja, ker lahko dajo v določenih okoliščinah boljše rezultate. Te so: seizmična metoda (Luke, B. A. at al. 1999, 139-157), metoda lastnih potencialov (Drahor, M.G. 2004, 77-105,), termična metoda (Wynn, J. 1986, 533-537), elektrostatična metoda


5

(Panissod, C. et al. 1999, 239-251), elektromagnetne in magnetno-telurske metode zelo nizkih frekvenc (Nishitani, T. 2000, 231-240) in poleg tega še nekateri postopki meritev totalnega magnetnega polja z enim senzorjem (Tabbagh, J. 2002, 75-81), meritve upornosti z geoelektrično Schlumberger-jevo elektrodno razvrstitvijo (Aspinall, A. et al. 2001, 199-209) ter pristop z geofizikalnimi pseudosekcijami in tomografijo (Griffiths, D.H. et al. 1994, 153-158). Arheološka interpretacija geofizikalnih raziskav poleg determinističnega oz. kvalitativnega pristopa v zadnjih nekaj letih hitro uvaja številne postopke kvantitativnega načina opisovanja rezultatov, kar jo postavlja ob bok »konvencionalni« geofiziki. V nadaljevanju navajam samo nekatere že uveljavljene postopke kvantifikacije s ključnimi referencami: geofizikalno modeliranje (Desvignes, G. et al. 1999, 85-105; Tsokas, G. N. et al. 2000, 17-30; Coskun, N. et al. 2000, 179-186; Eppelbaum, L.V. et al. 2001, 163-185; Hašek, V. 1999, 25-42) in simuliranje anomalij (Zdanovich, G. et al. 2003; De la Vega, M. at al. 1995, 19-30), inverzna metoda interpretacije (Diamanti, N. G. et al. 2005, 79-91, Desvignes, G., et al. 1999, 85-105; Hašek, V. 1999, 39-42), dekonvolucijska metoda (Karousova, O. 1979), kvantitativna integracija geofizikalnih metod (Piro, S. et al. 2000, 203-213), kompozitne slike, ki jih interpretiramo s statistično metodo nenadzorovane klasifikacije (unsupervised classification) (Ladefoged, T. N. et al. 1995, 471-481), neuronske mreže (Bescoby, D. J. at al. 1994, 189-199), »On Pole« in pseudogravimetrične transformacije (www.geometrics.com). Naraščajoči trend rabe geofizikalnih metod v arheologiji se najbolj odraža v hitrosti nastajanja novih internetnih strani, ki ilustrirajo in sumirajo rezultate širokega spektra geofizikalnih raziskav. Kot primer najbolj popolnega seznama z ustreznimi in kompetentnimi viri s področja arheološke prospekcije navajam le domačo stran naravoslovnega oddelka Univerze v Bradfordu: http://www.brad.ac.uk/acad/archsci/subject/archpros/archp_nf.php. Poleg tega vsem dostopnega internetnega vira bi omenil še nekaj pomembnejših monografij s tega področja, ki predstavljajo temeljno literaturo s področja arheološke geofizike: (Car, C. 1983, Scollar, I. et al. 1990, Clark, A. 1996, Conyers and Goodman 1997, Bevan, B. 1998, Hašek, V. 1999; Clay, R. B. 2000, Silliman, S. W. et al. 2000, Kvamme, K. 2001, Hargrave, M. L. et al. 2002, Gaffney, C. et al. 2003). Periodična publikacija, ki je namenjena v celoti nedestruktivnim metodam arheološke prospekcije s poudarkom na geofizikalnih raziskavah je revija Archaeological Prospection, ki jo izdaja Univerza v Bradfordu. Posamezne zanimive članke najdemo še v Journal of Archaeological Science, Archaeometry, Revue d’archaeometrie in Prospezioni archeologiche ter seveda v zbornikih znanstvenih kongresov: Archaeological Prospection, Computer Applications and Quantitative methods in Archaeology, Archaeology&Computers in bolj specializiranih sekcij kot je npr. GPR conference. V fazi načrtovanja najustreznejše strategije geofizikalnih raziskav so pomembna vprašanja na katera odgovarjajo arheologi uporabniki geofizikalne prospekcije, ki pomagajo geofizikom razumeti arheološke in naravne kontekste in sodobno namembnost površin na konkretnem arheološkem najdišču, ki je predmet raziskovanja. Najpopolnejši seznam takšnih vprašanj najdemo na domači internetni strani družbe Archaeo-Physics (http://www.archaeophysics.com/siteform/index.html)


6

in nekoliko manj izčrpen pa še vedno ilustrativen za naše potrebe na domači strani angleške firme GSB (http://www.gsbprospection.com/). Če uporabljamo ta vprašalnik odgovarjamo samo na vprašanja, ki so relevantna za naše konkretno najdišče. Koristneje je vprašalnik razumeti kot vodilo za kreiranje lastnega seta vprašanj, ki bo upošteval posebnosti našega raziskovalnega polja (npr. ruralna arheologija, urbana arheologija, višinske utrdbe, gomile, zgodovinski spomeniki, …) z vsemi podrobnostmi arheoloških kontekstov, ki so nam znani iz preteklih raziskav. S tem želim povdariti, da sodelovanje odgovornega arheologa pomembno vpliva na končni rezultat geofizikalne raziskave in tudi na ekonomičnost le-teh. Šele ko je to zadovoljivo opravljeno lahko izberemo ustrezno strategijo, ki bo vključevala optimalno kombinacijo različnih tehnik, kot tudi natančen načrt izvajanja meritev za konkretno najdišče (Glej: English Heritage 1991, Management of Archaeological Projects, 2nd edition, 1995, Geophysical survey in archaeological field evaluation, Reserch and Professional Services Guideline No. 1, English Heritage, London). V idealnih razmerah bi izbor najustreznejše geofizikalne metode oz. tehnike narekovali izključno ciljni arheološki objekti, ki bi jih želeli odkriti. V realnosti ciljni arheološki objekti prispevajo le manjši ali večji delež pri tem izboru, ker moramo vselej upoštevati tudi naravno okolje v katerem se te “tarče” nahajajo. V geofiziki imenujemo anomalijo v fizikalnem polju, ki je posledica prisotnosti arheološkega objekta “signal”, vse nepravilnosti v fizikalnih poljih, ki so posledica številnih drugih okoljskih faktorjev pa imenujemo “šum”. Izbor najustreznejše metode narekuje izključno ocena razmerja med “signalom” in “šumom”, ki mora biti za konkretno metodo zadosti visoko, da je kontrast med obema slojema podatkov takšen, da zagotavlja uspešnost prospekcije. Bruce Bevan (Geosight, USA) je bil prvi, ki je na osnovi raziskav številnih najdišč v različnih naravnih okoljih podal oceno ustreznosti različnih geofizikalnih tehnik glede na naravne danosti in tip arheoloških ostankov (Bevan, B. 1996, 1998). V bistvu gre za izčrpen priročnik, ki podrobno obravnava rezultate prospekcij z magnetno metodo, geoelektrično upornostno metodo in metodo električne kondutivnosti, georadarsko metodo ter metodo lastnih potencialov. Zaradi praktičnega pomena teh publikacij za razumevanje dometa posameznih geofizikalnih metod, jih svetujem vsem, ki se želijo seznaniti z osnovami geofizike za smotrno vključevanje v arheološke raziskave. Ker je pogosto težko natančno opredeliti razmerje signal/šum za vsako od številnih metod, se je v zadnjih 5 letih v arheološki prospekciji uveljavil pristop, ki za oblikovanje učinkovite strategije raziskav izrablja potencial več različnih in neodvisnih metod (multi-method approach). S takšno strategijo se izognemo riziku napačne ocene razmerja signal/šum zaradi slabega poznavanja arheoloških in naravnih kontekstov in dobimo hkrati več neodvisnih podatkovnih slojev, ki predstavljajo meritve v različnih fizikalnih poljih. Prvo takšno kompleksno raziskavo so organizirali v arheološkem parku Selinunte na Siciliy (Fineti, R. (ed.) 1992, 83-232). Med najboljšimi sodobnimi primeri takšne integralne prospekcije lahko navedem arheološki projekt Wroxeter (Gaffney, C. and V. Gaffney (eds.) 2000). Multi-method approach omogoča združevanje normaliziranih podatkovnih slojev za različne geofizikalne metode v kompozitne slike na podoben način, kot to velja za


7

večkanalne satelitske posnetke. Kompozitne slike lahko interpretiramo s statistično metodo nenadzorovane klasifikacije (unsupervised classification) (Ladefoged, T. N. et al. 1995, 471-481). Ta postopek je korak na poti proti delni avtomatizaciji postopka interpretacije rezutatov arheološke geofizike, ker omogoča analizo in interpretacijo posameznih neodvisnih podatkovnih slojev za vsako od uporabljenih metod, kot tudi interpretacijo, ki izhaja iz stopnje korelacije med posameznimi podatkovnimi sloji združenimi v kompozitni sliki (unsupervised classification) Zaradi izredne količine podatkov morajo biti ti povezani na tak način, da je omogočen takojšen dostop do informacij pomembnih za akademske raziskave ali za zaščito in konzervacijo arheološke kulturne dediščine. Zato morajo biti ob zaključku projekta poleg natisnjenega elaborata naročniku geofizikalne raziskave predani tudi podatki v digitani obliki, ki jo zahteva naročnik raziskave in je opredeljena s strani državnega Zavoda za varstvo kulturne dediščine, kjer se ti podatki zbirajo in urejajo za uporabo preko centralnega arhiva. Pri načrtovanju takšne baze podatkov je priporočljivo konzultirati osnovne principe primerljive angleške nacionalne baze podatkov: English Heritage Geophysical Survey Database (SDB) - Ancient Monuments Laboratory. (http://www.eng-h.gov.uk/SDB/AboutSDB.htm/). Na to temo priporočam tudi internetni priročnik The Guide to Good Practice (http://ads.ahds.ac.uk/project/goodguides/geophys/), ki obravnava podatkovne sloje, ki nastanejo pri geofizikalni prospekciji in kako zagotoviti, da bodo vsi ti podatki arhivirani v ustrezni digitalni obliki za ponovno procesiranje in morebitno reinterpretacijo v prihodnosti. 2. MAGNETOMETRIJA 2.1 Splošno Zaradi prisotnosti železa v glini, ki ga je običajno le nekaj odstotkov pride pri segrevanju in ohlajanju do tvorbe ferimagnetnih železovih oksidov. Zaradi tega je magnetna susceptibilnost žgane gline višja od zemljišča v katerem se nahaja. Pri ohlajanju pod kritično temperaturo za železove okside (blizu 580oC za magnetit, in 680oC za hematit), inducirana magnetizacija v glini “zamrzne” kot stabilna naravna remanentna magnetizacija (NRM). Rezultat je anomalna smer in jakost lokalnega magnetnega polja v bližini žgane gline (Abrahamsen, N. in N. Breiner 1991, 659). S sistematičnim kartiranjem vertikalnega gradienta gostote magnetnega polja in meritvami magnetne susceptibilnosti na Zemljinem površju je možno natančno locirati kurišča, žgalne peči, metalurške objekte oz. vse arheološke objekte, kjer je bila uporaba ognja intenzivna skozi daljše časovno obdobje, ter območja, ki so bila kontaminirana s keramičnim ali metalurškim prahom pri industrijskih dejavnostih. Za detekcijo podpovršinskih arheoloških ostankov, povezanih z obrtnimi dejavnostmi, je najuspešnejša vsekakor magnetna prospekcija, pri kateri merimo anomalije v Zemljinem magnetnem polju, ki so posledica prevladujočega termoremanentnega tipa magnetizacije takšnih objektov. Ta je posledica visokih temperatur pri procesih


8

žganja, taljenja ali kovanja. Razen tega takšne objekte pogosto spremljajo deponije odpadnih produktov (žlindra), ki so lahko podobno močno magnetni. Skupni učinek slednjih je zaradi različne orientacije magnetnih dipolov sicer šibkejši od objektov s termoremanentno magnetizacijo, ki se nahajajo in-situ, vendar več kot zadosten za zanesljivo detekcijo. Enako uspešno kot gradientne tehnike se uporabljajo meritve totalnega magnetnega polja (glej npr. Abrahamsen, N. in N. Breiner 1991, 657-666; Smekalova, T., Voss, O. in N. Abrahamsen 1993, 83-103) in meritve vertikalnega gradienta magnetnega polja (Payne 1996, 163-184; Vernon, R. W., Mc Donnell, G. in A. Schmidt 1998, 181-201; Mušič, B. in L. Orengo 1998, 157-186). Za enako uspešne veljajo tudi meritve magnetne susceptibilnosti neposredno na površini (Dabas, M. et al. 1993, 51-70; Mušič, B. in B. Slapšak 1998, 81-93). Teoretično lahko torej s kartiranjem lokalnih sprememb gostote Zemljinega magnetnega polja zaznamo magnetne anomalije nad arheološkimi materiali kot so npr. ferimagnetni keramični objekti (npr. lončarske delavnice, talilne peči, keramični strešniki, …), opeka, žganinske plasti itd. (Heathcote, C. in A. Aspinall, A. 1981, 61-70; Papamarinopoulos, P., Tsokas, G. N. in Williams, H. 1985, 483-490; Papamarinopoulos, P., Tsokas, G. N. in H. Williams 1986, 111-112). V ta namen se pogosto uporablja gradientni način meritev, ker omogoča filtriranje anomalij z izvorom na različnih globinah. Ker jakost magnetnih anomalij pada obratnosorazmerno s kubom razdalje od izvora magnetne anomalije, gradiometrična tehnika “ojača” šibke anomalije plitvo ležečih izvorov napram močnejšim, vendar globjeležečim izvorom magnetnih anomalij (Bozzo. E. et al. 1991, 699). Kontrast v magnetizaciji je lahko rezultat inducirane magnetizacije in/ali remanentne magnetizacije. Za razpoznavanje teh dveh tipov magnetizacije je potrebna analiza morfologije in polarnosti magnetnih anomalij, kot tudi meritve magnetne susceptibilnosti materialov, ki jih najdemo na površju (npr. tla in fragmenti lončenine, opeke in odpadni produkti metalurgije ter gradbeni material). Z meritvami magnetne susceptibilnosti teh materialov lahko z magnetnim modeliranjem ugotovimo tipe arheoloških ostankov, ki smo jih zaznali z magnetnimi meritvami. Na kasnoantični naselbini na Ajdovščini nad Rodikom (glej poglavje 4.1), za katero rezultati magnetne metode podrobneje razloženi v nadaljevanju, so bile na primer glede na tip magnetizacije opredeljene naslednje arheološke enote: temperaturno spremenjena tla zaradi uporabe ognja (kurišča), “kontaminirana” tla (metalurški in keramični prah), arhitekturni ostanki iz flišnih peščenjakov, verjetne lokacije lončarskih delavnic, metalurški objekti (talilne peči in/ali kovaške delavnice) in deponije odpadnih produktov metalurgije (žlindra). 2.2 Teoretične osnove Teoretičnim osnovam magnetne metode je namenjenega kar nekaj prostora, ker še vedno sodi med najbolj učinovite in najpogosteje uporabljene geofizikalne metode pri arheološki prospekciji. Kjer ni drugače navedeno je osnovna teorija fenomena magnetnega polja povzeta po enem od bazičnih del s področja geofizikalnih raziskav v geologiji (Telford, W. M., Geldart, L. P. in R. E. Sheriff 1990, 63-64). Osnovna teorija magnetnega poja je dopolnjena z izpeljavami, ki so potrebne za razumevanje magnetne prospekcije v arheologiji. Ker na tem področju ni povsem enotnih pogledov oz. so ti zelo različni glede na zastavljene cilje (prospekcija ciljnih objektov z znanimi


9

fizikalnimi parametri, modeliranje predpostavljenih “enostavnih” arheoloških objektov ali samo teoretične izpeljave za nadgradnjo teorije magnetnega polja z upoštevanjem posebnosti arheoloških objektov) je bil narejen izbor po lastni oceni. Osnovno vodilo je bilo čim bolj osvetliti stanje teoretičnih raziskav z raznimi izpeljavami, ki so se bolj ali manj uveljavile pri praktičnem delu. Moderna in klasična magnetna teorija se razlikujeta v osnovnem konceptu. Klasična magnetna teorija je podobna električni in težnostni teoriji; njen osnovni koncept je ta, da so točkovni magnetni poli analogni točkovnim električnim nabojem in točkovnim masam s podobnim zakonom za sile med poli, naboji in masami (inverse-square law). Magnetne note v centimeter-gram-sekunda in elektromagnetnih enotah (cgs in emu) sistemu temeljijo na tem konceptu. SI enote (Système International) temeljijo na dejstvu, da je magnetno polje po izvoru električno. Osnovna enota je dipol, ki nastane z krožnim električnim tokom za razliko od fiksnih izoliranih mopolov v cgs-emu sistemu. V uporabi sta oba sistema. Cgs-emu sistem začne s konceptom magnetne sile F, ki je podana s Coulomb-ovim zakonom (1): F=(ρ1ρ2/µr2)r1 (1) kjer je F sila na ρ2. Pola jakosti ρ1 in ρ2 sta r centimetrov narazen, µ je magnetna permeabilnost in r1 je enotni vektor, ki je usmerjen od ρ1proti ρ2. Po konvenciji je pozitivni pol usmerjen proti Zemljinemu severnemu magnetnemu polu. Magnetizirajoče polje H (imenovano tudi magnetna poljska jakost) je definirano kot sila na enoto pola (2): H’=F/ρ2=(ρ1/µr2)r1

(2) iz tega sledi: ∆H = (I∆l) x r1/4πr2 (3) ∆H je v amperih na meter, l je v amperih in r in ∆l v metrih. Magnetni dipol je predstavljen kot dva pola z jakostjo +p in -p, ki sta oddaljena za 2l. Magnetni dipolni moment je definiran z (4): m = 2lpr1 (4) m je vektor v smeri enotnega vektorja r1, ki je smerjen od negativnega pola proti pozitivnemu polu. Magnetno polje je posledica električnega toka. Kot je izraženo z Amperovim zakonom (imenovan tudi Biot-Savart-ov zakon), tok I v prevodniku dolžine ∆l povzroči v točki P (slika 1) magnetno polje ∆H, ki je podano z enačbo (5): ∆H = (I∆l) x r1/4πr2 (5)


10

kjer je H izražen v SI enotah z amperi na meter (=4π x 10-3 oersted), r in ∆l sta v metrih, I je v amperih in ∆H, r1 in I∆l so usmerjeni v smeri kot je prikazana na sliki 1. Slika 1: Amperov zakon. Tok I skozi dolžino vodnika Dl ustvari v točki P magnetno polje DH. Tok, ki teče skozi obroč se obnaša kot magnetni dipol, ki se nahaja v centru obroča in je usmerjen v smeri napredovanja desnosučnega vijaka, če ga zavrtimo v smeri kroženja električnega toka. Njegov dipolni moment je merjen v amper-metrih2 (=1010 pol-cm). Gibanje elektronov po orbitalah okrog atomskega jedra povzroči krožne tokove zaradi katerih imajo atomi magnetni moment. Če telo, ki se lahko namagneti, postavimo v zunanje magnetno polje se namagneti z indukcijo; magnetizacija je posledica preusmeritve atomov in molekul tako, da so njihovi spini usmerjeni v isto smer. Magnetizacijo merimo z magnetno polarizacijo M (imenovano tudi magnetna jakost ali dipolni moment na enoto prostornine). Enaka usmerjenost dipolov povzroči magnetno polje M, ki je znotraj telesa dodano magnetizirajočemu polju H. Če je M konstanten in ima enako usmerjenost govorimo, da je telo enotno magnetizirano. SI enota za magnetizacijo je amper-meter2 na meter3 (=A/m). Za šibka magnetna polja je M v sorazmerju z H in je tudi enako usmerjen kot H. Nivo do katerega je telo magnetizirano je določen z magnetno susceptibilnostjo κ, ki je definirana z (6): M =kH (6) Magnetna susceptibilnost v emu se razlikuje od tiste v SI enotah za faktor 4π, tako da je (7): kSI =4πk’emu (8) Susceptibilnost (k) je glavni parameter kamnin (arheoloških objektov) pri magnetni prospekciji. Magnetni učinek kamnin in mineralov je določen s količino in susceptibilnostjo magnetnih materialov, ki jih vsebujejo. Magnetna indukcija B je totalno polje skupaj z učinkom magnetizacije. To polje lahko zapišemo z (9 in 10):

