LA PROSPEZIONE
Non è per nulla superficiale la domanda come l'archeologo scelga il luogo da scavare. Il problema della scelta può essere abbastanza semplice nel caso in cui siano condotte delle indagini nelle immediate vicinanze di un monumento, o di una località di scavo archeologico "fertile".
Gli scavi dentro ad una cattedrale appartengono a quest'ultima categoria, ma appena lasciamo il suo interno e dobbiamo estendere lo scavo al suo esterno, sorge il problema di decidere dove scavare, dal momento che per uno scavo archeologico è necessario avere a disposizione tempo, personale specializzato e dall'altra parte i ritrovamenti che hanno un certo interesse archeologico sono limitati, anche la circoscritta corte di una chiesa può rivelarsi troppo ampia; bisogna decidere dove il lavoro archeologico manuale è più promettente.
Cosi uno degli scopi dell'Archeometria è l'esplorazione all'interno di un sito esteso o intrasite mapping, quando il sito sia interesse archeologico già noto.
L'altro scopo dell'Archeometria è quello di individuare siti di questo tipo. Naturalmente gli archeologi sono in grado di localizzare questi siti anche senza l'aiuto dell'uomo di scienza. Lo fanno valutando le fonti letterarie, così SCHLIEMANN scartò un sito dove gli era stata proposta l'identificazione di Troia, perché credette letteralmente ad OMERO: ACHILLE non avrebbe potuto trascinare ETTORE attorno alle mura nel tempo riportato dal poeta.
I primi scavatori furono colpiti dalla precisione delle descrizioni geografiche della Bibbia, ma naturalmente fonti meno frequentemente usate, come i registri delle tasse e annali militari, portarono un contributo maggiore tra le fonti scritte che condussero ad un'attendibile localizzazione dei siti.
La tradizione locale può svolgere un ruolo importante nell'individuazione degli antichi luoghi di sepoltura o d'antiche fortificazioni. Nei paesi dell'Europa che furono dominati dai Romani non di rado i nomi di alcune località conservano la memoria di edifici romani o dei precedenti abitanti: i Celti. Allo stesso modo leggende, miti e racconti locali possono contenere reali informazioni storiche.
In terzo luogo, è l'esperienza dell'archeologo che distingue tra i luoghi dove è meno o più importante scavare.
LA SCOPERTA DEI SITI PER MEZZO DELLA RICOGNIZIONE AEREA
Quello che può essere intuito guardando da un'alta torre, diventa immediatamente evidente ai piloti dei primi palloni aerostatici. Vi sono strutture e segni sul terreno che sono chiaramente visibili dal cielo, ma che non possono essere distinti dalle persone che li attraversano sulla terra.
libri di valore, nei quali vi sono raccolte solamente fotografie aeree di siti archeologici; il loro fascino risiede probabilmente nella combinazione di rovine monumentali e rappresentazione piana.
Per ritornare alla scienza: cosa rende visibili i segni e le strutture sul territorio? I metodi di rilevamento sono di quattro tipi:
Le tracce. Quando si scava un fosso o si gettano delle fondazioni, la sequenza geologica degli strati è stata disturbata. Sulla superficie troviamo terreno fertile, di solito scuro, ma al di sotto possono esserci degli strati di argilla, ghiaia, sabbia, gesso o simili, di un colore sovente diverso da quello del terreno fertile. Lavori di costruzione svolti nell'antichità possono aver portato materiale dai livelli più profondi verso la superficie.
Questo materiale, di colore diverso, può essere visibile se non c'è vegetazione che ricopre il terreno. In generale non sarà più in superficie il giorno d'oggi, ma con l'aratura dei campi, qualche resto del materiale più chiaro degli strati inferiori può essere emerso, in modo tale che le tracce sul terreno diventano distinguibili dall'aereo. Il contrasto può essere facilmente evidenziato se prendiamo una situazione geologica particolare come quella della Gran Bretagna Meridionale, dove un calcare bianco costituisce gli strati inferiori del terreno e dove lo strato fertile è molto sottile. Allo stesso modo, in una regione coltivata, le eventuali strutture archeologiche sottostanti possono essere rilevate dal tempo trascorso tra l'aratura e la crescita delle culture agricole.
Un secondo approccio con il metodo delle tracce è collegato alle coltivazioni e alla velocità della loro crescita, dal momento che i fattori principali che influenzano lo sviluppo delle piante sono l'umidità del terreno, che dipende dalla sua porosità, e dai minerali in esso contenti. Le strutture archeologiche si possono dividere da questo punto di vista in due categorie. La prima categoria è caratterizzata da una elevato grado di umidità e fertilità: fosse riempite con rifiuti organici sono l'esempio più ovvio. La seconda comprende strutture meno umide e può essere rappresentata da muri di pietra o pavimenti nascosti sotto la superficie. Le rispettive conseguenze sulla crescita delle coltivazioni più indicative come l'orzo o il grano che se crescono sopra una fossa, si può osservare durante il periodo della loro crescita, ma non subito né tanto meno al momento della maturazione, delle piante che sono di un verde più intenso o sono meno pallide nei periodi di siccità e superiori in altezza rispetto a quelle che crescono sul terreno ordinario. Sopra a strutture murarie vi saranno invece piante con colorazioni meno intense, anche pallide e più basse.
Queste tracce nelle coltivazioni rivelano in un modo sorprendentemente chiaro la planimetria di fortificazioni, strade pavimentate, ecc., ma possono non essere complete, se la struttura architettonica sommersa continua in un campo adiacente che ospita un tipo di cultura intensiva o che è stato coltivato a fondo.
