Mit dem Bodenradar auf den Spuren der Wikinger

Blog21. Juli 2016, 08:00
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Ein einjähriger Feldversuch soll Methoden weiterentwickeln, um kontrastarme Bodendenkmäler zu finden. Borre, eine der spektakulärsten Fundstellen Norwegens, ist der ideale Ort dafür

Ich greife nach meiner gefütterten Jacke in leuchtendem Gelb, eine Vorschrift auf Ausgrabungen in Norwegen, und ziehe mir die Kapuze über den Kopf, während mir das Wasser in den Kragen und den Rücken hinunterläuft. Es regnet in Strömen, bereits das dritte Mal an diesem Tag – ein typisch nordischer Sommer. Das Wasser rinnt an den Profilwänden des zwei Meter tiefen Lochs herunter, in dem ich stehe, und ich beeile mich, meine Arbeit hier unten abzuschließen.

Während der Regenschauer langsam nachlässt, höre ich Stimmengemurmel, und über dem Rand erscheinen neugierige Kinderköpfe. "Hva er det du gjør?", fragen sie durcheinander. Ich spreche kein Norwegisch, aber das verstehe ich gerade noch: "Was machst du da?" Ich beginne mit Händen und Füßen zu erklären – und ernte Gelächter. Glücklicherweise rettet mich mein norwegischer Kollege Christer Tonning, Landesarchäologe der Provinz Vestfold, und erklärt kindgerecht, dass wir hier soeben ein neues Forschungsprojekt starten: das Borre-Monitoringprojekt.

Entdeckungen aus der Wikingerzeit

In den vergangenen sechs Jahren konnten wir am LBI Archpro zusammen mit unseren norwegischen Partnern, der Vestfold fylkeskommune (Vfk) und dem Norwegian Institute for Cultural Heritage Research (Niku), mehrere Quadratkilometer Fläche an einigen der wichtigsten wikingerzeitlichen Fundstellen Norwegens, darunter die beiden Schiffsgräber Gokstad und Oseberg, die früheste protourbane Siedlung Kaupang und die Großgrabhügel von Borre, geophysikalisch prospektieren. Dabei wurden einerseits mit bisher unentdeckten Hallen, zahlreichen Grabhügeln und Siedlungen aus der nordischen Eisen- und der Wikingerzeit sensationelle Ergebnisse erzielt. Andererseits haben wir in dieser Zeit wertvolle Erfahrung in Bezug auf unsere Prospektionsmethoden und hier besonders auf das Bodenradar gesammelt.

Blick in den Untergrund

Das Bodenradar sendet über einen Transmitter elektromagnetische Pulse in den Boden. Diese werden an den Übergängen unterschiedlicher Materialien – zum Beispiel Erdschichten, anstehendes Gestein und eben auch archäologische Strukturen – in unterschiedlicher Stärke an die Erdoberfläche reflektiert und von einem Empfänger aufgezeichnet. Über die Laufzeit zwischen Senden und Empfangen des Signals und die Geschwindigkeit kann die Entfernung zum sogenannten Reflektor berechnet und damit ein dreidimensionales Bild des Untergrundes erstellt werden.

Die Reflexionen und Diffraktionen der elektromagnetischen Wellen entstehen dabei durch Unterschiede in den elektrischen Eigenschaften der unterschiedlichen Materialien im Untergrund. Entscheidend für den Erfolg der Prospektion ist daher ausreichender Kontrast zwischen den archäologischen Strukturen und dem sie umgebenden Erdmaterial. Die Stärke des Kontrasts hängt dabei vor allem von der sogenannten dielektrischen Permittivität ab, einer physikalischen Größe, die beschreibt, wie durchlässig Materialien für elektromagnetische Felder sind. Dielektrische Permittivität wiederum wird in den meisten Fällen vom Wassergehalt des jeweiligen Untergrundmaterials bestimmt.

Minimaler Kontrast als Herausforderung

Ein Beispiel: Ein elektromagnetischer Puls, der das Erdmaterial durchdringt und auf die Steinpackung eines Grabhügels der Nordischen Eisenzeit trifft, wird stark reflektiert. Die Menge aller Reflektionen im Bereich des Grabhügels erlaubt uns, das Bodendenkmal nicht nur zu finden, sondern auch so detailliert wie möglich zu interpretieren. Anders sieht das ganze beispielsweise bei wikingerzeitlichen Hallen aus. Diese eindrucksvollen Holzbauten, die auch als Herrschaftssitze interpretiert werden, sind oft nur als Pfostenlöcher im Boden erhalten, während die eigentlichen Pfosten sowie die hölzernen Aufbauten in den mehr als 1.000 Jahren seit ihrer Errichtung zerfallen sind. Die Pfostenlöcher selbst wurden mit der Zeit verfüllt und überdeckt – der Kontrast zwischen Füll- und Umgebungsmaterial kann dabei minimal sein.

Um die oft schwachen Spuren eines solchen Gebäudes mittels Geophysik zu detektieren, braucht es neben einer geeigneten technischen Herangehensweise, einem guten Survey-Design und entsprechender Datenprozessierung eben auch Wissen um die physikalischen (beispielsweise Wassergehalt, Korngrößenverteilung, chemische und mineralogische Zusammensetzung) und elektrischen Eigenschaften (elektrische Leitfähigkeit, dielektrische Permittivität) der verschiedenen Materialien im Untergrund. Hier kommt die Geoarchäologie ins Spiel, die sich unter anderem mit folgenden Fragen beschäftigt: Wie verändert sich der Kontrast zwischen archäologischen Strukturen und umgebendem Material nach einer längeren Regenperiode? Wie beeinflusst gefrorener Boden unsere Messergebnisse? Warum ist die Eindringtiefe des elektromagnetischen Pulses in den Untergrund manchmal so gering?