X r

X r1

O

I D l

D H

P


11

B = µo(H + M) = µo(1+k)H = µµoH (9) B’ = H’ + 4πM’ =(1 + 4πk’)H’ = µH’ (10) kjer sta H in M (H’ in M’) enako usmerjena. SI enota za B je tesla = 1 newton/ampere-meter = 1 weber/meter2 (Wb/m2). Elektromagnetna enota za B’ je gauss (= 10-4 tesla (T)). Permeabilnost v praznem prostoru µo je 4π x 10-7 Wb/A.m. V vakuumu je µ = 1 in v zraku µ ≈ 1. H’ in B’ včasih imenujemo magnetna poljska jakost. Pri magnetni prospekciji merimo B do 10-4 Zemljinega magnetnega polja (približno 50 µT). Enota za magnetno indukcijo, ki jo običajno uporabljamo pri geofizikalnih raziskavah je nanotesla, ki jo drugače imenujemo še gamma, γ (11): 1γ = 10-9 T = 1 nT (11) Glede uporabe B in H pri magnetni prospekciji prihaja do nedoslednosti. Kljub temu, da merimo Be nas zanima Zemljino magnetno polje He. Ker je relacija med B in H približno linearna in je µ ≈ 1 lahko tretiramo karto z Be kot, da gre za karto He. Relacija med B in H je za ferromagnetne materiale kompleksna. To je ilustrirano v histerezni zanki v ciklu magnetizacije. Če je demagnetiziran vzorec izpostavljen naraščajočemu magnetizirajočemu polju H, dobimo prvi del krivulje pri kateri B narašča z H dokler ne doseže maksimalno vrednost, jo lahko B doseže za dani material (nasičenje). Ko H upada, krivulja ne sledi isti poti in kaže pozitivne vrednosti za B ko je H = 0. To imenujemo rezidualna ali remanentna magnetizacija (Telford, W. M., Geldart, L. P. in R. E. Sherif 1990, 64). - Gostota magnetnaga toka, B=m.H[T]=[Vs/m2]=m0mrH= magnetna indukcija=totalno mag. polje+ m0(H+M)=m0H(1+k) učinek magnetizacije - Jakost magnetizirajočega polja H[A/m]=[4.10-3Oe] - Magnetna susceptibilnost, k=mr-1 (brez dimenzije) stopnja magnetizacije - absolutna magnetna permeabilnost, m=m0.mr merilo spremembe magnetizacije zaradi m0=absolutna permeabilnost magnetne indukcije vakuuma [4p.10-7

Ω.s/m] mr=relativna permeabilnost - intenziteta magnetizacije, M=k.H [A/m] dipolni moment in enotni volumen, magnetna polarizacija Tabela 1: Preglednica osnovnih magnetnih enot (privzeto in prirejeno po: Parasnis, D. S. 1997 in Reynolds, J. M. 1997).


12

Kot je bilo povedano že v uvodu tega poglavja, nastane magnetno polje na nivoju atoma z gibanjem električnega naboja. Na najnižjem nivoju lahko tako zaključimo, da gibanje elektronov rezultira v nastanek magnetnega polja. Elektroni krožijo okoli osi in hkrati rotirajo, kar pomeni, da sta za elektrone značilna dva tipa gibanja, ki lahko vsak zase povzročita nastanek magnetnega polja (Tarling, D. H. 1983, 15). Zato lahko vse snovi obravnavamo na nivoju atoma kot magnetne in jih lahko razdelimo v dve skupini. V diamagnetnih snoveh so elektronske lupine polno zasedene in precesiranje elektronskih orbit, ko jih postavimo v magnetno polje, rezultira nastanek magnetnega polja v nasprotni smeri od zunanjega polja. Pridobljena magnetizacija na enoto zunanjega polja oz. magnetna susceptibilnost je majhna, manj kot 10-5 SI. V snoveh, kjer so elektronske lupine nepopolno zasedene t.j. v paramagnetnih materialih ima vsak atom magnetni moment zaradi nekompenziranih elektronskih spinov. Ko tako snov postavimo v magnetno polje elektronske orbite precesirajo vendar je magnetni moment usmerjen v enaki smeri kot zunanje polje in je v splošnem močnejši kot pri diamagnetnih snoveh. Susceptibilnost je velikostnega reda 10-3 do 10-5 SI (Tarling, D. H. 1983, 15). 2.3 Termoremanentna magnetizacija (TRM) V materialu z različnimi zrni bodo vsa zrna postala paramagnetna pri temperaturah nad Curie-jevo temperaturo. Neposredno pod to temperaturo bodo imela večja zrna z eno samo domeno sprostitveni čas, ki traja nekaj minut, kar omogoča meritev remanentnega magnetizma, manjša zrna bodo imela krajši sprostitveni čas in bodo zato hitreje prešla v neurejeno stanje zaradi termičnih sprememb. Pri ohlajanju do sobne temperature bodo imela večja zrna z eno domeno sprostitveni čas med več tisoč in več milijoni let. Pri manjših zrnih bo ta čas le nekaj sekund. Takšni drobnozrnati delci se bodo obnašali kot superparamagnetno kar pomeni, da imajo visoko susceptibilnost v zunanjem magnetnem polju, vendar ta izgine hitro po odstranitvi zunanjega polja (Tarling, D. H. 1983, 25). Večina naravnih materialov ima široko območje velikosti zrn in zaradi tega tudi široko temperaturno območje v katerem pride do preusmeritve magnetnih domen v zrnih v smer zunanjega magnetnega polja in njihove “zamrznitve” (blocking temperature). Pri ohlajanju čez specifično temperaturno območje pod Cuirie-jevo temperaturo (Tc) bodo v uporabljenem zunanjem magnetnem polju samo zrna določenih velikosti pridobila magnetizacijo (Tarling, D. H. 1983, 27). Vsi delci s temperaturo “zamrznitve” magnetnih domen, ki se nahaja v temperaturnem območju (T1-T2) v katerem je bilo uporabljeno magnetno polje se bodo namagnetili v smeri tega polja medtem, ko zrna s temperaturo “zamrznitve” pod najnižjo temperaturo pri kateri je bilo uporabljeno magnetno polje ne bodo ohranila značilnosti uporabljenega polja in bodo zato magnetni dipoli neurejeni in bodo tudi po ohlajanju usmerjeni različno. To pomeni, da bo celotna termična remanenca pri sobni temperaturi vedno vsota magnetizacij pridobljenih pri vseh višjih temperaturnih območjih. To pomeni, da moramo delne termoremanence (PTRM) pridobljene v specifičnih temperaturnih območjih sešteti, da dobimo celotno izmerjeno remanenco (Tarling, D. H. 1983, 27) (12): TRMTn-Tc = PTRMT1-Tc + PTRMT2-T1 + PTRMT3-T2 + … + PTRMTn-(Tn-1) (12)


13

Zrna magnetita velika približno 1 µm v premeru pridobijo intenziteto termoremanentne magnetizacije velikostnega reda 104 Am-1 pri ohlajanju v magnetnem polju 0.1 mT, vendar ta intenziteta upada v sorazmerju z velikostjo zrn in je okoli 102 Am-1 za zrna premera 50 µm pri ohlajanju v enakih pogojih. Za večja zrna ostane pridobljena magnetizacija približno konstantna ne glede na velikost zrn, kar kaže na to, da je normalna, več domenska sestava prevladujoča. Zrn hematita še niso natančno preštudirali vendar je znano, da zrna premera 0.1 µm, ki jh ohlajamo pri enakem polju, 0.1 mT, pridobijo veliko nižjo remanenco, le približno 50 Am-1 (Tarling, D. H. 1983, 28). Odvisnosti termoremanentne magnetizacije od jakosti zunanjega magnetnega polja in časa trajanja so posvečali do sedaj zelo malo pozornosti. Jakost remanentne magnetizacije je linearna pri jakosti polja med 0.6 in 0.8 mT in do nasičenja pride pri ohlajanju v polju jakosti 1.5 mT ali več (Tarling, D. H. 1983, 28). Izračun za magnetne momente in magnetno susceptibilnost na večjih vzorcih s termoremanentno magnetizacijo (opeka) s protonskim magnetometrom predlaga B. Bevan (1996c, slika C40). Za ta način ugotavljanja posebnosti termoremanentne magnetizacije zadošča terenski magnetometer, ki meri totalno magnetno polje (protonski ali cezijev magnetometer). Podoben postopek s katerim lahko ob poznavanju susceptibilnosti, geometrije, položaja in oddaljenosti vzorca od senzorja magnetometra ugotovimo fizikalne veličine, ki opišejo značilnosti remanentnega magnetnega polja nekega arheološkega objekta navaja tudi S. Breiner (1973, 33): B0 = B - Be= 200m/r3 magnetna anomalija na senzorju, nT Bh = 200/r3(mi - mr)+Be najvišje magnetno polje z rotirajočim vzorcem Bl = 200/r3(mi - mr)+Be najnižje magnetno polje na senzorju Be - jakost Zemljinega magnetnega polja B - magnetno polje merjeno na senzorju, nT mr = r3/400(Bh - Bl) remanentni magnetni moment, Am2 mi = r3/400(Bh + Bl -2Be) inducirani magnetni moment, Am2 κ = 400πmi/VBe magnetna susceptibilnost r - razdalja od centra senzorja do centra vzorca, m m - magnetni moment vzorca, Am2 V - prostornina vzorca, m3 2.4 Izvedba magnetne gradiometrije Postopke magnetne prospekcije in interpretacije rezultatov so podrobno opisali naslednji avtorji: Breiner S. 1973; Weymouth, J. W. in Huggins, R. 1985, 191-235; Weymouth J. W. 1986, 311-396; Clark A. 1990; Logachev, A. A. in Zajarov, V. P: 1978). S pretočnim gradiometrom (Fluxgate gradiometer, Geoscan FM36) (za osnovne informacije glej Clark, A. 1990, 69-71) merimo gradient vertikalne komponente lokalnega magnetnega polja (dZ/dz, nT/m) glede na ničelno referenčno točko, ki jo določimo na začetku meritev. Teoretično lahko s tem instrumentom zaznamo magnetne anomalije nad arheološkimi materiali, kot so npr. ferimagnetni keramični objekti (npr. lončarske delavnice, opeka, žganinske plasti itd.) (Heathcote, C. in A. Aspinall, A. 1981, 61-70; Papamarinopoulos, P., Tsokas, G. N. in Williams, H. 1985,


14

483-490; 1986, 111-112). Gradiometrični način se uporablja za filtriranje anomalij z izvorom na različnih globinah. Ker jakost magnetnih anomalij pada obratnosorazmerno s kubom razdalje od izvora magnetne anomalije, gradiometrična tehnika “ojača” šibke anomalije plitvo ležečih izvorov v primerjavi z močnejšimi, vendar globlje ležečimi izvori magnetnih anomalij (Bozzo, E., Merlanti, F. in Postpischl, D. 1991, 699). Kontrast v magnetizaciji je posledica inducirane magnetizacije in/ali remanentne magnetizacije. Za ločevanje teh dveh tipov magnetizacije je nujna analiza morfologije in polarnosti magnetnih anomalij, zaželjene so tudi meritve magnetne susceptibilnosti različnih materialov, s katerimi se srečujemo na danem arheološkem najdišču (npr. tla, kamnine geološke podlage, fragmenti opeke in odpadnih produktov metalurgije). Z meritvami magnetne susceptibilnosti na površju ugotovimo značilnosti inducirane magnetizacije prsti in glavnih litoloških enot, ki se pojavljajo na arheološkem najdišču. Namen tega je prepoznavanje arheoloških objektov na podlagi različnih magnetizacij, s katerimi se bomo srečevali pri arheološki prospekciji. 2.5 Obdelava podatkov Zaradi res številnih objav s tega področja v nadaljevanju navajam nekaj pomembnejših del po lastni presoji, ki naj ilustrirajo razpon poskusov vnašanja različnih oblik “filtriranja” v geofizikalne raziskave v arheologiji. Bruce Bevan (Geosight, ZDA) je npr. zapisal: pri začetnikih, ki so se šele začeli ukvarjati z magnetometrijo, gre tendenca v smeri povečanja, zvišanja, različnih načinov prikazovanja in modificiranja podatkov namesto v smeri interpretacije (Bevan, B. 1996, 25). Wolfgang Neubauer se z izjavo, da je prihodnost geofizikalnih raziskav v arheologiji v gostejši mreži meritev z visoko ločljivostjo ne pa v matematičnih algoritmih s katerimi želimo običajno “prifiltrirati” nekaj, za kar pričakujemo da se tam nahaja, vendar nam tega s samimi meritvami ni uspelo povsem jasno dokazati, opredeljuje zelo podobno. Manjkajočih podatkov zaradi neustrezno ali površno vodenega terenskega dela ne moremo nadomestiti z nobenim matematičnim algoritmom. Najustreznejša pot je kot običajno najverjetneje nekje vmes. Zato v nadaljevanju navajam nekaj nespregledljivih postopkov obdelave magnetometričnih podatkov, ki skupaj predstavljajo pripravo podatkov za interpretacijo in/ali magnetno modeliranje. 2.5.1 Analiza in priprava podatkov za interpretacijo Ker je magnetometrija pasivna metoda s katero merimo lokalne spremembe v Zemljinem magnetnem polju z natančnostjo od 0,1 do 1 nT, so izmerjene vrednosti v veliki meri odvisne od kvalitete zajemanja podatkov. Izkušnje kažejo, da je pri magnetometriji s pretočnim gradiometrom Geoscan FM36 t.im. človeški faktor tisti, ki je pomemben pri zagotavljanju dobrih meritev. Magnetne nevihte, ki se pojavljajo vsakih 27 dni in imajo amplitude do 1.000 nT sicer onemogočajo izvajanje meritev nekaj dni na mesec vendar jih lahko predvidimo in zato neposredno ne vplivajo na kvaliteto meritev. V najslabšem primeru prestavimo mertve v ugodnejši termin. Dnevne spremembe jakosti Zemljinega magnetnega polja do 30 nT prav tako nimajo nobenega vpliva, ker gre za gradientni način meritev, ki te spremembe izniči. V nadaljevanju so navedene samo tri najbolj pogoste motnje s katerimi se srečujemo pri zajemanju podatkov s tem instrumenom in načini kako jih odpravimo oz. zmanjšamo njihov učinek.


15

Izolirane anomalne vrednosti

Zelo pogost vir močnih magnetnih anomalij so drobni železni predmeti na površini, ki predstavljajo posamične anomalne vrednosti. Temu učinku se najlažje izognemo tako, da izvajamo meritve pri večji oddaljenosti senzorja od tal. To si lahko v praksi privoščimo zelo redko in sicer samo takrat, kadar je razlika v magnetni susceptibilnost med pričakovanimi arheološkimi ostanki in tlemi, v katerih se nahajajo zadosti velika oz. gre za velike objekte. Ker so takšne situacije v Sloveniji zelo redke se moramo v ta namen posluževati statističnih metod. Za izločanje posamičnih anomalnih vrednosti se običajno uporabljajo statistični algoritmi, ki vse izmerjene vrednosti primerjajo s srednjo vrednostjo in standardnim odklonom vseh meritev. Absolutne vrednosti, ki so višje za ± 3σ (oz. ± 6σ) od srednje vrednosti primerjajo z 8 sosednjimi vrednostmi: 4 vrednosti so na razdalji 1 m in 4 na razdalji 21/2. Na ta način lahko ugotovimo, ali gre za posamične oz. izolirane vrednosti ali pa jih obkrožajo podobne vrednosti. V prvem primeru je ta anomalna vrednost zamenjana s srednjo vrednostjo obteženo z utežmi, ki so odvisne od oddaljenosti točk od te vrednosti. Nato lahko ponovno izračunamo srednjo vrednost in standardni odklon in ves postopek ponavljamo dokler obstajajo vrednosti višje od 3σ. Če želimo, lahko mejno vrednost 3σ (trash hold) glede na naravo izmerjenih vrednosti in cilje obdelave poljubno zamenjamo (Brizzolari, E. et al. 1992, 160-161).

Razlike med posameznimi magnetnimi profili Ta efekt je posledica razlike v srednjih vrednostih med posameznimi profili in ga ne moremo enoznačno določiti. Lahko ga opredelimo kot geometrijsko ali magnetno asimetrijo, ki je posledica postopka terenskega zajemanja podatkov z instrumentom Geoscan FM36, ki je občutljiv na drobne napake operaterja pri izmeničnem držanju instrumenta z levo in desno roko pri cik-cak meritvah, kjer je potek meritev v parnih profilih v nasprotni smeri. Temu se v veliki meri izognemo z drugačnimi terenskimi postopki, ki pa zahtevajo za izvedbo meritev več časa. Glede na lastne izkušnje lahko rečem, da je najustreznejši način meritev, kjer začenjamo meritve vedno na isti strani in med meritvami ne menjavamo smeri in načina držanja instrumenta. Drug razlog za te napake bi bila lahko tudi odvisnost meritev od temperature. Testi kažejo, da te razlike tudi pri temperaturni razliki 7o C ne presegajo 1 nT, kar je občutljivost instrumenta (Brizzolari, E. et al. 1992, 161). Če že pride do teh napak pa jih najlažje odpravimo z izračunavanjem rezidualov prvega reda.

Razlike v razponu meritev med kvadranti Te napake običajno prepoznamo na magnetogramu kot prve, ker so od vseh najbolj očitne. Magnetogram je običajno sestavljen iz kvadratov, ki ustrezajo površinskim enotam 20x20 m. V kolikor se razponi vrednosti v posameznih kvadrantih zelo razlikujejo, deluje slika kot šahovnica z različno obarvanimi polji, kar je posledica različnih višin ozadja. Ta učinek pripisujejo razlikam v oddaljenosti senzorja od tal (Brizzolari, E. et al. 1992, 163). Pri večji oddaljenosti senzorja od tal so te razlike manjše, ker s senzorjem, ki se nahaja bliže tlom veliko bolje zaznavamo tudi nehomogenosti površja in vse predmete na površini. Ker je vrednost najmočnejše anomalije, ki jo povzroči magnetni dipol obratno sorazmerna s kubom razdalje od senzorja, lahko v tem primeru za korekcijski koeficient uporabimo kar razmerje kubov različnih višin senzorja.


