Prospectiile magnetometrice

Prospectiile magnetometrice

Principiul aplicativ al metodei se bazeaza pe proprietatea Terrei de a se comporta ca un magnet. Magnetismul reprezinta un efect al structurii materiei, care tine de structura atomica, dispunerea straturilor si electronilor liberi, etc. (vezi capitolul 2.1). Compozitia si structura planetei noastre face ca aceasta sa posede un pol nord magnetic si un pol sud magnetic, intre care exista un camp compus din linii magnetice, ce au anumite intensitati si directii. Fiecare punct de pe glob este strabatut de astfel de linii de camp, a caror intensitate respectiv orientare pot fi calculate, respectiv cunoscute. Obiectivele arheologice, prin specificul lor, poseda anumite calitati magnetice, ale caror parametrii pot interfera cu cele normale terestre, modificandu-le.

Istoricul utilizarii metodei. In anul 1954 cercetatorii Pakard si Varian descopereau principiul precesiunii libere a protonilor, cel care va sta la baza primului magnetometru de teren, construit si utilizat de catre P. Waters si S. Francis in 1958. Prima prospectie magnetica in scopuri arheologice a fost realizata in 1958 de catre J. Aitken si E. Hall (Laboratorul de cercetari pentru Arheologie si Istorie al Universitatii din Oxford), utilizand un magnetometru cu protoni in investigarea unui obiectiv arheologic de epoca romana de la Water Newton, langa Peterborough (Marea Britanie).

Studiile lui J. Aitken in domeniul arheometriei fizice ("Physics and Archaeology" - 1961, 1974) vor deveni "clasice" in domeniu, practic toti specialistii in domeniu facand referire la principiile fundamentale si metodologia enuntata aici de autor. In anul 1958, au aparut si primele procesari computerizate ale datelor furnizate de prospectiile megnetometrice, prototipurile realizate de germanul Irwin Scollar lansand metoda folosirii masuratorilor magnetometrice diferentiale, menite sa inlature dintr-o prospectie variatiile diurne de fundal.

Fig. 32. Model schematic al campului magnetic terestru si al manifestarii

liniilor de camp la suprafata scoartei .

Alti pionieri ai aplicarii acestei metode de prospectie au fost D. Hesse in Franta (1966) si inginerul M. Lerici din Italia (1961). Dezvoltarea ulterioara a metodelor de prospectii arheogeofizice se datoreaza, printre altii, specialistilor germani Irwin Scollar (Rheinische Landesmuseum Bonn) si Helmut Becker (Institutul de Geofizica al Universitatii din Munchen). Acestia au diversificat atat gama de magnetometre utilizate pentru prospectii (cu protoni, cu vapori de cesiu, etc). Ei au consacrat si masuratorile magnetometrice diferentiale, menite sa inlature dintr-o prospectie variatiile diurne de fundal, tot ei initiind calea spre dezvoltarea graviometrului cu flux.

Dezvoltarile ulterioare au fost deosebit de rapide, fiind favorizate de avansurile din electronica si mai ales in procesarea informatiilor asistata de calculator. La ora actuala apar noi si noi modalitati de prospectare si reprezentare computerizata a rezultatelor spre o mai buna evidentiere a caracteristicilor si indicilor cautati de arheologi. Mijloace si materiale din inalta tehnologie si-au facut loc in conceperea si realizarea unor aparate cat mai performante in detectarea contextelor arheologice din subsol, dupa cum si cele mai avansate programe (soft) sunt utilizate in procesarea si interpretarea informatiilor dobandite.

Fig. 33. Diferite "raspunsuri" ale interactiunii campului magnetic terestru cu al unor obiective de dimensiuni diferite cu magnetism propriu, aflate la diferite adancimi

Proprietatile magnetice ale unui material pot fi investigate prin expunerea lor la un camp magnetic, care poate fi generat de un curent electric ce traverseaza firele unei bobine - solenoid. Majoritatea materialelor intaresc sau slabesc campul initial generat de solenoid sau de campul geo-magnetic prin factori greu de sesizat (fig. 34). O anumita categorie, acea a materialelor ferro- si ferimagnetice produc insa o crestere semnificativa in campul magnetic original; obiectele compuse din aceste materiale devin accesibile prospectiilor. Acestea se concentreaza cu o acuratete ridicata asupra deviatiilor locale de camp geomagnetic, cauzate de obiecte cu magnetism contrastant. Principiul de functionare a unei prospectii magnetometrice este simplu. Orice obiectiv material aflat (mai mult sau mai putin profund) in structurile solului, potentiala structura de interes arheologic, se carecterizeaza prin propriul sau camp magnetic, ale carui linii de camp intersecteaza cu cele ale campului magnetic terestru, producand anumite anomalii in intensitatea acestuia (fig. 33-34).

.