Einjähriger Feldversuch

Um Antworten auf diese und ähnliche Fragen zu erhalten, haben wir beschlossen, einen einjährigen Feldversuch in Norwegen zu starten. Unser Ziel ist herauszufinden, wann die jeweils besten Bedingungen für den Einsatz des Bodenradars in Norwegen herrschen, damit wir auch weniger kontrastreiche archäologische Bodendenkmäler finden und vor allem umfassend interpretieren können. Zu diesem Zweck haben wir von der norwegischen Denkmalschutzbehörde die Erlaubnis erhalten, das Pfostenloch einer wikingerzeitlichen Halle in Borre auszugraben.

Borre ist eine der spektakulärsten Fundstellen Norwegens und beherbergt die größte Ansammlung späteisenzeitlicher Großgrabhügel Skandinaviens (circa 600–900 AD), die vom örtlichen Midgard Historisk Senter verwaltet werden. Die Halle wurde 2007 von meinem Kollegen Immo Trinks, Key-Researcher und Geophysiker am LBI Archpro, mittels Bodenradar entdeckt und steht seither unter Denkmalschutz. Eine lebensgroße Rekonstruktion dieser Halle wurde in den vergangenen Jahren fertiggestellt.

Das Ziel: Methoden verbessern

Das Pfostenloch wird mit modernen Monitoringsensoren verkabelt, die in Echtzeit Daten über Wassergehalt, elektrische Leitfähigkeit und Temperatur an einen Server schicken. Wir graben auch zwei Profile in den archäologisch sterilen Boden, um Daten über den natürlichen Hintergrund zu sammeln und die Geschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen kalibrieren zu können. Eine kleine Wetterstation sammelt zusätzlich Informationen über Niederschlagsmenge und Sonneneinstrahlung. Einmal pro Monat werden wir unser Testfeld, in dem sich die komplette Halle befindet, mit dem Bodenradar messen und die Prospektionsdaten anschließend mit unseren Sensordaten vergleichen.

Die Vielfalt der Einflüsse verschiedener Umweltfaktoren auf unsere Messergebnisse zu berücksichtigen ist eine Herausforderung. Deswegen sind grundlegende Untersuchungen wie jene im Borre-Monitoringprojekt so wichtig, um die Methode der geophysikalischen Prospektion ständig weiterzuentwickeln und zu verbessern und für den langfristigen Einsatz im Denkmalschutz zu adaptieren.

Erdverschmiert, müde – und glücklich

Das Wetter klart auf, und nachdem alles installiert ist, klettere ich aus dem Loch im Erdboden zurück an die Oberfläche. Ein kleiner Test zeigt, dass die Sensoren funktionieren und bereits auf den heftigen Regenguss von vorhin reagieren. Es ist nach sieben Uhr abends, aber die Sonne steht so weit im Norden immer noch hoch am Himmel. Christer Tonning, seine Kollegin Vibeke Lia und ich machen Pause, setzen uns in den Borre-Park zu den Königsgräbern und genießen Aussicht und Atmosphäre. Wir sind nass, erdverschmiert und müde, aber glücklich. Archäologen eben. (Petra Schneidhofer, 21.7.2016)

Petra Schneidhofer ist Geoarchäologin und arbeitet am Ludwig-Boltzmann-Institut für Archäologische Prospektion und Virtuelle Archäologie in Wien. Sie beschäftigt sich mit Geomagnetik, Bodenradar, der Verwendung von Luftbild- und Satellitenaufnahmen sowie 3D-Visualisierungen.

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  • Vibeke Lia und Christer Tonning beim Einsatz des Bodenradars im Bereich der wikingerzeitlichen Halle.
    foto: petra schneidhofer

    Vibeke Lia und Christer Tonning beim Einsatz des Bodenradars im Bereich der wikingerzeitlichen Halle.

  • Das Pfostenloch der 2007 entdeckten wikingerzeitlichen Halle reicht bis in 1,30 Meter Tiefe.
    foto: petra schneidhofer

    Das Pfostenloch der 2007 entdeckten wikingerzeitlichen Halle reicht bis in 1,30 Meter Tiefe.

  • Die Bloggerin beim Installieren der Sensoren im Pfostenloch.
    foto: christer tonning

    Die Bloggerin beim Installieren der Sensoren im Pfostenloch.

  • Panorama des Borre-Parks mit einigen der berühmten Großgrabhügel.
    foto: petra schneidhofer

    Panorama des Borre-Parks mit einigen der berühmten Großgrabhügel.

  • Die rekonstruierte wikingerzeitliche Halle in Borre.
    foto: midgard historisk senter

    Die rekonstruierte wikingerzeitliche Halle in Borre.

  • Die Halle im Inneren.
    foto: midgard historisk senter

    Die Halle im Inneren.

  • Christer Tonning installiert Datenlogger und Niederschlagssensor.
    foto: petra schneidhofer

    Christer Tonning installiert Datenlogger und Niederschlagssensor.

  • Vibeke Lia und Brynhildur Baldursdóttir dokumentieren Boden und Sedimente an einem der Profile.
    foto: petra schneidhofer

    Vibeke Lia und Brynhildur Baldursdóttir dokumentieren Boden und Sedimente an einem der Profile.

  • Die Bloggerin in einem der Profile mit bereits installierten Sensoren.
    foto: vibeke lia

    Die Bloggerin in einem der Profile mit bereits installierten Sensoren.

  • Christer Tonning zieht Kabel auf, die Bloggerin im Untergrund.
    foto: vibeke lia

    Christer Tonning zieht Kabel auf, die Bloggerin im Untergrund.

  • lbi archpro

    Das Video erklärt die Funktionsweise eines Bodenradars am Beispiel Stonehenge.

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