16

2.5.2 Interpretativni postopki Osnovni cilj magnetometrije pri arheološki prospekciji je tlorisni prikaz arheoloških objektov. Za natančnejšo interpretacijo izmerjenih magnetnih anomalij pa uporabljamo magnetno modeliranje in t. im. arheo-fizikalne modele. Cilj modeliranja magnetnih anomalij je korigiranje vhodnih parametrov tako, da je končna razlika med izračunanimi in izmerjenimi anomalijami kar se da najmanjša. Na podlagi parametrov, ki smo jih uporabili pri računanju tri-dimenzionalnega modela, lahko posredno interpretiramo izmerjene anomalije. Za vhodne parametre so uporabljeni geometrija in velikost objekta, njegova magnetno susceptibilnost in globina na kateri se nahaja. Postopek magnetnega modeliranja je podrobno razložen na primeru prazgodovinskega metalurškega kompleksa na Cvingerju pri Meniški vasi (glej poglavje 4.2) v nadaljevanju je podanih samo nekaj podatkov o uporabljeni programski opremi in postopkih izračunavanja modelov. Avtor programa MagPoly, ki je bil uporabljen za izračune magnetnih modelov nekaterih arheoloških objektov je Donald Plouff iz Geološkega zavoda združenih držav (United States Geological Survey, USGS). Izvirna koda programa je dostopna v poročilu: USGS Open file report number 92-18. Program mi je posredoval dr. Bruce Bevan iz podjetja Geosight (ZDA), ker je brezplačno dostopen širši javnosti. Program MagPoly deluje v operacijskem sistemu DOS. Izhodna datoteka programa (*.prt) sestoji iz koordinat točk in izračunanih vrednosti za te točke. Rezultate lahko takoj natisnemo v obliki izolinij. Če želimo podatke prenesti v kak drug program, na primer Surfer for Windows (Golden Software Inc.) lahko *.prt datoteke konvertiramo s programom Mound2o, ki ga poženemo s programom MS-DOS Qbasic (Microsoft Co.). Izhodna datoteka je v ascii zapisu, kjer so podatki v treh kolonah (koordinati X in Y ter izračunana vrednost gostote magnetnega polja za to točko - Z) in jo lahko v nadaljno obdelavo takoj prenesemo v Surfer for Windows. Bistvena pomanjkljivost tega programa je zastarelost, kar ga naredi zelo okornega, če želimo obdelati večje število podatkov. Vse vhodne datoteke moramo pripraviti “ročno” v katerem od urejevalnikov tekstov. Program MagPoly računa magnetno polje tridimenzionalnih teles, ki sestojijo iz prisekanih prizm, ki tvorijo poligone v tlorisu (Plouf, D. 1976). Telesa so zamejena z dvema horizontalnima ploskvama in serijo vertikalnih ploskev. Program uporablja za izračune natančno formulo za razliko od predhodnih Talwani-jevih (1965) programov, ki uporabljajo algoritme s številčnim integriranjem. Tako lahko izračunamo tudi vrednosti na ali v samem telesu. Za določitev ustreznega vektorja magnetizacije (amplituda, deklinacija in inklinacija) kot tudi najustreznejšo magnetno susceptibilnost za paket poligonalnih prizm, lahko uporabimo primerjavo med izračunanimi anomalijami in izmerjenimi vrednostmi z vsoto najmanjših kvadratov. Podatki o modelu, ki jih vnesemo v program sestojijo iz X, Y in Z koordinat vogalov večkotnih prizem. Število podatkov je omejeno na največ 50 prizem, skupno število vogalov vseh prizem pa ne more biti večje od 900. Kljub temu, da je ta omejitev zelo striktna, Naslovna datoteka (Command file) vsebuje glavne podatke za izračune (magnetna susceptibilnost, deklinacija, inklinacija, gostota Zemljinega magnetnega polja, izbiramo med izračuni totalnega magnetnega polja ali posameznih komponent). To datoteko pripravimo v urejevalniku teksta Word for Windows (Microsoft Co.) in jo


17

shranimo v ascii zapisu. Datoteka s koordinatami vsebuje koordinate vogalnih točk večkotnih prizem. To datoteko najlažje pripravimo za korigiranje geoloških in topografskih “šumov” v programu Surfer for Windows (Golden Software Co.). Koordinate vogalov večkotnih prizem odčitavamo na izolinijah digitalnega modela reliefa in jih shranimo v ascii zapisu. Kot primer združene naslovne datoteke in datoteke s koordinatami za magnetno modeliranje je prikazana struktura podatkov pripravljena za obdelavo s programom Magpoly:

Datoteka s koordinatami (za eno prizmo): 14 0 23.88 0 18 65 803.6 803.5 št. vogalov prizme; mag. susc; deklinacija; inklinacija; Zmax; Zmin 18.242 17.925 koordinate vogalov večkotne prizme:X,Y 18.508 17.992 19.176 17.523 19.442 17.124 19.509 16.589 19.509 16.054 19.309 15.588 19.110 15.455 18.508 15.987 17.973 16.456

Za posebne primere, kadar nas zanima npr. samo globina na kateri se nahaja nek arheološki objekt, lahko uporabimo tudi preprostejše in hitrejše postopke. Magnetne anomalije številnih objektov, ki jih zaznamo z geofizikalnimi raziskavami bodo v horizontalnem prerezu krožne oblike. To je posledica dejstva, da so objekti majhni in z magnetometrijo ne dobimo informacije o njihovi obliki. Globino teh objektov lahko ocenimo s postopkom, ki ga omenujemo pravilo polovične širine (half-width rule) (Breiner S. 1973, 31; Telford, W. M., Geldart L. P. in R. E. Sheriff 1990, 87; Hinze W. J. 1990, 75 - 126). To pravilo se glasi: globino objekta pod senzorjem lahko ocenimo iz premera magnetne anomalije na polovici amplitude njenega pika in predstavlja dober približek ne glede na lokacijo in tip magnetometra (Bevan, B. 1996b, 26). Slika 2: Pravilo polovične širine (half-width rule) za oceno globine na podlagi amplitud magnetnih anomalij. Poudarjene izolinije (puščica) označujejo polovično intenziteto najvišje amplitude. Na levi strani slike so inklinacije Zemljinega magnetnega polja (prirejeno po: Bevan, B. 1996b, slika B29).

Naslovna datoteka: &params ifile='g30eviii.dat' ifile2='g30vis.dat' name='format' ifmt='(4f9.5)' idplot='Rodik: kvadrant EVIII' unix='metr' uniz='metr' earth=47800 fincl=65 dec=18 lsqs=3 &


18

3. Meritve magnetne susceptibilnosti 3.1 Splošno Terenske in laboratorijske meritve magnetne susceptibilnosti (k) so se pri arheološki prospekciji že zelo dobro uveljavile in dosegajo podobno frekventnost v uporabi in sporočilnost pri interpratciji kot npr. magnetometrija in geoelektrična upornostna metoda. Teoretične osnove z nekaterimi ilustrativnimi primeri uporabe sta opisala v knjigah, ki sta glede na citiranost v strokovni in znanstveni literaturi in priljubljenost v arheoloških krogih že klasični deli na tem področju A. Clark (1990) in I. Scollar s sodelavci (1990). Naslednji izbor člankov naj predstavlja dopolnilo iz novejše literature glede možnosti uporabe pri reševanju nekaterih posebnih arheoloških problemov in na kratko rezimira nekatere ugotovitve, ki so zanimive in/ali netipične in včasih glede na pričakovane rezultate tudi protislovne. N. Linford (1994, 37-52) podaja rezultate granulometrične analize in vrednosti magnetne susceptibilnosti za posamezne frakcije. Spremembe v velikosti zrn so najbolj očitne pri vzorcih naravnih tal, kjer prevladujejo zrna večja od 63 µm. Vzorci antropogenih tal vsebujejo večji delež glinene frakcije in veliko manjši delež zrn večjih od 1000 µm. Avtor poudarja, da so do uporabnih rezultatov prišli z laboratorijskimi meritvami susceptibilnosti na kompozitnih oz. nepresejanih vzorcih in da z meritvami susceptibilnosti na vzorcih pridemo do arheološko pomenljivih podatkov, ki opredelijo antropogene aktivnosti, ki v njihovem primeru niso bili prepoznavni na rezultatih magnetne prospekcije in terenskih meritev susceptibilnosti (glej poglavje 4.1). O rezultatih laboratorijskih meritev magnetne susceptibilnosti na vzorcih vzetih iz arheoloških profilov piše A. R. Boucher (1996, 135-139). Zanimivo je dobro sorazmerje med zrnavostjo presevkov in magnetno susceptibilnostjo (višje vrednosti susceptibilnosti za frakcije večjih zrn), ki ga ugotavljajo tudi na nekaterih drugih najdiščih in izpostavljajo kot indikacijo za sledove antropogene dejavnosti, sicer je pa nekoliko v nasprotju s teorijo o maghemitu (γ-Fe2O3), ki naj bi bil glavni vzrok za povišano magnetno susceptibilnosti na arheoloških najdiščih, ker so njegova monomineralna zrna veliko manjša. A. Marshall 1998 (159-177) je testirala uporabo magnetne susceptibilnosti za detekcijo večjih kurišč oz. grmad iz zgodnje bronaste dobe, ki so se uporabljala pri religioznih ceremonialnih obredih in se nahajajo znotraj krožnih zemljenih struktur ali v njihovi neposredni bližini. Članek je še posebno zanimiv zaradi tega, ker podaja vrednosti magnetne susceptibilnosti, ki so jih izmerili na območju eksperimentalne grmade. Avtor piše, da so glede na intenzivnost in trajanje gorenja grmade, kar v konkretnem primeru pomeni gorenje več ur pri temperaturi 800 - 1000oC sledovi, ki ostanejo na površju tal kot posledica gorenja nasprotno od pričakovanj relativno šibki. Vse kar je od gorenja ostalo je bila krhka tanka plast, ki jo mehansko zlahka odstranimo. Eden od bistvenih motivov za vključitev magnetne susceptibilnosti v študijsko gradivo v nekoliko večjem obsegu od prvotno predvidenega, so presenetljivi rezultati laboratorijskih meritev na majhnih (50 mg) in heterogenih vzorcih, do katerih smo prišli od leta 1992 naprej pri laboratorijskih raziskavah (glej: Mušič, B. in F. Dimc, 1994, 37-44; Dimc, F., Mušič, B. in Osredkar, R. 1994, 225-230; Dimc, F. in Mušič, B. 1996, 111-115). Meritve je izvajal mag. Franc Dimc na instrumentu Manics DSM-8 na


19

oddelku za raziskovanje tehnične keramike (K-5) na Inštitutu Jožef Štefan v Ljubljani. Leta 1994 smo začeli s poskusnimi terenskimi meritvami magnetne susceptibilnosti z instrumentom Kappameter KT-5 (Geofyzika, Brno) na kasnoantični naselbini nad Rodikom, kjer smo razpolagali s številnimi podatki arheološke prospekcije. Na podlagi teh podatkov so bila izbrana območja različnih aktivnosti kot so npr. obrtne delavnice, kjer so se v kasni antiki odvijale obrtne dejavnosti najverjetneje povezane z železarstvom. Po prvih rezultatih laboratorijskih meritev, kjer je bila ugotovljena zanesljivost oz. ustreznost instrumenta Manics DSM-8 za meritve vzorcev tal in keramike, ki so glede na majhno količino vzorca, ki je potrebna za analizo (50 mg) heterogen in anizotropen material. Z zanesljivostjo tega instrumenta je mišljena predvsem ponovljivost meritev. Laboratorijska meritev magnetne susceptibilnosti na majhnih vzorcih je bila uporabljena za določanje mejnih vrednosti magnetne susceptibilnosti oz. t.im. “kritičnih” vrednosti. To so najvišje vrednosti magnetne susceptibilnosti, ki so glede na mineralno sestavo tal še možne na konkretnem arheološkem najdišču (npr. zaradi uporabe ognja in gozdnih požarov). Te “kritične” vrednosti določajo, kar se tiče magnetnih lastnosti robne pogoje povišane magnetizacije, ki je lahko posledica nekaterih pojavov, ki so značilni tudi za arheološke procese. V arheološki literaturi je najpogosteje uporabljen pojav uporabe ognja in s tem povezana konverzija šibkomagnetnih železovih oksidov in hidroksidov v magnetnejše oblike. Drugi proces, ki ga je prvič opisal že E. Le Borgne (1955, 399-419; 1960, 159-195), znanstveno pa je bil dokazan šele veliko kasneje (Fassbinder, J. W. E., Stanjek, H. in A. Vali 1990, 161-163) je nastanek železovega oksida maghemita zaradi delovanja magnetnih bakterij v arheoloških jarkih. Povišana magnetna susceptibilnost arheoloških kulturnih plasti je neposredno odvisna od vsebnosti magnetita (Fe3O4) in maghemita (γ-Fe2O3). Ločevanje oz. prepoznavanje obeh mineralov je pomembno za interpretacijo različnih aktivnosti v arheoloških obdobjih. E. Le Borgne je pripisal nastanek maghemita gorenju (visoko temperaturni proces) in procesom redukcije in oksidacije, ki potekajo pri nizkih temperaturah (Le Borgne, E. 1955, 1960). Oba procesa se začneta z hematitom (α-Fe2O3), magnetit (Fe3O4) predstavlja vmesno oz. prehodno fazo iz katere nastane na koncu maghemit (γ-Fe2O3). Laboratorijski eksperimenti in opazovanja v naravi kažejo na to, da so procesi formiranja maghemita bolj kompleksni. Znani so štirje načini nastanka maghemita (Fassbinder, J. W. E. in H. Stanjek 1993, 124):

Magnetit, ki izvira iz geološke podlage delno oksidira v maghemit. Ta način preperevanja je bil opisan za titanomagnetite.

Odvisno od velikosti zrn lepidokrokit (γ-FeOOH) dehidrira med 260oC in 300oC v maghemit.

V prisotnosti organske snovi preide pri gorenju goethit (α-FeOOH) v maghemit. Maghemit nastaja tudi pri segrevanju siderita (FeCO3).

Zaenkrat še ni bilo dokazano, da nastaja maghemit (ali magnetit) iz hematita. Poleg dejstva, da ni nujno, da je v tleh, kjer se nahaja maghemit prisoten tudi hematit, ni bilo dokazano, da se lahko hematit pri takšnih pogojih reducira v magnetit. Mineralne združbe kot tudi izračuni kažejo, da se vrhnji horizonti tal pri gorenju na površini segrejejo do največ 300 - 400oC. Pri takšnih pogojih pa se redukcija hematita zaradi


20

prisotnosti organskega ogljika ne zdi verjetna (Fassbinder, J. W. E. in H. Stanjek 1993, 124). Nastanek magnetita v tleh in sedimentih še vedno ni zadovoljivo razložen in se v literaturi pojavljajo različne razlage (glej npr.: Oldfield, F. 1992, 180-182). V splošnem velja, da nastaja magnetit pri pedogenezi na dva načina (Fassbinder, J. W. E. in H. Stanjek 1993, 125): z laboratorijskimi poskusi so ugotovili, da pri kontrolirani oksidaciji fero- oblike

železa nastane magnetit. Na ta anorganski način lahko nastane magnetit tudi v tleh.

z novejšimi raziskavami so ugotovili tudi nastanek magnetita z delovanjem bakterij (Fassbinder, W. E. 1993, 125).

Dodatni vzrok za povišano magnetno susceptibilnost na arheoloških najdiščih, ki se v arheološki strokovni literaturi pojavlja bolj redko (glej npr.: Dabas, M. et al. 1993, 61-69) in smo ga zato bolj podrobno raziskali na primeru kasnoantične naselbine na Ajdovščini nad Rodikom, pa je primes keramičnega in/ali metalurškega prahu z drobci železovih spojin. 3.2 Teoretične osnove Magnetna susceptibilnost (k) je lastnost snovi. Susceptibilnost vakuuma je enaka nič, ker v njem ni sprejemnikov, ki bi pod vplivom magnetnega polja povzročali magnetni moment. Sprejemniki magnetnega polja so gibajoči se električni naboji in njihove vrtilne količine imenovane spini. Razporeditev elektronov v kristalni mreži, medmrežne razdalje in usmerjenost kristalnih mrež v mineralih določajo razporeditev magnetnega polja v samem mineralu. Razporeditev magnetnega polja v mineralih pa določa, kako se bodo odzivali na zunanje magnetno polje. Magnetni momenti gradnikov snovi hočejo vedno doseči stanje z najmanjšo energijo, z drugo besedo čimvečjo urejenost. Toplota, ki povzroča Brownovo gibanje, urejenost zmanjšuje. Osnovni model pri preučevanju magnetnih pojavov v snovi je model tokovne zanke. Model združuje v svojem magnetnem dipolnem momentu m vse magnetne lastnosti atomov oziroma molekul. Šele z medsebojnim vplivom večjega števila gradnikov se pojavijo znane snovne lastnosti. Za vpliv zunanjega magnetnega polja na množico gradnikov v vzorcu je treba uporabiti zakone matematične statistike (Dimc, F. 1993, 11). Če merimo susceptibilnost večjim vzorcem, zmanjšamo možnost napake zaradi neenakomerne porazdelitve magnetnih zrn po prostornini vzorca. Težave nastanejo, če je v vzorcu zastopanih več vrst magnetnih mineralov. V vzorcih z visoko susceptibilnostjo demagnetizacijsko polje vzbudi cel vzorec. Magnetna susceptibilnost je definirana kot razmerje jakosti induciranega magnetnega polja (M) proti jakosti zunanjega (inducirajočega) magnetnega polja (H) (13):

k = M/H (13)


21

Le pri naslednjih pogijih je k sorazmerna s količino magnetnih zrn (Mušič B. in F. Dimc 1994, 39): količina in susceptibilnost magnetnega materiala morata biti zadostni, da preglasita

masno susceptibilnost ostalih sestavin vzorca ker se razmerje količin več različkov magnetnih mineralov z različnimi

susceptibilnostmi lahko zelo spreminja že med vzorci istega materiala, merimo vedno le vzorce z eno vrsto magnetnih mineralov

zrna samih magnetnih mineralov morajo biti večja od velikosti, pri katerih je susceptibilnost odvisna od velikosti zrn. Tudi oblike zrn se ne smejo preveč razlikovati.

3.3 Metoda Honda - Owen Fizikalna osnova temelji na dejstvu, da je točka jakosti magnetnega polja, pri kateri se popolnoma uredijo vsi magnetni momenti v vzorcu zastopanih paramagnetikov, nekaj razredov višje od točke magnetizacije zasičenja ferimagnetikov. Paramagnetni momenti se uredijo okrog 109 A/m - Hnemag.s, ferimagnetni že pod 106 A/m - Hmag.s, feromagnetni pa seveda še prej. V tem območju jakosti H tudi izvajamo meritve. Nemagnetne sestavine vzorca čutijo silo sorazmerno BdB/dx, medtem ko so magnetne primesi v nasičenju in čutijo silo sorazmerno dB/dx. Samo zaradi prirastka magnetizacije nemagnetnih sestavin vzorca se s povečanjem H povečuje tudi magnetizacija vzorca. V območju poljskih jakosti (Hmag.s, Hnemag.s) se magnetizacija magnetnih primesi ne spreminja. Polja H pri naših meritvah so bila izbrana v območju 160 kA/m, 800 kA/m. Honda-Owen metoda priporoča graf k(1/H), v katerem se vpliva magnetnih in nemagnetnih sestavin vzorca enostavno ločita. Oblika funkcije je premica (14): k(1/H) =k∞ + A. (1/H) (14)

Kjer je H zunanje inducirajoče magnetno polje, pri katerem so vzorci merjeni. Dva parametra, ki opisujeta vzorec sta ekstrapolirana magnetna susceptibilnost k∞, ki je v bistvu merilo koncentracije paramagnetnih komponent v vzorcu in naklon susceptibilnosti A, ki je merilo koncentracije ferimagnetnih komponent. Vrednost susceptibilnosti ozadja je določljiva kot k pri 1/H = 0. k(1/H) je izmerjena susceptibilnost, ki se jo iz meritve magnetizacije določi z izrazom (15): k= M/H ali σ/Bo (15) Koeficient A je zmnožek nasičene specifične magnetizacije σs in koncentracije primesi c’, izražene s kg magnetnega oksida na m3 vzorca. Količina magnetnega oksida v vzorcu je lahko opora pri določevanju magnetne susceptibilnosti, če je susceptibilnost mera količine magnetnega oksida. Pogoj, da mora biti oksida dovolj v vzorcu in da je močno susceptibilen, je bilo že pojasnjeno. Le tako namreč preglasi nemagnetne sestavine ozadja, katerih susceptibilnost znaša tipično od 5 do 30.10-8 m3/kg (Dimc. F. 1993, 45).


