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GeomagnetikMit geomagnetischen Messungen werden räumliche Änderungen des natürlichen Magnetfeldes registriert, die durch magnetisch wirksame Einlagerungen in den oberen Bodenschichten verursacht werden. Das vektorielle magnetische Hauptfeld (bzw. seine Komponenten) setzt sich aus dem inneren Erdmagnetfeld (ca. 50.000 nT), dem äußeren Variationsfeld und dem gesuchten Anomaliefeld (bis einige 100 nT) zusammen. Die Trennung der Feldanteile erfolgt entweder bei der Messung (durch richtungsorientierte Gradiometeranordnungen) oder bei der Datenverarbeitung (bei Totalfeldmessungen). Die Geomagnetik ist meist die effektivste geophysikalische Prospektionsmethode zur zerstörungsfreien Vorerkundung archäologischer Fundstellen.
Magnetanomalien archäologischer Befunde entstehen durch induzierte oder remanente Magnetisierung. Die Stärke einer (durch das Erdmagnetfeld) induzierten Magnetisierung ist von der Suszeptibilität abhängig, die positiv oder negativ sein kann. Die Magnetanomalien von Gräben, Gruben und Pfostenlöcher lassen sich oft anhand einer positiven induzierten Magnetisierung von einigen nT abgrenzen. Remanente Magnetisierungen können durch verschiedene Prozesse entstehen. Am bekanntesten ist die Thermoremanenz, die sich während der Abkühlung nach Erhitzung eines Stoffes über die Curie-Temperatur ausbildet. Daher können Feuerstellen und Brandlehm aber auch gebrannte Keramik oder Ziegel meist sehr gut durch geomagnetische Messungen detektiert werden.
Durch sehr dichte Abtastung (Messpunktabstand von einigen Zentimetern im Profil bei einem Profilabstand von 50 cm) ergeben sich hochaufgelöste magnetische Karten, die sog. Magnetogramme. Der Einsatz von mehrkanaligen, fahrbaren Sondenarrays und eine Echtzeit-GPS-Positionsbestimmung ermöglichen, auch sehr große Flächen schnell und zerstörungsfrei magnetisch zu kartieren. Je nach Geländebeschaffenheit lassen sich auf diese Weise zwischen 2 und 10 ha Fläche pro Tag untersuchen. Die Ergebnisse können bereits an Ort und Stelle dargestellt und interpretiert werden. Wesentlich für die Qualität und Aussagekraft von Magnetogrammen sind die Datenverarbeitungsprozesse zwischen Messwertaufnahme und Darstellung. Die dazu nötigen Hard- und Softwarelösungen werden von uns neu- und weiterentwickelt.
Fluxgate- oder Cäsium-Sensoren?
Die Amplituden der Anomalien archäologischer Strukturen liegen meist im Bereich zwischen 1 und 10 nT (Nanotesla). Bei Verwendung von hochauflösenden Datenloggern (24 bit ADC) sind sowohl Fluxgate-Magnetometer als auch Cäsium-Sensoren für archäologische Kartierungen sehr gut geeignet.
Fluxgate-Gradiometer bieten gegenüber Cäsium-Magnetometern die Vorteile größerer Sensitivität für oberflächennahe Strukturen und höherer Robustheit bei äußeren Störfeldern. Die höhere Auflösung von Totalfeldmessungen mit Cäsium-Magnetometern kann wiederum bei magnetisch sehr ruhigen Messbedingungen von Vorteil sein. Große Mehrsondenarrays sind aufgrund der deutlich geringeren Anschaffungskosten meist mit Fluxgate-Gradiometern ausgerüstet.
| Vergleichsmessung mit Fluxgate- und Cäsium- magnetometern über einer Kreisgrabenanlage. © IKARE Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, www.ikare.uni-halle.de |
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| Fluxgatemessung: Vertikalgradient der Vertikalkomponente ∆Z/z±6 nT/m |
Cäsiummessung: Totalfeld, Z-Komponente Z ±6 nT |
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Geräte und Konfigurationen |
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| Fahrbares Fluxgate-Gradiometerarray mit 10-Kanal-Datenlogger, hier als 8-Sondenarray |
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| Fluxgate-Gradiometerarray mit 6-Kanal-Datenlogger, flexibel einsetzbar in Plantagen und Olivenhainen |  |
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| Fahrbares Array mit 4 Caesiumsensoren + zwei 2-Kanal-Logger (Geometrics) zur Messung des magnetischen Totalfeldes bzw. oder tragbares Cs-Gradiometer |
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| Tragbares Fluxgate-Gradiometerarray, auch mit schwenkbaren Sensoren für Messungen auf geneigten Flächen |  |
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| Prospektion im Flachwasser: Mehrkanaliges bootsgestütztes Fluxgate-Gradiometerarray mit GPS. Auch als Multisensorsystem mit Georadar und Sonar ausführbar. |  |
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