Levantamento geofísico (arqueologia) - Geophysical survey (archaeology)

Mapa de resistência elétrica das antigas Afrodisias

Em arqueologia , o levantamento geofísico consiste em técnicas de sensoriamento físico baseadas no solo usadas para imagens ou mapeamento arqueológico. O sensoriamento remoto e os levantamentos marinhos também são usados ​​em arqueologia, mas geralmente são considerados disciplinas distintas. Outros termos, como "prospecção geofísica" e "geofísica arqueológica" são geralmente sinônimos.

Visão geral

O levantamento geofísico é usado para criar mapas de características arqueológicas do subsolo . As características são a parte não portátil do registro arqueológico , sejam estruturas em pé ou vestígios de atividades humanas deixados no solo . Os instrumentos geofísicos podem detectar características enterradas quando suas propriedades físicas contrastam de forma mensurável com seus arredores. Em alguns casos , artefatos individuais , especialmente metal, também podem ser detectados. As leituras feitas em um padrão sistemático tornam-se um conjunto de dados que pode ser renderizado como mapas de imagens. Os resultados da pesquisa podem ser usados ​​para orientar a escavação e dar aos arqueólogos uma visão sobre a padronização das partes não escavadas do local. Ao contrário de outros métodos arqueológicos , o levantamento geofísico não é invasivo nem destrutivo. Por esse motivo, é freqüentemente usado onde o objetivo é a preservação (em vez da escavação) e para evitar a perturbação de locais culturalmente sensíveis , como cemitérios .

Embora o levantamento geofísico tenha sido usado no passado com sucesso intermitente, bons resultados são muito prováveis ​​quando aplicado de forma adequada. É mais útil quando é usado em um projeto de pesquisa bem integrado, onde as interpretações podem ser testadas e refinadas. A interpretação requer um conhecimento tanto do registro arqueológico quanto da maneira como ele é expresso geofisicamente. Instrumentação, projeto de levantamento e processamento de dados apropriados são essenciais para o sucesso e devem ser adaptados à geologia e ao registro arqueológico exclusivos de cada local. No campo, o controle da qualidade dos dados e da precisão espacial são essenciais.

Métodos

Pesquisa de condutividade EM

Os métodos geofísicos usados ​​em arqueologia são amplamente adaptados daqueles usados ​​na exploração mineral, engenharia e geologia . O mapeamento arqueológico apresenta desafios únicos, no entanto, que estimularam um desenvolvimento separado de métodos e equipamentos. Em geral, as aplicações geológicas estão preocupadas com a detecção de estruturas relativamente grandes, muitas vezes o mais profundamente possível. Em contraste, a maioria dos sítios arqueológicos está relativamente perto da superfície, muitas vezes dentro do metro superior da terra. Os instrumentos são frequentemente configurados para limitar a profundidade da resposta para resolver melhor os fenômenos próximos à superfície que são provavelmente de interesse. Outro desafio é detectar características sutis e muitas vezes muito pequenas - que podem ser tão efêmeras quanto manchas orgânicas de postes de madeira em decomposição - e distingui-las de rochas, raízes e outras "bagunças" naturais. Para conseguir isso, é necessário não apenas sensibilidade, mas também alta densidade de pontos de dados, geralmente pelo menos uma e às vezes dezenas de leituras por metro quadrado.

Os mais comumente aplicados à arqueologia são magnetômetros , medidores de resistência elétrica , radares de penetração no solo (GPR) e medidores de condutividade eletromagnética (EM) . Esses métodos podem resolver muitos tipos de características arqueológicas, são capazes de levantamentos de alta densidade de amostra de áreas muito grandes e de operar sob uma ampla gama de condições. Embora os detectores de metal comuns sejam sensores geofísicos, eles não são capazes de gerar imagens de alta resolução. Outras tecnologias estabelecidas e emergentes também estão encontrando uso em aplicações arqueológicas.

Os medidores de resistência elétrica podem ser considerados semelhantes aos ohmímetros usados ​​para testar circuitos elétricos. Na maioria dos sistemas, sondas de metal são inseridas no solo para obter uma leitura da resistência elétrica local. Uma variedade de configurações de apalpador é usada, a maioria com quatro apalpadores, geralmente montados em uma estrutura rígida. Sistemas capacitivamente acoplados que não requerem contato físico direto com o solo também foram desenvolvidos. As características arqueológicas podem ser mapeadas quando são de resistividade mais alta ou mais baixa do que seus arredores. Uma fundação de pedra pode impedir o fluxo de eletricidade, enquanto os depósitos orgânicos dentro de um monturo podem conduzir eletricidade mais facilmente do que os solos circundantes. Embora geralmente usados ​​em arqueologia para mapeamento em plano, os métodos de resistência também têm uma capacidade limitada de discriminar a profundidade e criar perfis verticais (consulte Tomografia de resistividade elétrica ).