22

3.4 Izvedba terenskih meritev magnetne susceptibilnosti Z instrumentom Kappameter KT-5 merimo fizikalni parameter imenovan navidezna magnetna susceptibilnost (NMS, k’≈k). Meritve lahko izvajamo na terenu ali v laboratoriju na presejanih in stehtanih vzorcih. Pri laboratorijskih meritvah smo uporabljali ta instrument za ugotavljanje NMS presevkov sejalne analize in odvisnosti NMS od dodanih utežnih odstotkov metalurškega oz. keramičnega prahu. V splošnem se NMS (k’) razlikuje od “prave” susceptibilnosti (k) v odvisnosti od velikosti in geometrijske oblike merjenega vzorca. Instrument je kalibriran za idealen primer pri katerem je merilna tuljava položena na popolnoma ravno površino, ki predstavlja mejo pol-prostora zapolnjenega z magnetno homogenim in izotropnim materialom s susceptibilnostjo k. V tem primeru lahko zapišemo relacijo med “pravo”

susceptibilnostjo k in navidezno susceptibilnostjo k’ v obliki enačbe (16): k=k’/(1-k’/2) (16) Za vrednosti susceptibilnosti nižje od 100.10-3SI velja (17): k=k’ (17) pri čemer je napaka manjša od 5%. A B

rela

tivno

upa

danj

e (%

)

razdalja (mm) Slika 3: Relativno znižanje vrednosti odčitkov susceptibilnosti (v %) z večanjem oddaljenosti instrumenta od površine merjenega vzorca (A) in nomogram za korigiranje odčitkov navidezne magnetne susceptibilnosti (k’) z instrumantom Kappameter KT-5 v “pravo” magnetno susceptibilnost (k) (B).

V praksi lahko razliko med k in k’ zanemarimo v vseh merilnih območjih instrumenta

razen v tretjem območju: 999x10-3SI (za k’). Za ugotavljanje “prave” susceptibilnosti v teh pogojih obstaja ustrezen nomogram (slika 3B): Pri meritvah moramo upoštevati tudi razlike v odčitkih, ki so posledica praznin med merilno površino instrumenta in površino vzorca. Kadar aktivna površina instrumenta ni neposredno na površini vzorca je odčitek nižji od navidezne susceptibilnosti (k’).


23

Pomembno je vedeti, da vrhnja, 2 cm debela plast vzorca prispeva kar 90% izmerjene vrednosti (slika 3A). S tem instrumentom uspešno merimo vzorce, katerih debelina ni manjša od 5 cm in premer površine manjši od 6 cm. 4. PRIMERI RAZISKAV Z MAGNETNO METODO Ustreznost magnetne metode v različnih naravnih okoljih, ki so opredeljena s pedosekvencami oz. krajinskimi sistemi (Stritar, A. 1990) je ilustrirana na izbranih primerih geofizikalnih raziskav, kjer je dobro pojasnjen potencial magnetne metode tudi v odvisnosti od različnih tipov arheoloških ostankov. 4.1 Ajdovščina nad Rodikom 4.1.1 Terenske magnetne raziskave Strategija magnetne prospekcije na kasnoantičnih naselbinah je podana na primeru Ajdovščine nad Rodikom (Marchesetti, C. 1903; Slapšak, B. 1978, 546-547; 1985, 134-135; 1988, 95-107 in 1995) (slike 4, 5 in 6), ki se nahaja na pedosekvenci na nekarbonatnih kamninah (za rezultate geoloških raziskav glej npr.: Orehek, S. 1972 253-270; Orehek; S. in Silvester, M. 1964 in 1967). Rezultati geofizikalne raziskave so povzeti po nekaterih objavah arheološke prospekcije (Mušič, B et al. 1995, 6-15; Mušič, B. in B. Slapšak 1998, 81-93; Mušič, B., Perko, V. in B. Slapšak 1999, 132-146, Mušič, B. 1999, 349-405). Slika 4: Položajna skica raziskane površine. Linija prazgodovinskega nasipa in mreža kvadrantov 20 x 20 m. Kvadranti služijo za določitev relativnih koordinat poljubne spremenljivke pri arheološki prospekciji. Kasnoantične naselbine v Sloveniji predstavljajo precej kompleksen problem za učinkovito rabo geofizikalnih metod. Razlogov za to je več in se razlikujejo tudi od najdišča do najdišča. Najpomembnejše so na eni strani naravne danosti, ki se kažejo kot zmerno do zelo topografsko razgibane površine z gosto vegetacijo in spremenljivo debelino tal. Poleg tega je današnja površina pogosto prekrita z ruševinskimi grobljami kasnoantičnih arhitekturnih ostankov. To so bistveni dejavniki, ki izrazito


24

vplivajo na znižanje razmerja signal/šum in s tem slabše detektibilnosti arheoloških ostankov za skoraj vse geofizikalne tehnike, nekatere pa so pri takšnih pogojih skoraj popolnoma onemogočene (npr. geoelektrična upornostna metoda in deloma tudi georadarska metoda). Slika 5: Digitalni model reliefa in površina raziskana z meritvami vertikalnega gradienta magnetnega polja (pretočni gradiometer Geoscan FM36). Označeni so posamezni kvadranti, ki so bili glede na pozitivne rezultate pretočnega gradiometra, raziskani še s protonskima magnetometroma (Gemsystem GSM19 in Geometrics G819). Slika 6: Digitalni model reliefa in površina raziskana z navidezno magnetno susceptibilnostjo (Kappameter KT-5).

Za meritve vertikalnega gradienta magnetnega polja (VGM) na celotni površini naselbine je bil uporabljen pretočni gradiometer (Fluxgate gradiometer Geoscan FM36,

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280

razdalja (m)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

razd

alj

a (

m)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280

razdalja (m)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

razd

alja

(m

)


25

Geoscan Research, Bradford). S tem instrumentom merimo spremembe VGM Zemljinega magnetnega polja (dZ/dz, nT/m) (sliki 7 in 8) glede na ničelno referenčno točko. Zaradi zagotavljanja boljših rezultatov z manjšimi razlikami višine ozadja med posameznimi kvadranti, so bile vse meritve opravljene z uporabo ene same referenčne točke, ki služi za odpravljanje drifta inštrumenta. Na ta način se izognemo verjetnim napakam pri večkratnem prenašanju referenčne točke na novo lokacijo in s tem zagotavimo enotnejše ozadje meritev za celotno raziskano površino. To je pomembno predvsem na najdiščih s šibkimi kontrasti v magnetni susceptibilnosti, kar velja tudi za Ajdovščino nad Rodikom. Na takšnih najdiščih lahko pričakujemo dobre rezultate magnetne metode predvsem na mestih, kjer se pod površino nahajajo ferimagnetni keramičnimi objekti, za katere je značilna močna termoremanentna magnetizacija, ki na sicer magnetno “tihih” najdiščih (v povprečju nizke vrednosti magnetne susceptibilnosti) ustvarijo močne magnetne anomalije. To velja za lončarske peči, metalurške talilne peči, večje koncentracije opeke, strešnikov, odpadnih produktov železarstva ipd. (glej npr.: Heathcote et al. 1981, 61-70; Papamarinopoulos et al. 1985, 483-490 in 1986, 111-112). Vsa območja, kjer so bili s pretočnim gradiometrom ugotovljeni objekti s termoremanentno magnetizacijo (slika 7), so bila naknadno raziskana še s protonskima magnetometroma Geometrics GSM 819 in GemSystem GSM19 (sliki 9 in 10). Slika 7: Meritve vertikalnega gradienta magnetnega polja (Fluxgate gradiometer FM36). Označene so površine (od 1 do 7), na katerih je bila ugotovljena močna termoremanentna magnetizacija (železarskih?) obrtnih delavnic. Vse te površine so bile nato raziskane še s protonskim magnetometrom (Geometrics G819 in/ali GemSystem GSM19).

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280

razdalja (m)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

razd

alja

(m

)

JIHGFEDCBAZYWV

XI

X

IX

VIII

VII

VI

V

IV

III

II

I

0

1

2

3

4

6

7

5


26

Slika 8: Spremembe gradienta vertikalne komponente magnetnega polja, izmerjene s pretočnim gradiometrom na območju 2 (slika 7), kjer so bile ugotovljene močne magnetne anomalije zaradi termoremanentne magnetizacije železarske peči (območje 2a) in deponije odpadnih produktov metalurgije (območje 2b). Razdalja med merilnimi točkami je 0,5 m, razdalja med profili je 1 m (n = 800, m = 3,71, s = 13,71, min = -85,45, max = 102,30). Zelo visok pozitivni gradient na območju 2 (slika 8) kaže na močno termoremanentno magnetizacijo v jugovzhodnem vogalu območja, ki jo v arheološkem kontekstu interpretiramo kot žgalno ali talilno peč oz. kovaško ognjišče. Kot je bilo uvodoma že povedano, je termoremanentna magnetizacija posledica konverzije šibkomagnetnih železovih mineralov v bolj magnetne oblike pri visokih temperaturah. “Pravilna” oblika magnetne anomalije je najverjetneje učinek ostankov ostenja oz. ogrodja iz žgane gline ali žganih kosov peščenjaka iz flišne osnove in situ. Ne moremo izključiti možnosti, da je vsa notranjost objekta zapolnjena z enim samim blokom materiala s termoremanentno magnetizacijo, vendar se zdi ta možnost manj verjetna. S t.im. pečjo je na vzhodni strani povezano manjše območje precej višjih vrednosti od ozadja (10-30 nT/m), vendar tudi veliko nižjih kot na območju peči (do 100 nT/m). Najbolj verjetna se zdi razlaga, da gre za odpadne produkte obrtne dejavnosti s termoremanentno magnetizacijo. Nižje vrednosti od t.im. peči lahko razložimo z različno usmerjenimi magnetni dipoli, katerih skupni magnetni učinek je kljub visoki magnetni susceptibilnosti posameznih kosov manjši zaradi manjše vektorske vsote posameznih različno orientiranih magnetnih virov (dipolov).

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

razdalja (m)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

razd

alja

(m

)

-73

-59

-45

-31

-17

-3

11

25

39

53

67

81

95

nT/m

Območja premerjena s protonskima magnetometroma

DEPONIJA ŽLINDRE?

?

Območje 2b

Območje 2a

Geometrics G819

GemSysem GSM19

ŽGALNA PEČ,KOVAŠKO OGNJIŠČE?

DEPONIJA ŽLINDRE?


27

Slika 9: Totalno magnetno polje nad t.im pečjo na območju 2a (slika 8) izmerjeno s protonskim magnetometrom (GemSystem GSM19). Višina senzorja je 0,6 m, razdalja med merilnimi točkami je 1 m, ekvidistanca je 8 nT (n = 160, m = 47041, s = 31, min = 46957, max = 47206). Podobno kot s pretočnim gradiometom (Geoscan FM36) (slika 8) je bila tudi s protonskim magnetometrom (GemSystem GSM19) na istem mestu izmerjena anomalija z visoko amplitudo (200 nT), kar potrjuje zaključke na osnovi meritev s pretočnim gradiometrom (slika 9). Severozahodno od pika anomalije (+) je bil izmerjen tudi nižji ekstrem iste magnetne anomalije (-). Pri tem moram opozoriti na to, da je ta usmerjen za približno 10o od smeri geografskega severa proti vzhodu. Močna pozitivna deklinacija kaže na to, da termoremanentna magnetizacija močno prevladuje nad inducirano magnetizacijo in je najverjetneje usmerjena v smeri magnetnega polja v kasni antiki, ko so prenehali z obrtjo in se je t.im. peč zadnjič ohladila. Takšna oblika anomalije kaže na močan dipolni značaj, ki je posledica termoremanentne magnetizacije dobro ohranjenega objekta, ki se še vedno nahaja na prvotnem mestu. Slika 10: S protonskim magnetometrom GemSystem GSM19 smo ugotovili močno termoremnanentno magnetizacijo nad objekti, ki najverjetneje pripadajo metalurškim delavnicam (A: 1 - kovaške peči?, 2 -

470004704047080471204716047200

-

nT

ŽGALNA PE

Č,

KOVAŠKO OGNJIŠ

ČE?

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

razdalja (m)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

5 10 15 20

razdalja (m)

5

10

15

20

25

30

35

40

razd

alja

(m

)

4699

0

4700

0

4701

0

4702

0

4703

0

4704

0

4705

0

4706

0

4707

0

4708

0

4709

0

4710

0

4711

0

4712

0

4713

0

4714

0

4715

0

nT

A

B

A

1

2

21

smer georadarskega profila

ŽGALNA PEČ,KOVAŠKO OGNJIŠČE?

DEPONIJA ŽLINDRE?

B


28

deponije odpadnih produktov metalurgije) na območju 6 in 7 (glej sliko 7) in detajl termoremanentne magnetizacije peči na območju 6 (B). S protonskim magnetometrom so bile raziskane tudi nekatere površine v centralnem delu naselbine (sliki 7 in 10: območji 6 in 7). Podobno kot s pretočnim gradiometrom so bili tudi s protonskim magnetometrom ugotovljeni magnetni viri z močno termoremanentno magnetizacijo. Najverjetneje gre za ostanke obrtnih delavnic in-situ (kovačije?) (Slika 10A:1) in nekoliko šibkejše magnetne anomalije, ki so najverjetneje rezultat deponije odpadnih produktov metalurgije (slika 10A: 2). Gre za podobno situacijo kot na območju 2 (glej sliki 7 in 8). Nižje magnetne anomalije so posledica različno orientiranih manjših magnetnih dipolov, ki so v tem primeru naverjetneje odpadni produkti metalurgije (kovaška žlindra?). S protonskim magnetometrom GemSystem GSM 19 smo dobili boljši rezultat predvsem glede geometrije objekta s termoremanentno magnetizacijo na območju B (slika 10B), ki kaže v tlorisu jasen polkrožni presek. Stopnja korelacije med rezultati intenzivnega terenskega pregleda (število drobcev keramike oz. žlindre na enoto površine; 4 m2) in magnetno susceptibilnostjo je nepričakovano visoka (slika 11). Zaradi dobre korelacije med koncentracijo površinskih najdb in susceptibilnostjo tal so bile meritve razširjene na večjo površino, kot je bilo prvotno predvideno (slika 12). Slika 11: Diagram števila kosov keramike na zbiralno enoto 2 x 2 m in vrednosti navidezne magnetne susceptibilnosti v centru vsake zbiralne enote, izmerjene z instrumentom Kappameter KT-5 v Kvadrantu FX (glej sliko 12).

0 20 40 60 80 100

0

2

4

6

8

10

12

14

Navidezna magnetnasusceptibilnost

Število kosov keramike na enoto površine

Neodvisna spremenljivka: keramikaOdvisna spremenljivka: nav. mag. susc.R=0,62307R2=0,31584s=0,72477

Nav

. mag

. sus

c. (

x10-3

SI)

in š

t. ko

sov

kera

mik

e

Zaporedna številka meritve


29

Slika 12: Prikazane so vrednosti navidezne magnetne susceptibilnosti, višje od t. i. kritične oz. mejne vrednosti, ki v tem primeru znaša 0,56 x 10-3 SI. Visoke vrednosti susceptibilnosti se dobro ujemajo z visokimi gradienti magnetnega polja. Do zelo podobnega rezultata smo prišli tudi na ostalih delih naselbine. Domala povsod gre za visoko stopnjo korelacije med gradiometrijo (Fluxgate gradiometer FM36) in magnetno susceptibilnosjo (Kappameter KT-5) (slika 12) ter magnetno susceptibilnostjo in terenskim pregledom (slika 11). Z laboratorijskimi meritvami (za podrobnejđo razlago glej: Dimc, F., Mušič, B. in R. Osredkar 1994, 225-230; Mušič, B. in B. Slapšak 1998, 81-93 in 1999, 132-146) je bilo ugotovljeno, da so povišane vrednosti susceptibilnosti vrhnjega približno 2 cm debelega horizonta tal posledica kontaminacije s keramičnim in/ali metalurškim prahom (železarstvo?), ki je najverjetneje rezultat mehanskega razpadanja kosov keramike in žlindre na površini naselbine. 4.1.2 Laboratorijske magnetne analize V tem poglavju so predstavljeni rezultati prizadevanj za razširitev oz. dopolnitev arheološke prospekcije z analizami majhnih, tudi do samo nekaj 10 mg težkih vzorcev. Te analize predstavljajo komplementarni nabor podatkov že uveljavljenim prospekcijskim metodam kot so arheološki terenski pregledi in geofizikalna prospekcija (glej npr.: A. R. Boucher 1996, 135-139). V nadaljevanju so podane dodatne interpretativne možnosti z uporabo sejalne analize, magnetne susceptibilnosti, rentgenske difraktometrične metode in diferenčno termične analize.

