Objektin erottuminen ympäristöstä

Transkriptio

1 1 Arkeologia Objektin erottuminen ympäristöstä Jotta objekti olisi tunnistettavissa, sen on erotuttava ympäristöstään muoto väri kovuus lämmönjohtokyky, lämpötila karheus sähkönjohtavuus dielektrisyys valonläpäisykyky tiheys jne.

2 2 Ominaisuuksien havaitseminen Ominaisuuseroja voidaan havaita aistein näkö kuulo tunto ym. mittalaittein sähkö magneettisuus valon heijastuskyky valon spektri kosteus jne.

3 3 Geofysikaalisia ominaisuuksia magnetoituvuus (magneettinen suskeptiivisuus, kyky magnetoitua ulkoisessa kentässä, menetelmä: magneettinen menetelmä) tulee esille suurilla sähkömagneettikenttien taajuuksilla (ns. siirrosvirrat, menetelmä: maatutkamenetelmä) pysyvä magneettisuus (magneettinen remanenssi, 'jäämä', menetelmä: magneettinen menetelmä) sähkön johtokyky (galvaaninen johtavuus, menetelmä: sähköinen menetelmä) sähkön varauskyky (indusoitu polarisaatio, menetelmä: IPmenetelmä) sähköinen dielektrisyys, joka kimmo-ominaisuudet (ääniaallon eteneminen, menetelmä: seismiset menetelmät) tiheys (tiheysmittaus, maan vetovoimamittaus, menetelmä: gravimetrinen menetelmä tai radiometrinen tiheyden määritys) luonnollinen gammasäteily (menetelmä: radiometrinen menetelmä).

4 4 Geofysikaalisen menetelmän edellytyksiä Menetelmän tehokkuus riippuu mm. objektin koosta poikkeavan ominaisuuden suuruudesta taustan tasaisuudesta mittauksen informaatiomäärästä mittauksen informaation laadusta tulosten käsittelymetodeista häiritsevistä muista anomalian aiheuttajista Heikkoja ominaisuuseroja voi kompensoida suurella datatiheydellä suurellamittausherkkyydellä edistyneillä tulkintamenetelmillä myös kohinaista taustaa voi eliminoida samoilla menetelmillä

5 5 Magneettinen menetelmä Perinteinen käyttösovellus malminetsintä paljon edistyneitä mallinnusmenetelmiä mallinnusmenetelmät edellyttävät suurta datamäärää yhtä mallia kohden objektit yleensä suuria, jopa satojen metrien kokoisia Malmimuodostuman 3-D-tulkinta Mittausmenetelmänä magneettinen totaalikenttä Arkeologinen sovellus miniatyyrimaista usein myös kuvantavaa menetelmissä yhteisiä piirteitä ympäsristögeofysiikan kanssa tulkinta usein tehokkainta kuvailevana

6 6 Magneettinen menetelmä Menetelmä perustuu maan magneettikentän vuorovaikutukseen

7 7 Magneettinen menetelmä Magneettinen totaalikenttäanomalia on monikäsitteinen: tulkinta edellyttää arvausta etukäteistiedoilla voidaan arvioida realistinen malli

8 8 Magneettinen menetelmä Erilaisia mittaustapoja

9 9 Magneettinen menetelmä Gradienttimittausta Varikkoniemessä

10 10 Magneettinen menetelmä Magneettinen anomalia syntyy pääasiassa kahdella tavalla suskeptiivisuuden vaikutuksesta remanenssin vaikutuksesta suskeptiivisuus on kykyä magnetoitua ulkoisessa (maapallon) magneettikentässä remanenssi on aineen 'kestomagneettisuutta' Arkeologisissa kohteissa Suomessa yleisesti anomalia johtuu remanenssista. Remanenssi voi syntyä esim. kun magneettiset hiukkaset laskeutuvat ulkoisen kentän orientoimina maakerroksiin tulisijan kiviä on kuumennettu yli Curie-pisteen magneettikentässä rautayhdisteitä syntyy ulkoisessa magneettikentässä (punamulta)