Fig. 34. Principiul functionarii prospectiilor magnetometrice

In functie de finetea si performantele magnetometrului utilizat, pot fi detectate astfel structuri, potentiale de interes arheologic, ce se prezinta ca anomalii magnetice comparativ cu mediul pedologic ce le inconjoara. Diferentele de potential magnetic inregistrate, sunt procesate cu ajutorul unor programe matematice-informatice (soft-uri) deosebit de performante, care filtreaza "raspunsurile" inregistrate de magnetometru, le proceseaza si le transpun sub forma unor harti magnetometrice (grafice 2D; 3D, cromatice etc.). Materialele (structurile) detectate cu ajutorul acestei metode sunt in special cele caracterizate de magnetism: materiale magnetizate permanent (obiecte care retin campul initial dupa incetarea actiunii campului initial, ex. magnetii); materiale cu magnetism dobandit - magnetismul termoremanent (ex. orice lut ars, cuptoare, etc); materiale cu magnetism indus - obiecte ce retin magnetismul doar pe durata existentei campului generator = campul geomagnetic si care distorsioneaza cu contextul magnetic stabil, original.

Dificultati si limitari ale utilizarii metodei:

-         componenta geologica nefavorabila: zacaminte de fier si anumite roci bazaltice;

-         variatii largi si regulate in grosimea stratului de humus, pot da impresia unor structuri; in cazul variatiilor mici, inconveniente apar fiind cunoscute sub termenul de "zgomote de sol";

-         tevi sau conducte de fier, garduri, cabluri electrice subterane si aeriene (campul magnetic artificial, creat de curentul alternativ si suprapus campului geomagnetic si mai putin continutului de fier al miezului) care perturbeaza semnalul magnetic original;

-         furtunile puternice si fluctuatiile campului magnetic terestru;

-         campul geomagnetic terestru insasi - variatiile sale zilnice (diurne), datorate particulelor incarcate electric generate de Soare = vanturile solare;

-         furtunile magnetice;

Un magnetism mai mare sau mai mic al obiectivului (tintei) influenteaza in aceeasi masura campul magnetic terestru.

Fig. 35. "Raspunsuri" magnetice inregistrate in cazul unor diferite structuri.

Fig. 36. Harta magnetometrica obtinuta de H. Becker cu ajutorul magnetometrului

cu vapori de cesiu, intr-un sit arheologic protoistoric (dupa Beker 1997).

Fig. 37. Harta magnetometrica obtinuta prin prospectarea unui castru roman

In Romania, metodele de prospectare cu ajutorul magnetometriei au avut o perioada de pionierat fructuoasa in anii `80, in aceasta perioada inregistrandu-se o serie de aplicatii ale metodei in cadrul diferitelor situri arheologice, mai ales in cadrul Muzeului de Istorie din Cluj.

S-a realizat astfel prospectarea magnetometrica (magnetometrul cu protoni) si cu radiatii gamma (densimetrul cu raze gamma) a siturilor arheologice de la Ulpia Traiana Sarmizegetusa, la Iclod si in diferite puncte din Cluj. S-au obtinut rezultate promitatoare insa, din pacate, aplicatiile nu au continuat, ramanand, in linii mari, la nivelul de atunci. Din anul 2001 Baza de Cercetari cu Utilizatori Multipli din cadrul Universitatii din Alba Iulia poseda atat un magnetometru cu protoni (ce poate fi utilizat si ca statie fixa) precum si un magnetometru cu vapori cu cesiu, deosebit de performant (productie Scintrex - Saris, Canada), ce poate releva structurile de tip rural care se caracterizeaza prin usoare anomalii magnetice. Cele doua magnetometre si-au dovedit deja performantele, fiind utilizate in diferite situri arheologice: Sultana, Rosia Montana, Alexandria, Giurgeni etc.

Aplicatiile megnetometrice pot oferi rezultate deosebit de spectaculoase, in conditiile in care se imbina performantele aparatului (capacitatea de a sesiza si cele mai fine anomalii magnetice) cu cele ale programelor de prelucrare comuterizata a rezultatelor precum si cu experienta operatorului. Rezultate exceptionale utilizand un magnetometru cu vapori de cesiu (utilizat ca prototip pentru detectarea submarinelor ucleare de sub banchiza polara) a obtinut in ultimii ani cercetatorul H. Becker, in diferite situri pre- si protoistorice, printre care amintim si cazul asezarii multistratificate neo-eneolitice de la Ujvar in Banat.

Bibliografie suplimentara:

A. J. Clark 1990 - Seeing Beneath the Soil. London: Batsford.

English Heritage 1995 - Geophysical Survey in Archaeological Field Evaluation. London:

English Heritage Research & Professional Services Guideline, 1.

D.G. Graham, I. Scollar 1976 - Limitations on magnetic prospection in archaeology imposed by soil properties, in Archaeo-Physika 6: 1-124.

B. A. Maher 1986 - Characterisation of soils by mineral magnetic measurements, in Physics of the Earth and Planetary Interiors 42: 76-92.

J. M. Ragg et alia 1984 - G.R Beard, H.George, F.W. Heaven, J. M. Hollis, R.C. Paimer, M. Reeve, Soils and their Use in Midland and Western England, Harpenden, in Soil Survey of England and Wales, Bulletin 12.

I.Scollar et alia 1990 - Tabbagh, A., Hesse, A. and Herzog, I. Archaeological Prospecting and Remote Sensing. Cambridge: Cambridge University Press.

M. S. Tite 1972 - The influence of geology on the magnetic susceptibility of soils on archaeological sites, in Archaeometry 14: 229-236.

M. S. Tite, R. E. Linington 1975 - Effect of climate on the magnetic susceptibility of soils, in Nature 256: 565-566.

M. S Tite, C. Mullins 1971 - Enhancement of magnetic susceptibility of soils on archaeological sites, in Archaeometry 13: 209-19.