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280

razdalja (m)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

razd

alja

(m

)

JIHGFEDCBAZYWV

XI

X

IX

VIII

VII

VI

V

IV

III

II

I

0

7

8

910

11

12

13

1415

16

17

18

19

20

X

X'

Geokemični profil z vzorčnimi točkamiVišja vsebnost Fe, Al, K in Mg (razred 1)

Navidezna magnetna susceptibilnost (Kappameter KT-5)


30

Območja jemanja vzorcev so bila določena na osnovi interpretacije predhodnih geofizikalnih raziskav in terenskega pregleda. Na podlagi makroskopskega pregleda odpadnih produktov metalurgije (interno poročilo Lionela Orenga) je bilo ugotovljeno, da gre prej ko ne za kovaške obrtne delavnice, ki močno prevladujejo, vendar tudi obratov za taljenje železove rude ne morem povsem izključiti. Z laboratorijskimi analizami vzorcev tal smo želeli kot prvo ugotoviti, ali je mogoče tudi na “mikro” nivoju izdvojiti parametre, ki kažejo visoko stopnjo korelacije z ostalimi opazovanimi spremenljivkami na območjih obrtne dejavnosti, kot je bilo to ugotovljeno npr. za korelacijo: vertikalni gradient magnetnega polja/magnetna susceptibilnost/terenski pregled (glej: Mušič, B. in B. Slapšak, 1998, 81-93; Mušič, B., V. Vidrih Perko in B. Slapšak 1999, 132-146) in kot drugo: ali je mogoče z izbranimi analizami tudi zelo majhnih vzorcev (50-200 mg) dopolniti rezultate geofizikalne prospekcije z nekaterimi novimi informacijami, ki jih lahko koristno uporabimo pri arheološki interpretaciji. Nenazadnje so tovrstne analize pri arheološki prospekciji v Sloveniji zaenkrat zelo redke. Vzorci tal za laboratorijske analize so bili vzeti na območjih, ki so bila na osnovi rezultatov geofizikalnih raziskav in terenskega pregleda opredeljena kot metalurške obrtne cone. Vzorce smo pobrali glede na rezultate VGM (Geoscan FM36) in totalnega magnetnega polja (Geometrics G816, GemSystem GSM19), navidezne magnetne suceptibilnosti (Kappameter KT-5) (glej: Mušič, B. in B. Slapšak 1998, 81-93; Mušič, B. 1999a, 349-405; Mušič, B. 1999b, 123-135; Mušič, B., V. Vidrih Perko in B. Slapšak 1999, 132-146) in arheološkega terenskega pregleda. Vzorčili smo območja najvišjih vrednosti vertikalnega gradienta in/ali totalnega magnetnega polja, ki kažejo na arheološke objekte s termoremanentno magnetizacijo in območja na oddaljenosti nekaj metrov od teh objektov, kjer so bile vrednosti navidezne magnetne susceptibilnosti kartirane z instrumentom Kappameter KT-5 še vedno višje od laboratorijsko določene t.im. “kritične” vrednosti, ki znaša 0,56x10-3SI (Dimc, F., B. Mušič in R. Osredkar 1994, 225-230; Mušič, B. in B. Slapšak 1998, 81-93; Mušič, B., V. Vidrih Perko in B. Slapšak 1999, 132-146), kot tudi območja, kjer z geofizikalnimi raziskavami nismo ugotovili statistično značilnih magnetnih anomalij in zato sklepamo, da se nahajajo zunaj vplivnega območja železarskih obrtnih dejavnosti. S kartiranjem navidezne magnetne susceptibilnosti z instrumentom Kappameter KT-5 je bila ugotovljena visoka vsebnost železovih mineralov v vrhnjem horizontu tal, neposredno pod današnjo hodno površino Ker se ta območja povišane susceptibilnosti ujemajo z anomalijami lokalnega magnetnega polja (slika 12) sklepamo, da je ta kontaminacija posledica železarskih obrtnih dejavnosti v pozni antiki. Kar 90% odčitane vrednosti instrumenta Kappameter KT-5 je posledica susceptibilnosti vrhnjih 2 cm tal, učinek tal na globini več od 5 cm pa je že neznaten. Zaradi te presenetljive ugotovitve, ki jasno kaže na to, da je možno zaznati kontaminacijo z železovimi minerali, ki je posledica kasnoantične metalurške dejavnosti neposredno pod današnjo hodno površino, smo se odločili za analizo samo vrhnjega horizonta tal (do 5 cm). V ta namen so bile uporabljene naslednje analize:

sejalna analiza navidezna magnetna susceptibilnost (Kappameter KT-5) laboratorijske meritve magnetne susceptibilnosti (Manics DSM-8)


31

rentgenska difraktometrična metoda (Philips PW3710) diferenčno termična analiza (Bähr Thermoanalyse DTA 701)

Slika 13: Digitalni model reliefa in položaj vzorcev za laboratorijske analize.

4.1.2.1 Sejalna analiza

S sejalno analizo smo na območjih železarskih obrtnih dejavnosti ugotavljali odstotni (ut.%) delež zrn določenih frakcij. Posušeni vzorci so bili pred sejanjem stehtani, kar velja tudi za presevke na vseh sitih in nato izračunani utežni odstotki nasproti log2 velikosti zrn (glej: Boucher, A. R. 1996, 137). Vzorci so bili presejani na 6 frakcij: Φ>6,3 mm; 6,3mm>Φ>2mm; 2mm>Φ0,63mm; 0,63mm>Φ>0,315; 0,315mm>Φ>0,125mm in Φ<0,125mm. Delovna hipoteza je bila, da se različne aktivnosti v arheološki preteklosti odražajo tudi v različni zrnavosti substrata tal s tem, da se sejalna analiza s preudarkom uporablja pri arheološki prospekciji le v okviru že znanih meja najdišča (intra site). Izodišča za uporabo sejalne analize pri arheološki prospekciji: različne aktivnosti v arheološki preteklosti se odražajo v različni zrnavosti substrata

tal. če obstaja statistično značilna razlika v relativnem deležu posameznih frakcij med

posameznimi arheološkimi območji, se bo ta najverjetneje odražala tudi pri sejanju na majhnem številu ustrezno izbranih vzorcev.

če v deležu posameznih velikosti zrn ni statistično značilnih razlik med vzorci, se v nekaterih primerih lahko te razlike pokažejo tudi kot drugačen arheološki “zapis”, ki je vezan na posamezne frakcije. Za slednje lahko uporabimo glede na arheološko poznavanje prostora eno od naslednjih preiskovalnih metod: laboratorijskee

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280

razdalja (m)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

razd

alja

(m

)

1 2

34

5

6

7

891011

12

13

14

15

16

17

magnetometrija (Fluxgate gradiometer FM36)navidezna magnetna susceptibilnost (Kappameter KT-5)

1 vzorci za laboratorijske analize


32

meritve magnetne susceptibilnosti, rentgenska difraktometrična metoda in diferenčno termična analiza

najustreznejša statistična metoda, s katero ves postopek sejalne analize in dodatnih laboratorijskih analiz posameznih frakcij delno avtomatiziramo tudi na nivoju interpretacije, je K-mean clustrska analiza

Slika 14: Sejalna analiza. Deleži posameznih frakcij izraženi v utežnih %.

Tabela 1: Tabelirane vrednosti podatkov relativnega deleža vsake od frakcij (v utežnih %) z osnovno statistiko. Pri vzorčevanju smo odstranili le vrhnji horizont tal, bogat z organsko snovjo, vzorce posušene na zraku pa presejali s suhim načinom sejanja z uporabo časovno naravnanega stresalnika s kompletom šestih sit. Čas sejanja je bil za vse vzorce enak. Za sejanje je bila uporabljena poljubna količina vzorca s tem, da je bil vsak vzorec pred sejanjem stehtan. Stehtane so bile tudi vse presejane frakcije in izračunani odstotke proti log2 velikosti zrn oz. Φ vrednosti, pri čemer velja: čim višje so vrednosti Φ, tem bolj drobna je frakcija (Boucher, A. R. 1996, 137). Za vsako frakcijo so bile z instrumentom Kappameter KT-5 odčitane tudi vrednosti navidezne magnetne susceptibilnosti. Vzorec je bil pretresen v plastično posodico premera 8 cm in višine 5 cm in pred meritvijo stehtan. Za vsak tako pripravljen vzorec je bilo odčitanih 5 vrednosti in izračunana aritmetična sredina.

Boucher, A. R. (1996, 138) je ugotovil dva pika v zrnavosti, ki ustrezata ostrim spremembam v magnetni susceptibilnosti. Nadalje je ugotovil, da v tem primeru ustrezajo večjim premerom zrn višje vrednosti susceptibilnosti, medem, ko znašajo vrednosti susceptibilnosti manjših zrn samo polovico najvišjih vrednosti

F M SD MAX MIN P1 P99 >6,3mm 19.89529 7.92163 38.03 9.53 9.53 38.03 >2 20.99824 5.20698 29.95 11.17 11.17 29.95 >0,63mm 22.95471 5.68496 31.67 14.01 14.01 31.67 >0,315mm 12.41824 4.33083 26.81 7.83 7.83 26.81 >0,125mm 16.22529 3.34787 21.98 11.72 11.72 21.98 <0,125mm 7.50588 2.29484 12.39 3.82 3.82 12.39

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 170

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

A: >6.3mm; B:>2mm;C:>0.63mm;D:>0.315mm;E:>0.125mm;F:<0.125mm

% A B C D E F

Vzorci


33

To ne ustreza dejstvu, da je velikost monomineralnih zrn maghemita (γ-Fe2O3), ki so eden od najpomembnejših dejavnikov povišane suceptibilnosti tal (Scollar, I. 1990, 393) med 0,08 do 0,4 mm, kar pomeni, da pripadajo finejši frakciji. P. Linford (1994, 49) je npr. ugotovil, da je magnetna susceptibilnost debelejše frakcije antropogeno spremenjenih tal na najdišču Yarnton-Cassington, Oxfordshire v Angliji višja od drobnejše frakcije medtem, ko so pri naravnih tleh izmerili višje vrednosti za drobnejše frakcije.

Pri mikroskopskem pregledu presevkov vzorcev z Ajdovščine nad Rodikom je bilo ugotovljeno, da so v vseh frakcijah prisotni strukturni agregati tal, ki so po sestavi polimineralna zrna in so bila za nadaljne analize (rentgenska difraktometrična metoda in diferenčno termična analiza) z magnetno separacijo izločena magnetna zrna. Slika 15: Osnovni statistični parametri (min, max, srednja vrednost) kažejo razpon odstotnih deležev posameznih frakcij. Vzorci kažejo večjo variabilnost pri frakcijah zrn večjih od 0,315 mm. V tej fazi raziskave nas je zanimalo ali je mogoče na podlagi utežnih % posameznih frakcij ugotoviti statistično pomenljive parametre, ki bi jih lahko uporabil kot neodvisno prospekcijsko metodo za detekcijo območij obrtnih dejavnosti. Na histogramu (slika 14) ni videti očitnih razlik v zrnavosti med posameznimi vzorci. Na sliki 15 je razvidno, da se odstotni deleži frakcij večjih od 0,135 mm spreminjajo v razmeroma širokem območju, kar nas je vzpodbudilo k iskanju razločevalnih parametre, s katerimi bi lahko te razlike opisali s statističnimi parametri.

A B C D E F

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

<0.125>0.125>0.315>0.63>2>6.3

%

Φ (mm)

0,0625 0,125 0,25 0,5 1 2 41

10

100

y=A1x+A0

d=A0/A1

A1

A0

log 10

ute

žni %

log2Φ (mm)


34

Slika 16: Regresijska premica odstotnega deleža posameznih frakcij za vzorec št. 4. A0 - presečišče premice z y - osjo, A1 - naklon premice. Kot razločevalni kriterij granulometrične sestave je bil uporabljen količnik d=A0/A1. V naslednjem koraku je bil za vsak vzorec izračunana enačba regresijske premice za točke, ki predstavljajo logaritmirane vrednosti (log10) odstotnega deleža posamezne frakcije (y) in logaritmirane vrednosti (log2) velikosti zrn (F) posamezne frakcije (x) (slika 16). Slika 17: Diagram količnikov d=A0/A1 za vse analizirane vzorce. Za območja obrtnih dejavnosti so značilni količniki nižji od srednje vrednosti. Na ta način smo dobili za regresijsko premico presečišče z y - osjo (A0) in naklon premice (A1). Kot razločevalni kriterij je bil uveden količnik d=A0/A1. Na diagramu količnikov d za vseh 17 vzorcev vidimo, da so vrednosti nižje od aritmetične sredine značilne za območja obrtnih dejavnosti, medtem, ko so bili količniki višji od srednje vrednosti izračunani samo za vzorce izven teh območij (sliki 17 in 18). Na podlagi teh rezultatov lahko kljub majhnemu številu vzorcev zaključimo, da nam je uspelo začrtati smer iskanja statistično značilnih parametrov, ki omogočijo uporabo sejalne analize kot dodatne analitske metode pri definiranju območij različne namembnosti znotraj najdišč.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

m=srednja vrednost (d)d=Ao/A1

d=m

območja z metalurško dejavnostjo (d<m)

"naravno ozadje" (d>m)

A0/A

1

vzorci


35

Slika 18: Rezultati sejalne analize glede na vrednosti d (A0/A1). Vrednosti d nižje od srednje vrednosti so značilne za območja z visokimi vrednostmi navidezne magnetne susceptibilnosti (Kappameter KT-5), ki predstavljajo območja z obrtnimi dejavnostmi. 4.1.2.2 Navidezna magnetna susceptibilnost S temi meritvami smo želeli ugotoviti korelacijo med velikostjo zrn in susceptibilnostjo. Boucher, A. R. 1996 (138) je na primer ugotovil dva pika v zrnavosti, ki ustrezata ostrim spremembam v magnetni susceptibilnosti; večjim premerom zrn ustrezajo višje vrednosti susceptibilnosti, medtem, ko znašajo vrednosti susceptibilnosti manjših zrn samo polovico najvišjih vrednosti. To ne ustreza dejstvu, da je velikost monomineralnih zrn maghemita (γ-Fe2O3), ki so eden od najpomembnejših dejavnikov povišane suceptibilnosti tal (Scollar, I. 1990, 393) med 0,08 do 0,4 mm, kar pomeni, da pripadajo finejši frakciji.

60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260

razdalja (m)

80

100

120

140

160

180

200

220

240

razd

alja

(m

) 1 2

34

5

6

7

89

10

11

12

13

14

15

16

17

0.51.01.59.410.0(x10 SI)

m1s2s

-3NMS

nad "kritično" vrednostjo NMS0,56

-70 to 23

23 to 200

-

-

d(A /A )o 1

A B C D E F

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

<0.125>0.125>0.315>0.63>2>6.3Φ(mm)

navi

dezn

a m

agne

tna

susc

eptib

ilnos

t (x1

0-3S

I)


36

Slika 19: Osnovni statistični parametri (min, max, srednja vrednost) kažejo razpon navidezne magnetne susceptibilnosti za posamezne frakcije. Na sliki 19 vidimo, da so srednje vrednosti približno enake, razpon izmerjenih vrednosti pa pada od večjih zrn proti manjšim. Statistično značilno odstopanje izmerjenih vrednosti je bilo ugotovljeno edino za frakcijo zrn 6,3 mm>F>2 mm. Ta anomalija je posledica zelo visokih vrednosti v vzorcu št. 16. Vrednosti NMS višje od 1x10-3 SI smatram za povišano magnetizacijo (laboratorijsko določena t.im. “kritična vrednost” znaša 0,56x10-3SI), ki je nedvomno posledica kontaminacije zaradi železarstva. Na sliki 20 vidimo, da so bile v povprečju najvišje vrednosti magnetne susceptibilnosti izmerjene na vzorcih št. 3, 4, 7, 8, 9, 11, 14 in 16. Pri vseh teh vzorcih so bile višje vrednosti izmerjene v več frakcijah. Ocenjujemo, da so bili vsi ti vzorci pobrani znotraj vplivnih območij obrtnih dejavnosti. Slika 20: Vrednosti navidezna magnetna susceptibilnost za posamezne frakcije. Na podlagi rezultatov meritev magnetne susceptibilnosti posameznih frakcij (slika 21) lahko zaključimo, da je bila ugotovljena največja variabilnost za frakcije nad 0,63 mm medtem, ko se vrednosti magnetne susceptibilnosti za frakcije pod 0,63 mm za vsak posamezni vzorec spreminjajo le malo. Slika 21:Magnetna susceptibilnost posameznih frakcij.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14F

>6.3mm >2mm >0.63mm >0.315mm >0.125mm <0.125mm

navi

dezn

a m

agne

tna

susc

eptib

ilnos

t (x1

0-3S

I)

vzorci

1 2 3 4 5 6

0,1

1

10

3

<0.125>0.125>0.315>0.63>2>6.3

navi

dezn

a m

agne

tna

susc

eptib

ilnos

t (x1

0-3 S

I)

Φ (mm)


37

Nato smo naredili poskus z grupiranjem vzorcev v 3 razrede z uporabo K-mean clustrske analize. Zanimalo nas je, ali se bodo dobljeni razredi ujemali z mejami obrtnih con, ki so bile določene na podlagi laboratorijsko določene t.im. “kritične vrednosti” navidezne magnetne susceptibilnosti (Dimc, F., B. Mušič in R. Osredkar 1994, 225-230; Mušič, B. in B. Slapšak 1998, 81-93). Slika 22: Grupiranje presevkov zrn manjših od 0,125 mm s K-mean clustrsko analizo v 3 razrede. Upoštevane so standardizirane vrednosti navidezne magnetne susceptibilnosti (x10-3SI) in gostote (g/cm3). Vzorci se grupirajo v tri jasno ločene razrede. Zdrobljeni vzorci te frakcije so bili uporabljeni za meritve magnetne susceptibilnosti na instrumentu Manics DSM-8.

Slika 23: Navidezna magnetna susceptibilnost (>0,56x10-3SI) in položaj vzorcev zrn manjših od 0,125 mm, ki so bili s K-mean clustrsko nalizo razvrščeni v 3 razrede.

gostota

nav

idez

na

mag

net

na

susc

epti

bil

no

st

Cluster

1

2

3

Centroids

-2,5 -1,5 -0,5 0,5 1,5 2,5 3,5

-1,5

-0,5

0,5

1,5

2,5

3,5

1.00 to 2.00

2.00 to 3.00 3.00 to 3.00

60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260

razdalja (m)

80

100

120

140

160

180

200

220

240

razd

alja

(m

)

0.51.01.59.410.0(x10 SI)

m1s2s

-3n.m.s.

nad "kritično" vrednostjo n.m.s.0,56razred 1

razred 2razred 3


38

Slika 24: Grupiranje presevkov zrn večjih od 0,63 mm in manjših od 2 mm (n=17) s K-mean clustrsko analizo v 3 razrede. Upoštevane so standardizirane vrednosti navidezne magnetne susceptibilnosti (x10-3SI) in gostote (g/cm3). Ta slika je identična sliki 71, s to razliko, da sta 1 in 3 razred zamenjana. Vzorci se grupirajo v tri jasno ločene razrede. Iz iste frakcije so bile iiizločeni magnetne drobce za mineralno analizo z rentgensko difraktometrično metodo in diferenčno termično analizo. Slika 25: Navidezna magnetna susceptibilnost (>0,56x10-3SI) in položaj vzorcev zrn 0,63 mm<F<od 2 mm, ki so bili s K-mean clustrsko analizo na podlagi gostote in susceptibilnosti razvrščeni v 3 razrede.

1.00 to 2.00 2.00 to 3.00

3.00 to 3.00

60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260

razdalja (m)

80

100

120

140

160

180

200

220

240

razd

alja

(m

)

0.51.01.59.410.0(x10 SI)

m1s2s

-3n.m.s.


razred 2razred 3

gostota

nav

idez

na

mag

net

na

susc

epti

bil

nost

Cluster

1

2

3

Centroids

-1,6 -0,6 0,4 1,4 2,4

-0,9

0,1

1,1

2,1

3,1


39

Slika 26: Grupiranje presevkov zrn večjih od 2 mm in manjših od 6,3 mm (n=17) s K-mean clustrsko analizo v 3 razrede. Upoštevane so standardizirane vrednosti navidezne magnetne susceptibilnosti (x10-3SI) in gostote (g/cm3). Vzorci se grupirajo v tri sano ločene razrede. Slika 27: Navidezna magnetna susceptibilnost (>0,56x10-3SI) in položaj vzorcev zrn večjih od 2 mm in manjših od 6,3 mm, ki so bili s K-mean clustrsko analizo na podlagi gostote teže in susceptibilnosti razvrščeni v 3 razrede. Na slikah 22, 24 in 26 so z rdečo barvo označeni razredi, v katere sodijo vzorci z visoko navidezno magnetno susceptibilnostjo in srednjo gostoto. Z modro barvo so označeni razredi s srednjimi vrednostmi NMS in visoko gostoto. Oba razreda sodita na ožje območje obrtnih dejavnosti, kar potrjuje tudi korelacija s kartiranimi rezultati NMS (Kappameter KT-5) in magnetometrija (Geoscan FM36, Geometrics G816) . Na slikah 22 in 23 vidimo rezultate za presevke zrn pod 0,125 mm, na slikah 24 in 25 pa rezultate za velikosti zrn 0,63mm<F<2mm. Upoštevane so standardizirane

1.00 to 1.67

1.67 to 2.33 2.33 to 3.00

60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260

razdalja (m)

80

100

120

140

160

180

200

220

240

razd

alja

(m

)

0.51.01.59.410.0(x10 SI)

m1s2s

-3n.m.s.


razred 2razred 3

gostota

nav

idez

na

mag

net

na

susc

epti

bil

no

st

Cluster

1

2

3

Centroids

-1,6 -0,6 0,4 1,4 2,4

-0,8

0,2

1,2

2,2

3,2


40

vrednosti navidezne magnetne susceptibilnosti izmerjene z instrumentom Kappameter KT-5 (x10-3SI) in gostoto (g/cm3). Rezultat je v obeh primerih identičen: 1 in 3 razred predstavljata anomalijo oziroma območja z obrtnimi dejavnostmi medtem, ko drugi razred predstavlja naravno ozadje oz. obrobna območja industrijskih con.