Os instrumentos de condutividade eletromagnética (EM) têm uma resposta comparável à dos medidores de resistência (a condutividade é o inverso da resistência). As características arqueológicas subterrâneas são detectadas pela criação de um campo magnético subterrâneo pela aplicação de uma corrente elétrica que tem uma frequência e magnitude conhecidas por meio de uma bobina de envio. As correntes estimulam uma corrente secundária em condutores subterrâneos que é captada por uma bobina receptora. Mudanças na condutividade subterrânea podem indicar recursos enterrados. Embora os instrumentos de condutividade EM sejam geralmente menos sensíveis do que os medidores de resistência aos mesmos fenômenos, eles têm várias propriedades exclusivas. Uma das vantagens é que não requerem contato direto com o solo, podendo ser utilizados em condições desfavoráveis ​​aos medidores de resistência. Outra vantagem é a velocidade relativamente maior do que os instrumentos de resistência. Ao contrário dos instrumentos de resistência, os medidores de condutividade respondem fortemente ao metal. Isso pode ser uma desvantagem quando o metal é estranho ao registro arqueológico, mas pode ser útil quando o metal é de interesse arqueológico. Alguns instrumentos de condutividade EM também são capazes de medir a susceptibilidade magnética , uma propriedade que está se tornando cada vez mais importante nos estudos arqueológicos.

Mapa gradiômetro magnético de lareiras pré-históricas

Os magnetômetros usados ​​no levantamento geofísico podem usar um único sensor para medir a força total do campo magnético, ou podem usar dois (às vezes mais) sensores espacialmente separados para medir o gradiente do campo magnético (a diferença entre os sensores). Na maioria das aplicações arqueológicas, a última configuração ( gradiômetro ) é preferida porque fornece melhor resolução de fenômenos pequenos próximos à superfície. Os magnetômetros também podem usar uma variedade de diferentes tipos de sensores. Os magnetômetros de precessão de prótons foram amplamente substituídos por instrumentos fluxgate e césio mais rápidos e sensíveis.

Cada tipo de material tem propriedades magnéticas únicas, mesmo aquelas que não consideramos "magnéticas". Diferentes materiais abaixo do solo podem causar distúrbios locais no campo magnético da Terra que são detectáveis ​​com magnetômetros sensíveis. Os magnetômetros reagem fortemente a ferro e aço, tijolo, solo queimado e muitos tipos de rocha, e as características arqueológicas compostas por esses materiais são muito detectáveis. Onde esses materiais altamente magnéticos não ocorrem, muitas vezes é possível detectar anomalias muito sutis causadas por solos perturbados ou materiais orgânicos em decomposição. A principal limitação da pesquisa com magnetômetro é que as características sutis de interesse podem ser obscurecidas por materiais geológicos ou modernos altamente magnéticos.

Pesquisa GPR

O radar de penetração no solo (GPR) é talvez o mais conhecido desses métodos (embora não seja o mais amplamente aplicado em arqueologia). O conceito de radar é familiar para a maioria das pessoas. Nesse caso, o sinal do radar - um pulso eletromagnético - é direcionado para o solo. Objetos de subsuperfície e estratigrafia (camadas) causarão reflexos que são captados por um receptor. O tempo de viagem do sinal refletido indica a profundidade. Os dados podem ser plotados como perfis ou como mapas planview isolando profundidades específicas.

O GPR pode ser uma ferramenta poderosa em condições favoráveis ​​(solos arenosos uniformes são ideais). É único em sua habilidade de detectar alguns objetos espacialmente pequenos em profundidades relativamente grandes e em sua habilidade de distinguir a profundidade de fontes de anomalias. A principal desvantagem do GPR é que ele é severamente limitado por condições abaixo do ideal. A alta condutividade elétrica de sedimentos de granulação fina (argilas e sedimentos) causa perdas condutivas na intensidade do sinal; sedimentos rochosos ou heterogêneos espalham o sinal GPR. Outra desvantagem é que a coleta de dados é relativamente lenta.

Os detectores de metal usam indução eletromagnética para detectar metal. Embora outros tipos de instrumentos (notadamente magnetômetros e medidores de condutividade eletromagnética) tenham alguma sensibilidade ao metal, detectores de metal especializados são muito mais eficazes. Os detectores de metal estão disponíveis em diferentes configurações, variando em sofisticação e sensibilidade. A maioria tem alguma capacidade de discriminar entre diferentes tipos de alvos metálicos.

Detectores de metal portáteis comuns são amplamente usados ​​por arqueólogos. Muitos desses instrumentos não criam um conjunto de dados registrados e, portanto, não podem ser usados ​​para a criação direta de mapas, mas usados ​​de maneira sistemática, eles podem ser uma ferramenta útil na pesquisa arqueológica. Às vezes, registradores de dados externos são anexados a esses detectores, que coletam informações sobre os materiais detectados e as coordenadas gps correspondentes para processamento posterior. O uso indevido desses instrumentos em sítios arqueológicos por caçadores de tesouros e coletores de artefatos tem sido um sério problema na preservação arqueológica, no entanto esforços cooperativos entre operadores amadores qualificados e equipes acadêmicas estão surgindo no campo.