11 11 Magneettinen menetelmä Esimerkkejä magneettisista anomalioista

12 12 Magneettinen menetelmä Esimerkkejä magneettisista anomalioista Kankaanpään Pispa Tulisijoja pellolla

13 13 Magneettinen menetelmä Esimerkkejä magneettisista anomalioista

14 14 Magneettinen menetelmä Esimerkkejä magneettisista anomalioista

15 15 Magneettinen menetelmä Esimerkkejä magneettisista kenttäviivoista eri kappaleille eri kentillä

16 16 Sähköinen menetelmä Sähköisessä menetelmässä Sähköisiä mittauksia tehdään galvaanisesti tutkittava suure on sähköinen virtaa johdetaan maahan ja johtavuus. Johtavuuteen vaikuttaa maaperässä mitataan potentiaalikenttää itse aineen johtavuus jännite-elektrodeilla rakenne induktiivisesti, jolloin puhutaan kosteus sähkömagneettisesta Myös tarkastelumittakaava menetelmästä (EM-menetelmä) muodostetaan EM-kenttä, vaikuttaa: makroskooppisessa tarkastelussa väliaineen johtavuus yleensä dipolikenttä, ja mitataan on ratkaiseva (esim. eristeisiä sen avulla induktanssin kiviä mudassa) varsinkin muutoksia

17 17 Sähköinen menetelmä Erilaisten maa- ja kivilajien sähkönjohtavuuksia

18 18 Sähköinen menetelmä Elektrodit voidaan galvaanisessa menetelmässä sijoittaa tarpeen mukaan monilla tavoilla. Perusteina on mm. käytännöllisyys ja herkkyys tutkittavalle geometrialla. Esimerkiksi paljon käytetty dipoli-dipoli on arka pintamaan korkean johtavuuden peittoilmiölle, mutta hyvin kätevä käytössä

19 19 Sähköinen menetelmä Hämeenlinnan Varikkoniemessä tutkittiin 1988 rantamudan satamarakenteita. Johtavassa ympäristössä eristeisempi muurirakennelma erottui hyvin ominaisvastusluotauksella

20 20 Sähköinen menetelmä Sähkömagneettisessa menetelmässä ideana on, että muodostetaan primäärikenttä primäärikenttä indusoi tutkittavassa kohteessa sekundäärikentän vastaanotinkelalla mitataan summakenttä tutkitaan lähetetyn ja summakentän eroa tuloksena saadaan erotus, vaihe- ja amplitudiero

21 21 Sähköinen menetelmä Slingram-menetelmä Yleisimmin käytetty kelajärjestelmä Slingram-kelajärjestelmässä lähetin- ja vastaanotinkelat ovat samassa tasossa Soveltuu erityisesti pystyjen rakenteiden havaitsemiseen

22 22 Indusoitu Polarisaatio Indusoitu polarisaatio (IP) perustuu johteen ja elektrolyytin väliseen ioninvaihtoilmiöön ulkoisessa sähkökentässä. Mitattava suure on varautuvuus Kehitetty pirotteisten malmien tutkimiseen: johtava materiaali on pieninä muruina eristävämmässä aineesa Indusoitu polarisaatio mitataan käytännössä samantapaisella laitteistolla kuin ominaisvastus Mittaus voidaan tehdä joko pulssimittauksena, jolloin mitataan virtapulssin viivekäyrää sen laantuessa pulssin katkaisun jälkeen tai taajuusmittauksena, jolloin siniaaltona syötetyn virtasignaalin vaiheeron muutosta mitataan Ei juurikaan ole käytetty Arkeologiassa, mutta sovelluksia voisi olla: metalliset, ei magneettiset hilut ym.