Na slikah 26 in 27 so prikazani rezultati za frakcijo velikosti zrn 2mm<F<6,3mm, kjer so upoštevane standardizirane vrednosti NMS in gostota. Za razliko od predhodnih dveh frakcij je statistična analiza pokazala, da je najštevilčnejši razred, ki ga uvrščamo v “naravno” ozadje oz. izven vplivnega območja obrtne dejavnosti. Sicer pa se “anomalna razreda” ujemata z razredi pri predhodno obravnavanih frakcijah. Glede na te rezultate lahko predpostavim, da je najustreznejša frakcija za ugotavljanje obrtnih con 0,63mm<F<2mm. Ker so bili dobljeni povsem identični rezultati tudi za frakcijo F<0,125 mm lahko privzamemo, da je tudi ta frakcija zelo ustrezna za ugotavljanje metalurške kontaminacije. 4.1.2.3 Laboratorijske meritve magnetne susceptibilnosti Za laboratorijske meritve magnetne susceptibilnosti na instrumentu Manics DSM-8 so bili vzorci frakcije zrn pod 0,125 mm zdrobljeni v ahatni terilnici na velikosti zrn pod 0,063 mm, odtehtali 50 mg in izmerjena magnetna susceptibilnost. Pred meritvami magnetne susceptibilnosti na instrumentu Manics DSM-8 je potrebno vzorce kolikor je to mogoče homogenizirati, če želimo izkoristiti dobro ločljivost instrumenta, ki je 10-

7SI. Postopke priprave vzorcev v laboratoriju in vse meritve na tem instrumentu je opravil mag. Franc Dimc (IJS). Posebnost celotnega postopka je interpretacija po Honda-Owen metodi, ki se sicer uporablja za izračunavanje magnetne susceptibilnosti sintetičnih materialov (glej npr.: Chern, M., Y., Vennos, D. A. in F. J. Disalvo 1992, 415-425). Poleg uporabe pri arheološki prospekciji, ki je podrobno razložena v nadaljevanju, lahko od tega načina ugotavljanja magnetne susceptibilnosti v prihodnosti pričakujemo veliko tudi v smislu izboljšave razločevalnih kriterijev pri razvrščanju arheološke keramike in drugih artefaktov ki vsebujejo železove minerale. Prva najava teh postopkov je bila že opravljena v dveh člankih (Dimc, F., Mušič, B. in R. Osredkar 1994, 225-230; Mušič, B. in F. Dimc, 1994, 37-44). Glavni razlog nehomogenosti in anizotropnosti vzorcev tal na območjih arheoloških obrtnih dejavnosti je velik kontrast v magnetni susceptibilnosti med minerali, ki so posledica preperevanja matične geološke podlage (flišni peščenjaki) in/ali pedogenetskih procesov ter mineralov oz. zlitin, ki so posledica metalurške dejavnosti v arheološki preteklosti. Kot je bilo že povedano sta v splošnem dva glavna razloga za povišano magnetno susceptibilnost na arheoloških najdiščih. Prvi je heating effect, kjer je razlog visoka temperatura zaradi katere pride do konverzije šibko magnetnih železovih mineralov v minerale z višjo magnetno susceptibilnostjo. Drugi razlog je kontaminacija z železovimi minerali zaradi metalurške dejavnosti. Najvišjo magnetno susceptibilnost do katere se lahko namagnetijo naravna, nekontaminirana tla zaradi povišane temperature, smo izvedli dva laboratorijska eksperimenta. Pri prvem smo na


41

instrumentu Manics DSM-8 merili odvisnost magnetne susceptibilnosti od temperature pri segrevanju v oksidacijskih in ohlajanju v redukcijskih pogojih. Slika 28: Temperaturna odvisnost magnetne susceptibilnosti pri segrevanju vzorca “naravnih” tal (Manics DSM-8) (po: Dimc, F, Mušič, B in Osredkar R.. et al. 1994, 229). Na sliki 28 vidimo, da je najvišja magnetna susceptibilnost naravnega, nekontaminiranega vzorca tal, ki je posledica segrevanja približno 3 krat višja od začetne. Vzorec je bil pobran 20 m severno od kvadranta FX (slika 29), izven območja kontaminacije zaradi obrtnih dejavnosti v pozni antiki. To vrednost lahko privzamemo kot kritično oziroma mejno vrednost magnetne susceptibilnosti, do katere se lahko tla na Ajdovščini nad Rodikom namagnetijo zaradi uporabe ognja. S tem smo seveda določili tudi vrednost susceptibilnosti, ki je lahko posledica gozdnih požarov. Te ugotovitve so upoštevane tudi pri interpretaciji navidezne magnetne susceptibilnosti terenskih in laboratorijskih maritev z instrumentom Kappameter KT-5. Slika 30: Odvisnost navidezne magnetne susceptibilnosti vzrorca tal, ki je bil vzet 20 m severno od kvadranta FX (slika 77 in 79) od dodane količine keramičnega prahu oz. drobcev žlindre (v ut%). Na podlagi rezultatov prvega laboratorijskega testa lahko opredelimo anomalna območja magnetne susceptibilnosti, ki so višja od susceptibilnosti, ki je posledica segrevanja. Kot je bilo ugotovljeno, je ta vrednost 3 krat višja od susceptibilnosti nekontaminiranih tal. Srednja vrednost za vzorce naravnih oziroma nekontaminiranih

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0,0

mag

netn

a su

scep

tibiln

ost X

(10

m /k

g)

-63

0 100 200 300 400 500 600 700

ohlajanje v redukcijski atmosferi

segrevanje v oksidacijski atmosferi

-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 340.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

2.4

2.6

keramični prah

drob

ci ž

lindr

e

navi

dezn

a m

agne

tna

susc

eptib

ilnos

t (x1

0-3S

I)

utežni odstotki dodanega keramičnega prahu ali drobcev žlindre


42

tal, izmerjena z instrumentom Kappameter KT-5 je znašala 0,186x10-3 SI. Iz tega sledi, da lahko določimo za kritično oziroma mejno vrednost 0,56.10-3SI. Pri drugem laboratorijskem testu nas je zanimala odvisnost magnetne susceptibilnosti od dodanih utežnih odstotkov žlinde oziroma keramike. Ugotovljeno je bilo, da je magnetna susceptibilnost zaradi dodane žlindre bistveno višja glede na vrednosti magnetne susceptibilnosti za dodane drobce keramike (slika 29). Sklepam, da lahko te razultate laboratorijskih analiz uporabimo za interpretacijo industrijskih con glede na kontaminacijo s keramiko (npr. lončarske delavnice) oziroma žlindro (npr. metalurške dalavnice) pri prospekciji z instrumentom Kappameter KT-5. Slika 30: Ajdovščina nad Rodikom. Pedosekvenca na nekarbonatnih kamninah. Vzorce za laboratorijske meritve magnetne susceptibilnosti smo vzeli na mestih, kjer smo ugotovili močno termoremanentno magnetizacijo. Vzeli smo tudi nekaj primerjalnih vzorcev na območjih, kjer so bile vrednosti vertikalnega gradienta magnetnega polja v mejah ozadja, vrednosti navidezne magnetne susceptibilnosti pa okoli srednje vrednosti (vzorci št.: 1, 3, 6, 12, 13 in 15). Delovna hipoteza pri meritvah magnetne susceptibilnosti z instrumentom Manics DSM-8 je bila, da so stranski produkti obrtnih dejavnosti prisotni v tleh tudi v mikroskopsko majhnih drobcih, ki pa imajo še vedno jasno sporočilno vrednost o nekdanji obrtni namembnosti tega prostora. Pričakovane razlike v magnetni susceptibilnosti so posledaca kontaminacije tal s ferimagnetnimi železovimi minerali in zlitinami. Kontrast v susceptibilnosti med naravnimi minerali v tleh, kjer prevladujejo illit, klorit, kalcijev montmorillonit, kremen, plagioklazi, mikroklin, ki so vsi diamagnetiki in od šibkomagnetnih železovih mineralov le šibko magnetni modifikaciji železov hidroksid goethit in železov sulfid pirit v skupni količini do največ 3 % (Zupančič, N. 1990, 65) in materiali, ki so posledica kontaminacije je lahko zato zelo velik. Poleg različnih tipov

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280

razdalja (m)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

razd

alja

(m

)

1

34

67

891011

12

13

14

15

16

17


43

magnetizacije znatno vpliva na izmerjene vrednosti susceptibilnosti tudi velikost zrn. Velikost glinenih mineralov, ki v tleh prevladujejo, ne presega nekaj mm. Zaradi tega je lahko tudi v presevku velikosti zrn manjših od 0,125 mm precejšna razlika v velikosti zrn. Večja zrna v glavnem posledica kontaminacije z bolj magnetnimi oblikami železovih mineralov, kar zelo prispeva k nehomogenosti in anizotropnosti vzorca. Ker so bila potencialna večja magnetna zrna z drobljenjem zdrobljena v velko manjših dipolov, je bila s tem v veliki meri odpravljena tudi anizotropnost vzorcev. Zaradi ustrezno širokega merilnega območja in natančnosti instrumenta Manics DSM-8, lahko izmerimo magnetno susceptibilnost tudi tako pripravljenim vzorcem. Zaradi večje homogenosti in izotropnosti vzorcev je tudi ponovljivost meritev neprimerno boljša. Razlike, do katerih prihaja pri ponovitvah so poslediica razlik na napajanju instrumenta.

Položaj vzorcev, ki smo jim izmerili magnetno susceptibilnost na instrumentu Manics DSM-8 in rezultate analizirali po metodi Honda - Owen (glej poglavje 6.3, 56-57), je prikazan na sliki 29 rezultati meritev pa v tabelah 11, 12, 13 in 14 ter na slikah 30. 31, 32 in 33. Zaradi ponovitev je bila v vseh primerih upoštevana tista od obeh meritev za vsak vzorec, ki je imela manjši pogrešek in tudi obteženo srednjo vrednost med obema meritvama. Na grafu (slika 31) vidimo, da so razlike med obema prikazoma zelo majhne in je zato vseeno, katere vrednosti uporabimo za statistične izračune. Slika 31: Nakloni premic (A1) izračunani po Honda-Owen metodi za vse izmerjene vzorce in osnovni statistični parametri. Vzorci so bili na podlagi izračunanih vrednosti A0 in A1 s k-mean clustrsko analizo z upoštevanjem opcije kvadrata euklidne razdalje razvrstil v tri razrede (slika 32). Za A0 in A1 so upoštevane obtežene srednje vrednosti za dve meritvi na vsakem vzorcu. Interpratacija rezultatov k-mean clustrske analize (slika 32):

Razred 1 (močna anomalija), vzorci št.: 14, 4, 8 in 11 Razred 2 (šibka anomalija), vzorci št.: 1, 15, 6, 7, 13, 16 in 17 Razred 3 (ozadje), vzorci št.: 3, 10, 12, 6 in 9.

A8/1

A9/1

A9/2

B8/1

B9/1

B9/2

B10/

1B1

0/2

B10/

3C

8/1a

C9/

1G

7/1a

H6/

1H

8/1

I7/1

G7/

1*B8

/1*

20

30

40

50

60

70

80

90

m+1s

m

2222

2

2

2

3

333

3

1

1

1

1

1

clustri: 1, 2 in 3

n=17m=45,08s=18,69

B C

nakl

on p

rem

ice

A1

vzorci


44

Slika 32: K-mean clustrska analiza vzorcev na osnovi standardiziranih vrednosti A0 in A1 v tri razrede. Za A0 in A1 so upoštevane obtežene srednje vrednosti za dve meritvi na vsakem vzorcu. Slika 33: Primerjava navidezne magnetne susceptibilnosti (Kappameter KT-5) nad kritično oz. mejno vrednostjo in naklonov premice susceptibilnosti (A1) po Honda-Owen metodi (Manics DSM-8) (glej: Chern, M. Y., Vennos, D. A. in Disalvo, F. J. 1992, 415-425), ki opredeljujejo vsebnosti ferimagnetnih komponent v vzorcu. Na podlagi teh so bili vzorci razvrščeni v tri razrede glede na osnovne statistične parametre (m-srednja vrednost, s-standardni odklon).

60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260

razdalja (m)

80

100

120

140

160

180

200

220

240

razd

alja

(m

) 1

34

6

7

8910

11

12

13

14

15

16

17

min<A1<mm<A1<1s

1s<A1

Naklon premice (A1):

0.51.01.59.410.0(x10 SI)

m1s2s

-3NMS

NMS nad "kritično" vrednostjo0,56n=15

s=16,9min=22,9max=79,5

A1

Cluster

1

2

3

Centroids

A0

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5

-2.9

-2.4

-1.9

-1.4

-0.9

-0.4

0.1

0.6

1.1

1.6

2.1


45

Slika 34: Primerjava VGM (Geoscan FM36) in naklonov premice magnetne susceptibilnosti (A1) po Honda-Owen metodi (Manics DSM-8) (glej: Chern, M. Y., Vennos, D. A. in Disalvo, F. J. 1992, 415-425), ki opredeljujejo vsebnost ferimagnetnih komponent v vzorcu razvrščeni v 3 razrede. Rezultati meritev magnetne susceptibilnosti na majhnih (do 50 mg) vzorcih so prikazani na slikah 33 in 34. Ob upoštevanju dejstva, da ne morem podati povsem zanesljive ocene ustreznosti laboratorijskih meritev magnetne susceptibilnosti na instrumentu Manics DSM-8 zaradi majhnega števila vzorcev, so rezultati kljub temu presenetljivi. Na sliki 33 so vrednosti naklonov premic A1 prikazane z izolinijami (minimum curvature). Ugotovim lahko le to, da mi je uspelo na ta način zamejiti domala enako anomalno območje, kot je bilo zamejeno z meritvami navidezne magnetne susceptibilnosti z instrumentom Kappameter KT-8 in upoštevanjem kritične oziroma mejne vrednosti. To še posebej velja za vzorce od 1 do 13. Za vzorce od 14 do 17 je to prekrivanje precej slabše. Izpuščena so vsa tri območja na zunanji strani obrambnega nasipa, ki so bila predhodno ugotovljena z meritvami VGM (Geoscan FM36) in navidezno magnetno susceptibilnostjo (Kappameter KT-5). To je posledica tega, da smo na tem območju analizirali le štiri vzorce, od katerih je bil le eden primerjalni vzorec (15), pobran izven obrtnega kompleksa. Po mojem mnenju bi za boljši rezultat zadoščalo že, če bi analizirali 3 nekontaminirane vzorce vzhodno od industrijskega kompleksa.

4.3 Postopek nenadzorovane klasifikacije

Postopek nenadzorovane klasifikacije (Ladefoged, T. N. et al. 1995, 471-481) je bil uporabljen za razvrščanje merjenih spremenljivk v razrede, ki predstavljajo v naravi površinske enote, v arheološkem kontekstu pa različne tipe arheoloških ostankov in/ali območja različnih aktivnosti oz. namembnosti še na industrijskem kompleksu na severovzhodnem delu naselbine (slika 35).

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280

razdalja (m)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

razd

alja

(m

)

1

34

67

891011

12

13

14

15

16

17

63.00 to 80.00

37.00 to 63.00

22.90 to 37.00

---


46

Slika 35: Digitalni model reliefa naselbine, kjer so prikazane samo relativne razlike v nadmorskih višinah (analytical hill shading). Položaj območij A, B in C, ki so izbrana za testiranje je prikazan na slikah 35, 36, 37 in 38. Območji A in B segata čez rob naselbine in ležita v glavnem zunaj naselbine na strmem prazgodovinskem obrambnem nasipu, kjer so bile izmerjene močne magnetne anomalije objektov s termoremanentno magnetizacijo. Najverjetneje gre za poznoantične obrtne delavnice (slike 36, 37 in 38). Na območju C, ki se nahaja na naselbini, so bile izmerjene samo šibke magnetne anomalije, ki so posledica inducirane magnetizacije flišnih peščenjakov ruševinskih grobelj kasnoantičnih hiš.

razdalja (m)

razd

alja

(m

)

III

40 80 120 160 200 24020 60 100 140 180 220 260IHGFEDCBAZYWV

I

II

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

Območje A

Območje B

Prazgodovinski nasip

Območje C

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280

razdalja (m)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

razd

alj

a (m

)

JIHGFEDCBAZYWV

XI

X

IX

VIII

VII

VI

V

IV

III

II

I

0

Območje A

Območje B

Območje C


47

Slika 36: Spremembe vertikalnega gradienta magnetnega polja (dZ/dz, nT/m) prikazane v sivih odtenkih (črno: -12 nT/m, belo: +12 nT/m). Območje A na severo-vzhodnem, zunanjem robu strmega prazgodovinskega nasipa (slike 35, 36, 37 in 38; kvadranta FX in GX) je bila izbrana za prvo površino, kjer smo želeli preveriti možnosti uporabe nenadzorovane klasifikacije za interpretacijo podatkov zbranih pri arheološki prospekciji. Na tem območju je bila ugotovljena močna termoremanentna magnetizacija, ki je posledica magnetizacije žgane gline in/ali kamnov, ki so arheološki ostanki obrtne delavnice, ki je bila na nek način povezana z uporabo visokih temperatur. Izmerjene vrednosti lokalnega gradienta vertikalne komponente magnetnega polja se nahajajo v območju med –223,5 in +35,5 nT (m=2,5 nT, s=10 nT). Abrahamsen in Breiner (1991, 660) npr. pišeta, da je bila najvišja amplituda anomalije gostote magnetnega polja izmerjena s protonskim magnetometrom nad lončarsko pečjo 100 nT, nad do 1 m debelo plastjo odpadkov pri žganju opeke v neposredni bližini peči pa do 25 nT. V našem primeru so bile ekstremne vrednosti izmerjene nad manjšimi železnimi predmeti, ki ležijo plitvo pod površino (slika 39). Slika 37: Detajl magnetograma severo-vzhodnega dela naselbine, kjer so vidne razlike razlike v intenziteti in obliki induciranega in termoremanentnega tipa magnetizacije. Analiza magnetogramov, kjer smo upoštevali jakost in obliko anomalij VGM (dZ/dz, nT/m), velikost anomalne površine in njen arheološki kontekst (plitvo pod površino strmega prazgodovinskega nasipa) kaže na to, da gre najverjetneje za kasnoantično obrtno delavnico (žgalna peč?) (slika 39). Glede na obliko magnetnih anomalij v horizontalni ravnini (pasova pozitivnih in negativnih gradientov potekata približno v smeri vzhod-zahod), njihovo usmerjenost (pozitivni gradient južno, negativni severno)

OBMOČJE A

OBMOČJE B

OBMOČJE C


48

in jakost (od –40 nT do +33 nT), gre za magnetni dipol s termoremanentnim tipom magnetizacije z usmeritvijo daljše osi v smeri vzhod – zahod. Na isti površini, kjer so bile izmerjene močne magnetne anomalije so bile ugotovljene tudi visoke vrednosti navidezne magnetne susceptibilnosti, ki se v 90% nanašajo na vrhnji horizont zemljišča do globine približno 2 cm, in visoko koncentracijo drobcev keramike na enoto površine (sliki 38 in 39). Slika 38: Navidezna magnetna susceptibilnost (Kappameter KT-5) na severo-vzhodnem robu naselbine, kjer so bila ugotovljena območja z močno termoremanentno magnetizacjo (sliki 36 in 37) Na sliki 39 so prikazane vrednosti susceptibilnosti, ki so višje od kritične oz. mejne vrednosti magnetne susceptibilnosti, ki znaša 0,56.10-3SI. Ta vrednost je bila ugotovljena z laboratorijskimi meritvami susceptibilnosti na majhnih (50 mg) homogeniziranih vzorcih tal na instrumentu Manics DSM-8 na Inštitutu Jožef Štefan (za razlago metode in rezultatov glej: Dimc, F. 1994, 225-230) in pomeni najvišjo vrednost do katere se lahko zviša magnetna susceptibilnost zaradi segrevanja (Tite, M. S. in C. Mullins, 1971, 209-219) pri konkretnih naravnih danostih (glej sliko 28). Vzorci za laboratorijske meritve susceptibilnosti so bili pobrani zunaj naselbine, kamor glede na meritve s terenskim instrumentom Kappameter KT-5 ni segel vpliv obrtnih dejavnosti iz naselbine. Fizikalne in kemične lastnosti teh vzorcev lahko po mojem mnenju privzamemo za “naravno ozadje", ki je bilo zelo podobno tudi na naselbini pred kontaminacijo z raznimi stranskimi produkti obrtnih dejavnosti. Kritična vrednost predstavlja mejno oziroma najvišjo vrednost magnetne susceptibilosti, do katere se lahko zviša magnetno ozadje nekontaminiranega vzorca pri segrevanju. Višje vrednosti od teh so posledica kontaminacije s keramičnim in/ali metalurškim prahom.