Embora não sejam tão comumente usados ​​em arqueologia, detectores de metal sofisticados estão disponíveis, tendo uma sensibilidade muito maior do que os modelos portáteis. Esses instrumentos são capazes de registro de dados e discriminação sofisticada de alvos. Eles podem ser montados em carrinhos com rodas para coleta de dados de pesquisa.

Lidar ( Light raDAR ) é uma tecnologia de sensoriamento remoto óptico que pode medir a distância até um alvo iluminando-o com luz , geralmente usando pulsos de laser . Lidar tem muitas aplicações no campo da arqueologia, incluindo auxílio no planejamento de campanhas de campo, mapeamento de recursos abaixo da copa da floresta e fornecimento de uma visão geral de recursos amplos e contínuos que podem ser indistinguíveis no solo. Lidar também pode fornecer aos arqueólogos a capacidade de criar modelos de elevação digital (DEMs) de alta resolução de sítios arqueológicos que podem revelar microtopografia que de outra forma estão escondidas pela vegetação. Os produtos derivados do Lidar podem ser facilmente integrados em um Sistema de Informação Geográfica (GIS) para análise e interpretação.

A coleta de dados é amplamente semelhante, independentemente do instrumento de detecção específico. A pesquisa geralmente envolve caminhar com o instrumento ao longo de travessias paralelas bem espaçadas, fazendo leituras em intervalos regulares. Na maioria dos casos, a área a ser pesquisada é piquetada em uma série de "grades" quadradas ou retangulares (a terminologia pode variar). Com os cantos das grades como pontos de referência conhecidos, o operador do instrumento usa fitas ou cordas marcadas como um guia ao coletar dados. Desta forma, o erro de posicionamento pode ser mantido dentro de alguns centímetros para mapeamento de alta resolução. Sistemas de levantamento com sistemas integrados de posicionamento global (GPS) foram desenvolvidos, mas em condições de campo, os sistemas disponíveis atualmente carecem de precisão suficiente para mapeamento arqueológico de alta resolução. Instrumentos geofísicos (notadamente detectores de metal) também podem ser usados ​​para áreas de interesse menos formalmente "escaneadas".

O processamento de dados e a imagem convertem dados numéricos brutos em mapas interpretáveis. O processamento de dados geralmente envolve a remoção de outliers estatísticos e ruído, e interpolação de pontos de dados. Filtros estatísticos podem ser projetados para aprimorar recursos de interesse (com base no tamanho, força, orientação ou outros critérios) ou suprimir fenômenos modernos ou naturais obscurecidos. A modelagem inversa de características arqueológicas a partir de dados observados está se tornando cada vez mais importante. Os dados processados ​​são normalmente representados como imagens, mapas de contorno ou em falso relevo. Quando os dados geofísicos são renderizados graficamente, o intérprete pode reconhecer mais intuitivamente os padrões culturais e naturais e visualizar os fenômenos físicos que causam as anomalias detectadas.

Desenvolvimento

Um levantamento magnético no Castelo de Pembroke realizado por Andile Cele

O uso de levantamento geofísico está bem estabelecido na arqueologia europeia, especialmente na Grã-Bretanha, onde foi pioneiro nas décadas de 1940 e 1950. É cada vez mais empregado em outras partes do mundo, e com sucesso crescente à medida que as técnicas são adaptadas às condições regionais únicas.

Nos primeiros levantamentos, as medições eram registradas individualmente e plotadas à mão. Embora às vezes se obtivessem resultados úteis, as aplicações práticas eram limitadas pela enorme quantidade de trabalho necessária. O processamento de dados foi mínimo e as densidades de amostra foram necessariamente baixas.

Embora a sensibilidade dos sensores tenha melhorado e novos métodos tenham sido desenvolvidos, os desenvolvimentos mais importantes foram o registro de dados automatizado e computadores para manipular e processar grandes quantidades de dados. Melhorias contínuas no desempenho e automação do equipamento de levantamento tornaram possível fazer o levantamento rápido de grandes áreas. A coleta rápida de dados também tornou prático atingir as altas densidades de amostra necessárias para resolver características pequenas ou sutis. Os avanços no software de processamento e imagem tornaram possível detectar, exibir e interpretar padrões arqueológicos sutis nos dados geofísicos.

Veja também

Referências

Leitura adicional

Uma visão geral dos métodos geofísicos em arqueologia pode ser encontrada nos seguintes trabalhos:

  • Clark, Anthony J. (1996). Vendo abaixo do solo. Métodos de Prospecção em Arqueologia . Londres, Reino Unido: BT Batsford Ltd.
  • Gaffney, Chris; John Gater (2003). Revelando o passado enterrado: Geofísica para arqueólogos . Stroud, Reino Unido: Tempus.
  • Witten, Alan (2006). Manual de Geofísica e Arqueologia . Londres, Reino Unido: Equinox Publishing Ltd.

links externos