23 23 Maatutka Maatutkaluotaus perustuu tutkapulssin heijastumiseen ja vaimenemiseen aineessa. Vallitseva ominaisuus on dielektrisyys, joka vaikuttaa pulssin kulkunopeuteen rajapinnoille syntyy heijastumista ja taittumista Käytettävät taajuudet 25 Mhz-2000 Mhz, yleisimmin MHz

24 24 Maatutka Näkyykö elukoita?

25 25 Maatutka Oheisessa kuvassa eräs kallioperästä mitattu kairanreikäluotaus kuvassa näkyy reiän tuntumassa seisovia aaltoja sekä tasomaisia heijasteita, jotka ovat enimmäkseen rakoja Reikätutkan etuja on mm. se, että usein mittauksen estävä irtomaa tai keinotekoinen kerros voidaan sivuuttaa

26 26 Maatutka-reikätutka Oheisessa kuvassa reästä tulkittuja objekteja tulkittavissa etäisyys koko systeemi on sylinterisymmetrinen, joten kahdesta reiästä tehty saman kohteen havainto määrittää kohteen paikan tällainen tulkinta on kuitenkin käytännössä melko vaikeaa

27 27 Seisminen menetelmä Seisminen menetelmä perustuu kimmoaaltojen etenemiseen ja käyttäytymiseen väliaineessa. Oheisessa kuvasssa P- ja S-aallon etenemistapa. S-aalto voi edetä vain kiinteässä aineessa, ei esim. vedessä Useita muitakin aaltotyyppejä kiinteässä aineessa Kaksi perusmenetelmää: Refraktio- eli taittumisluotaus Reflektio- eli heijastusluotaus

28 28 Seisminen menetelmä

29 29 Seisminen menetelmä Reflektioseisminen menetelmä on hyvin skaalautuva, kuten allaolevasta esimerkistä näkyy

30 30 Viistokaikuluotaus

31 31 Viistokaikuluotaus

32 32 Luonnon gammasäteily Luonnon gammasäteilyn tuottaa luonnossa lähes yksinomaan Kalium, Uraani ja Thorium tytäraineineen Kuten jotkut muutkin menetelmät, luonnon gammasäteilymittaus voisi paljastaa esim. maan muokkauksen kaivamatta, vaikka muokkaus olisi tapahtunut kauan sitten Spektrometrimittaus (esim. Astrock Specco) tuottaa tuloksena U-, K- ja Th-pitoisuuden kalibroinnin jälkeen Usein juuri näiden aineiden jakauman muutokset paljastavat muitakin muutoksi maa- ja kallioperässä

33 33 Luonnon gammasäteily Esimerkissä on mitattu kallioon kairatussa reiässä Mittaus on kaksi eri kertaa, 5 cm ja 15 cm pistevälillä Reikä oli kokonaisuudessaan noi 300 m syvä Specco-mittauksen ja analyysin voi tehdä tiheämmälläkin pistevälillä Mittauksen voi tehdä myös maan pinnasta

34 34 Luonnon gammasäteily Kulttuurikerroksen ja eräiden alkuaineiden ja yhdisteiden suhdetta on tutkittu jonkin verran Kaliumilla ei huomattu selvää korrelaatiota Absoluuttiset arvot eivät ehkä olekaan niin oleellisia (ei esim. magneettisesta anomaliastakaan ole todettavissa mitään abslotuuttista raja-arvoa) Tärkeää saattaisi olla poikkeamat ympäristöön nähden Myös alkuaineiden suhteiden muutokset voivat olla merkittäviä

35 35 Gravimetrinen menetelmä Gravimetrinen menetelmä perustuu kappaleiden väliseen vetovoimakenttään Anomaaliset massat oltava melko suuria (miljoonia tonneja), jotta mittaus mahdollinen käytetty mm. vanhojen maanaalaisten louhosten etsimiseen

36 36 Gravimetrinen menetelmä Mm. kuun vetovoiman vaikutus täytyy poistaa gravimetrisista tuloksista, samoin maan pyörimisliikkeen aiheuttamat voimat