0 20 40 60 80 1000

20

40

60

80

100

120

razd

alja

(m

)

0.1

0.5

0.7

1.0

1.3

1.6

1.8

2.5

4.0

5.0

6.0

8.0

x10 SI-3

Območje A

Območje B

Območje C

I

Obrtna delavnica (lončarstvo, ...)?

HGFE

V

VI

VII

VIII

IX

X

smer prazgodovinskega nasipa

Območja povezana z antičnometalurško dejavnostjo


49

Na sliki 29 so prikazane vrednosti višje od 0,5.10-3 SI, kar ustreza približno 10% in več keramičnega prahu v tleh (glej sliko 29). Sicer se vrednosti navidezne magnetne susceptibilnosti nahajajo v območju med 0,13 in 1,84.10-3 SI (m=0,53.10-3 SI, s=0,33.10-3 SI). Korelacijski koeficient, ki opisuje stopnjo korelacije med koncentracijo drobcev keramike (število kosov na enoto površine; odvisna spremenljivka) in navidezno magnetno susceptibilnostjo (neodvisna spremenljivka) je presenetljivo visok. Korelacijski koeficient R znaša kar 0,62, kar pomeni, da lahko z 62% zanesljivostjo napovemo število drobcev keramike na osnovno zbiralno enoto (2x2m) na osnovi meritev magnetne susceptibilnosti (1 meritev na zbiralno enoto). Slika 39: Območje A: gradient vertikalne komponente magnetnega polja (dZ/dz, nT/m) in vrednosti navidezne magnetne susceptibilnosti (.10-3SI) višje od "kritične" vrednosti (0,52.10-3SI). S takšnimi in podobnimi ugotovitvami, ki so sicer pomembne tudi kot prispevek k teoriji arheološke prospekcije, smo običajno prehitro zadovoljni. Že s primerjavo nazornih kart distribucij izbranih spremenljivk (npr.: susceptibilnost/razširjenost keramike) lahko pridemo do povsem očitnih ugotovitev in zadovoljivih ocen stopnje korelacije med izbranima(i) spremenljivkama(i) (glej npr. slike 39, 40 in 41). Te odnose lahko zapišemo tudi v številčnih vrednostih, ki so rezultat preprostih statističnih testov, kot je to v našem primeru stopnja korelacije (R). Na tem preprostem primeru želim poudariti, da je kljub presenetljivo visoki stopnji korelacije (R=0,62) manjkajoča razlika do 100% lahko za arheološko interpretacijo prav tako pomembna kot evidentno dejstvo o dobri korelaciji, ki smo ga želeli s statističnim izračunom le potrditi. Ker je bilo na območju A najdenih le nekaj odpadnih produktov metalurgije (slika 40), ki se poleg tega nahajajo tudi izven območja najmočnejših magnetnih anomalij sklepam, da je povišana NMS posledica primesi drobcev keramike (slika 116). Zanimivo je izredno dobro prostorsko prekrivanje rezultatov magnetometrije in navidezne magnetne susceptibilinosti, ter še posebej terenskega pregleda, kar kaže, da je bila erozija na strmem prazgodovinskem nasipu od pozne antike do danes zelo šibka. Na podlagi vseh opisanih dejstev se nagibam k interpretaciji, da gre za obrtno delavnico, ki ni neposredno povezana z metalurško dejavnostjo (lončarstvo?).

0 5 10 15 20 25 30 35 40

razdalja (m)

0

5

10

15

20

razd

alja

(m

)

0.7

0.7

0.6 0.8 0.8

1.7 1.5 0.9

0.6 1.5 1.8 1.5 1.0 0.8 0.7

1.3 1.8 1.6 1.3 0.8

0.9 1.3 1.6 1.6 0.8

1.3 1.2 0.6 0.7

0.9 0.9

-110-86-74-62-50-38-26-14-21030nT/m

N

Linija obzidja

večja železna predmeta

inducirano/termotemanentna magnetizacija


50

Slika 40: Območje A: Navidezna magnetna susceptibilnost (Kappameter KT-5) in razširjenost drobcev žlindre (število kosov/4m2). Prikazane so samo vrednosti susceptibilnosti višje od "kritične" vrednosti, ki znaša 0,56.10-3SI. Glede na namen raziskave se izraz keramika v tem primeru nanaša na odlomke vseh izdelkov iz žgane gline, ki so bili najdeni pri terenskem pregledu, ne glede na njihovo poreklo. V to skupino najdb sodijo glineno ostenje žgalnih (talilnih?) peči, kuhinjska lončenina, opeka in strešniki. Del keramičnega materiala s terenskega pregleda je bil razvrščen na različne keramične tipe in kjer je bilo to mogoče tudi časovno opredeljen (Vidrih-Perko, V. 1997, 341-358). Na območju A je bilo z nenadzorovano klasifikacijo glede na število prekinitev v histogramu določenih 5 razredov (slika 42). Od tega so 4 potencialno zanimivi za arheološko interpretacijo, peti razred predstavlja "prazno" (belo) ozadje.

Slika 41: Ajdovščina nad Rodikom. Območje A: Navidezna magnetna susceptibilnost (Kappameter KT-5) in razširjenost drobcev keramike (število kosov/4m2). Prikazane so samo vrednosti susceptibilnosti višje od "kritične" vrednosti, ki znaša 0,56.10-3SI. Visoki pozitivni gradienti razreda 2 (dZ/dz>25 nT/m) in negativni gradienti razreda 1 (dZ/dz<-20 nT/m) kažejo na značilni magnetni učinek objekta z močno

0 5 10 15 20 25 30 35 40

razdalja (m)

0

5

10

15

20

razd

alja

(m

)

1 1

1

2

1

1

1

2 1 1

0.10.30.50.70.91.11.31.51.7

x10-3

SI

Smer prazgodovinskega nasipa

nans

ip

nase

lbina

0 5 10 15 20 25 30 35 40

razdalja (m)

0

5

10

15

20

razd

alja

(m

)

1 1

6 3

2 1 1 1 1 2

1 1 1

1 1

6 2 1

5 4 11 10 1

1 6 12 6 13 3

4

0.10.30.50.70.91.11.31.51.7

x10-3

SI

Smer prazgodovinskega nasipa

nans

ip

nase

lbina


51

termoremanentno magnetizacijo in prevladujočo smerjo inducirane magnetizacije približno v smeri današnjega Zemljinega magnetnega polja (slika 43). Za geografske širine ozemlja Slovenije je značilna poudarjena bipolarnost magnetnih anomalij (glej npr.: Telford, W. M., Geldart, L. P. in R. E. Sheriff, 1990, 655-657 in 708). Središče objekta, ki predstavlja izvor magnetne anomalije se nahaja med pozitivnim in negativnim gradientom (razred1/razred2) (glej slike: Bevan, B. B28 in B29). Za razred 1 so značilne visoke vrednosti navidezne magnetne susceptibilnosti (1,2.10-

3SI<k’<2.10-3SI) in 1-5 drobcev keramike na osnovno zbiralno enoto 4m2 medtem, ko so za razred 2 značilne nekoliko nižje vrednosti susceptibilnosti (0,5.10-3S>k’>1,2.10-

3SI) in visoke koncentracije keramike (>5 fragmentov/4m2). Ker se visoke vrednosti NMS na površini, ki se po nenadzorovani klasifikaciji uvrščajo v prvi razred (sliki 42 in 43), tudi dobro ujemajo z razširjenostjo keramike (slika 41) predpostavljam, da je bil relativni zamik vrhnjega horizonta zemljišča zaradi erozije približno 5 m v smeri padca pobočja, relativno glede na položaj objekta s termoremanentno magnetizacijo. Razlike med razredoma 3 in 4 so zelo majhne, skupne značilnosti pa so: odsotnost fragmentov keramike, šibko pozitivni gradienti magnetnega polja (<4 nT/m) in srednje vrednosti susceptibilnosti.(k’≈0,5.10-3

SI). Površine, ki so bile uvrščene v ta dva razreda, so majhne glede na površino, ki pripada prvima dvema razredoma in se medsebojno izmenjujejo. Te majhne površine, ki pripadajo razredoma 3 in 4, se nahajajo v neposredni bližini centralnega objekta (slika 41) in predstavljajo skrajni rob toplotnega učinka obrtne delavnice oz. "kontaminacije" z materialom, katerega susceptibilnost je nekoliko višja od susceptibilnosti ozadja oz. nekontaminiranih tal. Na podlagi nenadzorovane klasifikacije lahko ločimo še arheološko zanimivo območje v severozahodnem vogalu območja A (slika 43), kjer so bili na majhni površini ugotovljeni vsi štirje razredi. Na podlagi tega sklepam, da gre za arheološke ostanke, ki so lahko funkcionalno povezane z večjim objektom (razreda 1 in 2), ki je imenovana obrtna delavnica. Slika 42: Območje A: histogram frekvence slikovnih elementov kompozitne slike za območje A. Prekinitve v histogramu interpretiramo kot meje med razredi (=površinske enote). Na ta način določimo število razredov za modul Cluster pri nenadzorovani klasifikaciji. Druga površina, kjer smo preverjali možnosti interpretacije z nenadzorovano klasifikacijo se nahaja na bolj položnem severovzhodnem delu prazgodovinskega


52

nasipa (slike 35, 36, 37, 38 in 44, območje B). To območje na zahodnem delu zajema rob naselbine z ruševinskimi grobljami poznoantičnih hiš, na vzhodnem delu pa sega čez prazgodovinski nasip (slika 44) in je glede na rezultate arheološke prospekcije nekoliko bolj kompleksno (slika 45), Kvadranta GVII in GVIII ležita znotraj rimske naselbine, kvadranti HVII, HVIII in IVII na prazgodovinskem nasipu, kvadrant IVII pa izven ožjega arheološkega najdišča. Z magnetometrijo je bilo ugotovljenih pet močnih termoremanentnih anomalij. Od tega so tri na prazgodovinskem nasipu in dve znotraj naselbine. Vrednosti vertikalnega gradienta magnetnega polja se nahajajo med –85,5 nT in +118,5 nT (m=2,5 nT, s=8,5 nT). Na vseh treh lokacijah, kjer so bile ugotovljene močne termoremanentne magnetne anomalije, so bile izmerjene tudi visoke vrednosti navidezne magnetne susceptibilnosti (slika 45). Izmerjene so bile vrednosti med 0,12 in 9,41.10-3 SI (m=0,74, s=0,85). Zanimivo je, da se drobci keramike razmeroma dobro ujemajo s področji magnetnih anomalij (posebno na severnem delu) (slika 46; 1). Glede na to, da je tudi na tem delu prazgodovinskega nasipa ugotovljena koncentracija fragmentov keramike v primerjavi s številom najdenih kosov odpadnih produktov metalurgije zanemarljivo majhna, so visoke vrednosti susceptibilnosti najverjetneje posledica metalurške aktivnosti. Slika 43: Območje A: površinske enote (1, 2, 3 and 4), ki ustrezajo razredom določenim z nenadzorovano klasifikacijo kompozitne slike treh podatkovnih nizov - vertikalnega gradienta magentnega polja (nT/m), navidezne magnetne susceptibilnosti (k’) in razširjenosti keramičnih odlomkov (število kosov/4m2). Na severnem in jugo-vzhodnem območju gre za manjša metalurška objekta s termoremanentnim tipom magnetizacije (slika 45; 1 in 3) in daljšo osjo magnetnega dipola, ki je skoraj pravokotna na smer magnetizacije (generalna usmeritev dipola je sever-jug, s pozitivnimi gradienti na južni strani in negativnimi na severni strani) in poteka torej približno v smeri vzhod-zahod. Med tema območjema močnih magnetnih anomalij se nahaja območje s termoremanentnim tipom magnetizacije, ki kaže veliko odstopanje od obstoječe smeri Zemljinega magnetnega polja (slika 45; 2). Predpostavljam, da se na tem mestu nahaja deponija odpadnih produktov metalurgije. Za to govori tudi dejstvo, da so površinske najdbe precej bolj razpršene v smeri padca terena kot npr. na severnem pobočju (območje A; slike 39, 40 in 41), kjer se popolnoma prekrivajo z magnetnimi anomalijami. Izmerjene vrednosti NMS so precej nižje kot na sosednjih dveh področjih in hkrati tudi prostorsko veliko bolj omejene. Zelo zanimivo je območje magnetnih anomalij na jugo-vzhodnem delu (slika 45; 3). Glede na to, da se magnetne anomalije prostorsko zelo natančno

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

razdalja (m)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

razd

alja

(m

)

1

2

2 2 3

3

3

3

3

3

3

3 4

44

41

42


53

prekrivajo z meritvami susceptibilnosti (slika 45) sklepamo, da celotno območje predstavlja prostor metalurških aktivnosti. V smeri od centra VGM anomalij proti jugo-vzhodnemu robu področja je lahko več manjših deponij žlindre. Glede na to, da je bilo na skoraj vseh do sedaj opisanih primerih, ki se nahajajo na strmem pobočju prazgodovinskega nasipa, ugotovljeno odlično prostorsko prekrivanje merjenih fizikalnih parametrov in površinskih najdb, tudi v tem primeru izključujem možnost erozije. Slika 44 Interpretacija morfoloških oblik na digitalnem modelu reliefa območja B. Anomalije VGM in NMS ter visoke koncentracije žlindre in tudi keramike so bile ugotovljene tudi v jugo-zahodnem delu območja B, ki se nahaja znotraj antične naselbine (sliki 44 in 45; 4, 5). Na severo - zahodnem delu območja B so bile ugotovljene visoke anomalije VGM znotraj hiše (sliki 44 in 45; 6). Na istem mestu so bile ugotovljene tudi vrednosti NMS višje od ozadja, vendar precej nižje od vrednosti izmerjenih na zgoraj opisanih območjih metalurških objektov. Glede na to, da na vsem severo-zahodnem delu območja B ni bilo najdenih nobenih odpadnih produktov metalurgije, lahko povišane vrednosti NMS pripišem uporabi ognja v preteklosti in/ali večjim količinam primesi dobcev keramike v tleh. Izmerjene vrednosti NMS znotraj hiše ustrezajo 25 ut.% primesi zdrobljene keramike v prsti (slika 29). Gledena to, da so bile izmerjene anomalije VGM in NMS znotraj stavbe sklepam, da so posledica termoremanentne magnetizacije ognjišča. Zanimiva je zelo dobra korelacija med NMS in distribucijo keramike neposredno ob severozahodnem vogalu iste stavbe. Za to območje lahko rečem, da je povišana magnetna susceptibilnost posledica primesi približno 20-30 ut.% drobcev keramike v tleh (slika 29).

0 10m

Ru

šev

insk

e g

rob

lje

(hiš

e)

Ces

ta/p

ot

Dvorišče

Ob

ram

bn

i nas

ip

Linija obzidja

razd

alja

(m

)

razdalja (m)


54

Slika 45: Območje B: vertikalni gradient magnetnega polja (dZ/dz, nT/m) in vrednosti navidezne magnetne susceptibilnosti višje od t.im. “kritične” vrednosti (0,56.10-3 SI). Medtem, ko je na prazgodovinskem nasipu očitna visoka stopnja korelacije med anomalijami vertikalnega gradienta magnetnega polja, navidezne magnetne susceptibilnosti in distribucijo žlindre (sliki 45 in 47: 1, 2 in 3), je bila na robu naselbine ugotovljena mestoma dobro korelacija z razširjenostjo keramike (slika 46). Stopnja korelacije (R) med magnetno susceptibilnostjo in distribucijo žlindre v kvadrantu HVIII (slika 47) znaša npr. 0,56. To pomeni, da lahko na podlagi rezultatov NMS (neodvisna spremenljivka) s 56 % zanesljivostjo napovemo število drobcev odpadnih produktov metalurgije na zbiralno enoto (odvisna spremenljivka). Korelacijski koeficient je zelo visok, če upoštevamo podatek, da je izračunan na podlagi ene same meritve za vsako zbiralno enoto 2x2 m. Dabas, M. in sodelavci (1993, 64-65) so z elektromagnetnimi raziskavami na najdišču Milanówek-Feleçin (Poljska) ugotovili, da povišana koncentracija žlindre na površini odgovarja enakemu velikostnemu redu amplitude magnetne anomalije. Autorji verjamejo, z nekaj omejitvami, da je gostota žlindre primerljiva z magnetnimi anomalijami. Relacija med gostoto žlindre in amplitudami magnetnih anomalij je bila bolj ali manj stalna in sicer linearna, za kar pa avtorji niso našli ustrezne fizikalne razlage.

0 10 20 30 40 50 60

razdalja (m)

0

10

20

30

40

razd

alja

(m

)

-50-9-4161116212631364146nT/m

Linija obzidja

1

2

34

5

6

7

8

močna inducirano/termoremanentna magnetizacija

šibka inducirano/termoremanentna magnetizacija

0.8 0.9 1.0 1.0 1.8 1.8 1.9 1.2 1.2 0.9 1.1

0.7 0.8 1.4 1.1 1.8 1.3 1.2 1.0 1.0 1.0 0.8 0.9 0.7 0.7

0.7 0.9 0.9 2.5 1.9 1.1 0.7 1.0 0.7 0.8 2.1 1.4 1.0 0.9 0.8 0.9 0.7 0.8 0.8 0.6 1.5

1.0 1.4 1.4 2.3 3.1 0.9 0.7 0.7 0.7 1.1 1.6 1.6 0.6 0.7 0.7 0.7 0.6 1.2

1.4 1.5 1.1 1.4 3.4 9.4 2.7 0.9 0.8 0.8 1.2 1.1 1.0 0.6 1.0 1.4 1.0 0.7 1.8

0.9 1.2 1.5 1.7 6.1 3.2 1.5 1.4 1.0 0.9 1.0 0.7 0.6 0.8 1.8 1.3 1.4 1.3 0.9 1.7

1.1 0.8 1.8 1.0 1.3 2.3 1.0 0.9 1.0 0.8 0.9 0.6 2.1 3.3 2.6 2.0 1.7 3.8

0.6 0.6 0.8 0.9 0.6 0.7 0.7 0.8 0.9 0.6 0.6 1.1 1.8 4.1 9.2 1.8 1.2 0.7 0.7 0.7

0.8 0.9 0.9 0.9 0.9 0.7 0.8 0.7 0.7 0.7 0.7 2.8 7.3 1.6 2.7 0.8 0.6

0.8 0.7 0.7 0.7 0.6 0.6 0.6 0.8 0.6 1.2 1.2 1.7 1.2 0.7

0.6 0.8 0.6 0.8 0.8 0.7 0.8 0.8

0.7 0.8 0.6 0.8 0.7 0.7 0.7 0.7

1.0 1.0 0.7 0.7 0.7 0.8 0.6 1.1 1.3 0.8 0.8 0.8

0.6 0.8 0.6 0.6 0.6 0.6 0.8 0.6 1.2

0.7 0.6 0.7 0.6 0.6 0.6 0.7

0.7 0.6 0.7 0.6

0.6 0.6 0.8 0.6 0.6 0.8 0.9 0.7 1.0

0.7 0.6 0.9 0.7 0.6 0.7 0.6 1.4 1.6 0.6 0.6

0.6 0.7 1.0 0.9 0.8 1.0 0.8 1.0 7.2 4.3 0.6

0.6 1.3 0.9 0.9 1.1 2.1 3.7 0.8 0.7


55

Slika 46: Območje B: navidezna magnetna susceptibilnost (k’) in razširjenost drobcev keramike (število kosov/4m2). Vrednosti navidezne magnetne susceptibilnosti so višje od t. im. “kritične” vrednosti (0,56.10-3 SI). Visoke magnetne anomalije na prazgodovinskem nasipu (slika 45) lahko interpretiramo kot učinek termoremanentne magnetizacije obrtnih delavnic, kjer so uporabljali pri proizvodnji visoke temperature (žgalne oz. talilne peči in kovačije). Visoke vrednosti magnetne susceptibilnosti so nedvomno posledica kontaminacije tal z odpadnimi produkti metalurgije pri pridobivanju železa. To dokazujejo tako površinske najdbe, kot tudi primerjava razpona vrednosti NMS na območju A in B. Dobra korelacija med magnetometrijo, magnetno susceptibilnostjo in distribucijo keramike je bila na območju B ugotovljena le na delu dvoriščnega prostora (slike 44, 45 in 46: 4) in na območju ruševinske groblje - hiše (slike 44, 45 in 46: 5). Na dvoriščnem prostoru gre za povišano navidezno magnetno susceptibilnost zaradi učinka zdrobljene keramike (strešnikov) in deloma tudi žlindre. Na območju hiše, kjer ni bilo najdene žlindre, pripisujemo visoke vrednosti NMS samo drobcem keramike (strešnikov). Za vhodne podatke pri nenadzorovani klasifikaciji so bili uporabljeni enaki podatkovni nizi, kot na območju A, le da so bile za magnetometrijo upoštevane absolutne vrednosti. S tem se izognemo bipolarnosti magnetnih anomalij, ki interpretacijo kompozitne slike še nekoliko zakomplicira. Amplitude magnetnih anomalij so prikazane bolj realno, če upoštevamo le absolutne vrednosti, ker se na račun negativnih vrednosti celotni razpon močno razširi in se zaradi tega visoke magnetne amplitude preselijo v drug (nižji) spekter. Za podatke o razširjenosti površinskih najdb so upoštevane koncentracije drobcev žlindre, ker na tem območju močno prevladuje nad keramičnimi odlomki.

0 10 20 30 40 50 60

razdalja (m)

0

10

20

30

40

razd

alj

a (

m)

1 1 12 19 4

1 1 1 1 5 4 2

1 1 7

6 4 1 1 1

2 1 1 3 1

3 2 1 1 1 3

1 15 9 16 3 1

1 35 7 2 1 2

2 13 5 3 1 3

1 1 1 1

2 2 1 2 55 3 12 12 1 1

1 2 3 3 1 2 1

2 1 1 1 2 14 1 1 2

1 3 5 1 1 1 3 2

2 4 8 3 3 3 20 1 2 4 1

1 2 2 6 3 3 2 1

1 2 2 5 2 1 2

1 3 1 1 7 1 3 9 5 1

1 3 2 1 6 1 3 1 1

3 2 4 21 10 10 4 1

0.10.71.31.92.53.13.74.34.95.56.16.7

x10 SI-3

1

2

3

4

5

6

7

8


56

0 10 20 30 40 50 60

razdalja (m)

0

10

20

30

40

razd

alj

a (

m)

1 2 1 35 217275 41 1

28 63 31 14

12 24 9 1 4

1 2

1 1

1 1 2 5 1 4 1 1

1 7 4 9

1 4 1 7 5 6 2 8 1

1 12 2

1 6 1 1

1 2 4 11 2 2 3 15 75 31 28 17 4 3 3 3 1

1 1 3 6 2 1 1 1 8 25 251 80 106 72 80 11 4 1

1 4 1 8 205 84 107 92 123 28 1

1 10 6 17 1 1 1 1 1 1 1 59 48 75 34 58 15 1

5 15 28 14 3 5 2 20 7 40 27 22 10 5 1

2 6 2 3 7 14 2 3 1 5 3 6 4 9 4 9 1

1 5 3 1 9 1 2 5 1 6 3 3 24 2 5 4 11 1 5 5

1 2 3 8 2 1 9 1 1 3 8 3 14 35 85 26 3 2 4 2 13 1 4 3 1

1 1 1 1 3 1 1 9 24 13 13 6 14 2 15 2 5

3 7 1 8 52 104 60 12 9 13 3 5 1 1 6 2 3

0.10.71.31.92.53.13.74.34.95.56.16.7

x10 SI-3

1

2

3

4

5

6

7

8

Slika 47: Območje B: navidezna magnetna susceptibilnost (κ) in razširjenost drobcev žlindre (število kosov/4m2). Vrednosti navidezne magnetne susceptibilnosti so višje od t. im. “kritične” vrednosti (0,56.10-3 SI). Z nenadzorovano clustrsko analizo je bila razdeljena kompozitna tri-kanalna slika v pet razredov (površinskih enot) (sliki 48 in 49). Od tega zastopa en razred vse površine brez značilnih anomalij v opazovanih parametrih, ki bi kazale na arheološke ostanke. Štiri površinske enote pa imajo določeno arheološko sporočilno vrednost. Za površinske enote, ki sodijo v razred 1 (slika 49) so značilni srednji magnetni gradienti (dZ/dz≤4 nT/m), srednje vrednosti navidezne magnetne susceptibilnosti (0,6≤k’≤0,7.10-3SI) in srednja do visoka koncentracija žlindre (>10 fragmentov/4m2). Površinske enote s takšnimi karakteristikami se nahajajo neposredno ob najmočnejših magnetnih gradientih (razreda 2 in 4), ki opredeljujejo določajo položaj arheoloških objektov z močno termoremanentno magnetizacijo (slika 45: 1, 3 in 4) v prostoru. Iz privzetega sledi, da predstavlja razred 1 najožje območje obrtne delavnice.


57

Slika 48: Histogram frekvence slikovnih elementov kompozitne slike za območje B. Prekinitve v histogramu interpretiramo kot meje med razredi (=površinske enote). Na ta način določimo število razredov za modul Cluster pri nenadzorovani klasifikaciji. Za razred 2 so značilni visoki magnetni gradienti (dZ/dz≤80 nT/m), srednje vrednosti susceptibilnosti (0,6≤k’≤0,8.10-3SI) in odsotnost žlindre oz. nizka koncentracija žlindre (0≤n≤10 fragmentov/4m2). Površinske enote, ki pripadajo temu razredu se pojavlajo v glavnem kot samostojne površinske enote (slike 45. 46 in 47: 2 in 5). Površinska enota 2 se nahaja na prazgodovinskem nasipu in se loči od enote 1 in 3 po nižji koncentraciji žlindre in nižjih vrednostih navidezne magnetne susceptibilnosti. Glede na jakost in obliko magnetnih anomalij sklepam, da gre tudi tukaj za arheološke ostanke s termoremanentno magnetizacijo, t.j. obrtno delavnico, vendar gre očitno za neko drugo dejavnost. Pomembna je ugotovitev, da sodi v isti razred tudi enota 5, ki se nahaja na prostoru, ki ga zamejuje ruševinska groblja (sliki 44 in 45: 5) in se torej nahaja v hiši. Glede na obliko magnetnih anomalij sklepam, da gre za več manjših objektov s termoremanentno magnetizacijo (kurišča?). Za razred 3 so značilne nizke vrednosti vertikalnega gradienta magnetnega polja, ki znašajo okoli 0 nT/m (vrednosti naravnega ozadja), srednje vrednosti NMS (0,6≤k’≤1.10-3SI) in nizka koncentracija žlindre (1≤n≤10 kosov/4m2). Površinske enote, ki pripadajo temu razredu se pojavljajo skoraj izključno na naselbini (sliki 44 in 45: D). Amplitude vrednosti navidezne magnetne susceptibilnosti so višje od t. im. “kritične” vrednosti, kar pomeni, da je povišana magnetizacija tal posledica kontaminacije s keramičnim prahom. Ta razred je lahko indikativen za odkrivanje površin med ruševinskimi grobljami, kjer so bile v kasni antiki strehe krite s keramičnimi strešniki. V četrtem razredu so bili izmerjeni srednji do visoki gradienti magnetnega polja (6≤dZ/dz≤70 nT/m), srednje do visoke vrednosti susceptibilnosti (0,6≤k’≤8.10-3SI) in visoke koncentracije žlindre (n≤10 fragmentov/4m2). Takšne lastnosti razreda so v tem primeru značilne za majhne površine, ki v tem primeru pomenijo najverjetneje “centre” obrtnih delavnic (slika 45, 47 in 49: 1, 3 in 4).


58

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60

razdalja (m)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

razd

alja

(m

)

1

1

1

1

2

2

2

2

3

3

3

3

3

1

4

4

4

4

4

4

4

3

4

4

3

2

3

4

3

1

2

4

6

3 7hiša

dvorišče

cesta/pot

cesta/pot 5

8

Slika 49: Območje B: površinske enote (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 in 8), ki ustrezajo razredom, določenim z nenadzorovano klasifikacijo kompozitne slike treh podatkovnih nizov - vertikalnega gradienta magnetnega polja (dZ/dz, nT/m), navidezne magnetne susceptibilnosti (k’) in razširjenosti keramičnih odlomkov (število kosov/4m2). Območje C (slike 35, 36, 37 in 38) obsega površino 60x40m znotraj vzhodnega dela antične naselbine (kvadranti EVI, FVI, GVI, EV, FV in GV). To področje obravnavam kot bolj ali manj tipičnega predstavnika situacije na naselbini. Namen je bil oceniti potencial arheološke prospekcije za interpretacijo območij različne namembnosti. Na tem mestu pričakujemo veliko več dejavnikov, ki učinkujejo na merjene fizikalne parametre, kot tudi na distribucijo površinskih najdb in zato veliko šibkejše kontraste kot so bili ugotovljeni na obrobnih področjih naselbine. Na sredini področja C se nahajajo ruševinske groblje, ki kažejo položaj antičnih arhitekturnih ostankov z dvema prostoroma. Na zahodnem delu sega v to področje še del sosednje arhitekture (slika 50). Vrednosti NMS za območje C so veliko nižje od vrednosti za območje B. Najnižja vrednost NMS znaša 0,01.10-3 SI, najvišja pa 2,7.10-3 SI (m=0,47.10-3 SI, sd=0,25.10-3

SI). Povišane vrednosti NMS so bile izmerjene na zahodnem delu področja na vmesnem približno 5 m širokem prostoru v smeri sever-jug med obema območjema z arhitekturnimi ostanki, ki je služil verjetno kot prehod med hišami (komunikacija). Na istem mestu so bile ugotovljene za področje C najvišje koncentracije žlindre. Ugotovim lahko, da so bili odpadni produkti metalurgije nasploh najdeni skoraj izključno la na vmesnih prostorih med arhitekturami (slika 51) medtem, ko najdemo keramiko pogosto in ponekod celo v velikih količinah tudi znotraj arhitektur (slika 52). Visoke vrednosti NMS so bile izmerjene v severnem prostoru arhitekture, ki sega na zahodni strani na območje C.


59

Slika 50: Interpretacija morfoloških oblik na digitalnem modelu reliefa območja C. V neposredni bližini je bilo sicer najdenih nekaj kosov keramike, in en kos žlindre, vendar ocenjujem, da je koncentracija bistveno premajhna, da bi lahko povzročila tolikšno zvišanje NMS. Predpostavljam, da je povišana NMS posledica intenzivne uporabe ognja na tem mestu (kurišče) (sliki 51 in 52). Visoke vrednosti NMS so bile nadalje izmerjene znotraj centralne arhitekture in sicer v njenem vzhodnem prostoru, medtem ko je zahodni prostor praktično brez najdb. Območje povišanih vrednosti NMS zelo natančno sovpada z zelo visoko koncentracijo keramike. Na istem mestu je bilo najdenih tudi nekaj kosov žlindre, vendar povišane vrednosti NMS znotraj objekta v tem primeru pripisujemo primesi drobcev keramike, ki je mora biti v prsti glede na rezultate laboratorijskih analiz (sl.ika 29) več kot 30 ut.%. Visoka koncentracija keramike sega tudi čez vzhodni rob arhitekture na izravnan vmesni prostor med arhitekturami (cesta?), ki poteka v smeri sever-jug. V isti smeri sledimo višjim koncentracijam keramike in deloma tudi žlindre. Na tem delu gre za domala identično situacijo kot na prehodu med hišama na zahodnem delu tega področja, le da je koncentracija žlindre tukaj bistveno manjša. Na podlagi navedenih ugotovitev lahko zaključimo, da dobimo koristne informacije o namembnosti površin v arheološki preteklosti tudi znotraj naselbine. Dobimo npr. zelo zanesljivo informacijo o tem, kaj je notranjost in kaj zunanjost arhitekture, v katerem prostoru so uporabljali ogenj (jasne indikacije za uporabo ognja so bile dobljene pri vseh obravnavanih arhitekturnih ostankih). Uporabne podatke o komunikacijah znotraj naselbine in do kam je segal na primer industrijski del naselbine, pričakujem predvsem od analize distribucije žlindre in vrednosti NMS na vseh vmesnih prostorih med arhitekturami.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 600

5

10

15

20

25

30

35

40

razd

alj

a (m

)

dvorišče?

pre

ho

d

Hiša

prehod

Hiša

Hiš

a


60

0 10 20 30 40 50 60

razdalja (m)

0

10

20

30

40

razd

alja

(m

)

1

1 2 1

1

4 1

1 2 2 3 4 7 4 1 2 1 1 1 1 3

2 9 14 24 10 9 1 1

1 1 14 8 9 4 1 5 2

1 29 17 8 2 1 1 1

3 4 4 2 1 2

2 3 1 1 1 3 1 1

2 2 2 1 4

1 4 1 1 1 1 1

1

1 2 2 7 24 3 2 2 1 3 1 3

3 5 3 8 11 18 17 1 1 1 1 1 2 1 2 18

1 1 4 7 3 4 1 1 3 1 3 1 3 5 4 5

1 1 3 5 1 2 1

1 2 1 1 1 1 1 1 2 4 1 4

1 3 10 2 6 2

2 1 5 3 6 32

0.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.6

x10 SI-3

2

1

4

3

5

6

7

8

9

10

11

Slika 51: Območje C: navidezna magnetna susceptibilnost (k’) in razširjenost drobcev keramike (število kosov/4m2). Vrednosti navidezne magnetne susceptibilnosti so višje od t. im. “kritične” vrednosti (0,56.10-3 SI). Preizkus z nenadzorovano klasifikacijo preprostega in lahko dostopnega programa Idrisi 4.0 je pokazal nekatere prednosti takšnega pristopa za interpretacijo arheološke prospekcije. Rezultati različnih prospekcijskih tehnik so združeni v eno samo kompozitno sliko, kjer so arheološki ostanki (območja aktivnosti oz. nemembnosti) prikazani kot površinske enote. Število teh enot lahko določimo za vsako arheološko najdišče in za poljubno kombinacijo vhodnih podatkov (=prospekcijskih tehnik) posebej. Število razredov (=površinskih enot) najenostavneje določimo tako, da poiščemo prekinitve v histogramu, ki predstavljajo drastične razlike v frekvenci med sosednjimi razredi v kompozitni sliki. Vse tako določene površinske enote vsebujejo določeno informacijo, ki temelji na kombinaciji oziroma korelaciji med tremi podatkovnimi nizi.


61

0 10 20 30 40 50 60

razdalja (m)

0

10

20

30

40

razd

alja

(m

)

9 1 1 1 2 2 3 5 10 1 7 1 1 1 2 9

1 1 1 3 4 10 2 1 2 4 23 4 10 21 11 3

5 1 1 1 5 4 9 13 1 1 4 34 14 9 8 1 3 6 2

3 3 1 4 2 1 1 1 2 1 51 6 3 22 16 11 2 1

3 4 4 1 1 4 2 6 2 1 1 1 11 32 33 25 21 11 19 12 12 5

2 3 1 1 1 2 1 2 1 2 2 1 5 2 60 163156 14 8 12 7 17 8 3 9

1 3 1 2 3 4 3 1 4 2 6 1 1 3 35 76 52 13 23 1 2 3 5 2

4 2 3 1 7 2 4 2 26 101131 12 21 30 6 10 6 19 14 5

1 1 13 3 1 2 8 8 8 48 42 28 63 52 57 25 7 8 9 7 9 9

4 16 1 2 2 1 6 6 60 1101125566114293176 98 32 36 9

1 3 14 1 4 1 6 4 2 46 64 87 32 4 13 14 21 3

1 5 1 16 11 4 1 1 18 4 13 1 3 6 76

1 10 3 3 12 6 7 2 8 1 2 9 5 17 3 80 5

4 2 7 5 5 42 3 1 7 7 6 15 27 60 69

3 5 7 1 5 3 10 8 16 15 37 18 10 1 13 7 4 14 15 33 123 20

5 1 1 4 4 2 3 4 1 1 2 28 64 7 24 10 8 8 13 16 27 54 46 52 40

1 4 3 4 2 2 11 17 5 26 22 8 15 6 71

12 1 4 1 2 2 3 2 1 11 3 8 6 2 5

1 1 1 1 4 3 1 9 10 6 1 13 91 12 1 2 1

4 1 8 19 3 27 16 23 4 1 1 2 1

0.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.6

x10 SI-3

2

1

4

3

5

6

7

8

9

10

11

Slika 127: Ajdovščina nad Rodikom. Območje C: navidezna magnetna susceptibilnost (k’) in razširjenost drobcev keramike (število kosov/4m2). Vrednosti navidezne magnetne susceptibilnosti so višje od t. im. “kritične” vrednosti (0,56.10-3 SI). Na primeru kasnoantične naselbine na Ajdovščini nad Rodikom dokazujem, da je predlagana metodologija uporabna za interpretacijo “preprostih” najdišč kjer za interpretacijo zadoščajo že rezultati vseh posameznih prospekcijskih tehnik (območje A). Vendar smo tudi v tem primeru dobili z metodo nenadzorovane klasifikacije pomembne dodatne informacije glede strukture najdišča in post-depozicijskih procesov. Metoda je uporabna tudi na bolj kompleksnih najdiščih (območje B) kjer omogočajo boljši vpogled v naravo, število in obseg arheoloških objektov oziroma območij aktivnosti.

MAGNETNA METODA - arheologija.ff.uni-lj.siarheologija.ff.uni-lj.si/sites/arheologija.ff.uni-lj.si/files/Dokumenti/Studij/gradiva/... · sondiranje, georadarska (Ground Penetrating

Documents