Un aspetto delle tracce nelle coltivazioni deve essere considerato come un terzo metodo di rivelazione: le differenze in altezza degli steli delle piante come pure le elevazioni e le depressioni della superficie del suolo appaiono come ombre, quando il sole illumina con un'angolazione bassa. Numerose colline e circonvallazioni celtiche sonno state scoperte in questo modo.
Questi tre metodi di rivelazione illustrati, anche se hanno i loro alti meriti non sono in alcun modo affidabili, poiché si applicano ad una porzione della materia altamente eterogenea, in quanto basta un clima umido a rendere non più significative le differenze di porosità del terreno. Allo stesso modo delle piogge violente possono distruggere le tracce sul terreno, mentre i segni d'ombra possono essere livellati dalla vegetazione.
In realtà non ci si deve meravigliare se nella seconda esplorazione aerea di una stessa zona sono scoperti nuovi oggetti, mentre di quelli osservati nel primo volo, solo pochi sono riconosciuti di nuovo.
Le Proprietà Termiche. Dopo una notte di freddo intenso, quando la temperatura è scesa al di sotto dei 0°C, un bianco manto di brina ricopre il suolo di prima mattina. Ma, già poche ore dopo l'alba, il sole e l'aria tiepida sciolgono questo sottile strato di brina. Che cosa si potrà ancora osservare dall'alto con queste condizioni atmosferiche favorevoli? Si vedrà che non tutti i cristallini di ghiaccio si scioglieranno simultaneamente in ogni luogo. Al contrario essi scompaiono a chiazze e forse, secondo un disegno che indica chiaramente la presenza di strutture archeologiche nascoste sotto la superficie della zona presa in esame.
Quando la temperatura dell'aria aumenta nell'arco di un breve periodo di tempo, si instaura una differenza di temperatura tra quella all'interno del suolo e la sua superficie di questa a contatto con l'aria. L'aumento della temperatura all'interno del suolo stesso avviene per trasmissione di calore, la velocità con la quale avviene questa trasmissione di calore è determinata dalla Conduttività Termica (λ) del suolo o conduttività di calore. La velocità con la quale la temperatura raggiunge l'equilibrio dipende dal rapporto tra in calore fluito e il calore necessario per provocare il cambiamento di temperatura nel suolo ed è detto Diffusività Termica (α): ci indica la velocità con la quale il terreno raggiunge l'equilibrio termico, cioè con quale velocità la brina o un sottile strato di neve comincia a fondersi. Riportiamo in tabella le proprietà termiche del suolo.
Gli estremi sono rappresentati nella tabella dall'acqua e dal granito, dal momento che la maggior parte dei materiali che costituiscono il paesaggio naturale, come per esempio il calcare o il terreno a diversi gradi di umidità sono compresi tra questi due materiali. Si nota, sempre dalla tabella, che delle differenze
di temperatura significative sono osservate quando la distribuzione sul terreno della temperatura è rilevata dopo un improvviso cambiamento atmosferico. In queste condizioni, le fondazioni calcaree nascoste sotto la superficie cambieranno più velocemente la loro temperatura rispetto al terreno umido.
Proprietà termiche del suolo
Materiale Conduttività Termica (λ) [w/m°K] Diffussività Termica (α) [m2/s] Acqua 0.6 1400
Calcare 0.9 3800 Granito 3.3 1460000
Una fotografia aerea della brina al momento in cui è prossima alla fusione rappresenta un metodo di rilevamento della distribuzione spaziale della temperatura ed è certamente uno dei migliori, poiché non ha necessità di attrezzature particolari, a parte dell'uso del aeroplano.
Tuttavia, condizioni atmosferiche ottimali sono rare ed il mezzo di registrazione non è sempre dei più sensibili. Per ovviare questo problema sono stati sviluppati dalla Fisica e dalla Chimica due metodi con un elevato grado di sensibilità per la misura delle differenze di temperatura.
In commercio esistono delle pellicole ad elevata sensibilità nel campo della radiazione infrarossa dello spettro della luce. La radiazione infrarossa è quella emessa da corpi con una temperatura inferiore a quella della radiazione nel visibile dell'occhio umano, sia l'intensità che la lunghezza d'onda di quest'ultima dipendono dalla temperatura, come si può vedere dalla fotografia.
Se si usano appropriati filtri o accorgimenti tecnici particolari sulle lenti, mentre si esegue la fotografia. si possono indagare le differenze di temperatura e sovente queste sono molto più visibili del solito grazie ai "falsi colori".
Il metodo usato ai nostri giorni è quello di mandare la luce raccolta per mezzo di obiettivi ad un rivelatore ad infrarosso, per esempio un bolometro. In questo modo si può misurare l'intensità della luce, ma non si é in grado di restituire un'immagine, dal momento che un solo punto del suolo è stato preso in considerazione. Si ha come conseguenza che la direzione dell'osservazione deve essere costantemente orientata in modo perpendicolare alla direzione del volo dell'aeroplano. Questo si ottiene senza difficoltà attraverso uno specchio rotante: se la traiettoria e la velocità sono rilevate insieme all'angolo dello specchio e all'intensità della radiazione, un elaboratore elettronico è in grado di produrre una pianta che mostri, anche con l'ausilio di colori, la distribuzione della temperatura nel paesaggio.
L'elaboratore elettronico permette di effettuare questo rilevamento in modo soddisfacente, poiché non solo tiene conto dei problemi della fotogrammetria ed elimina le turbolenze dell'aria e i sobbalzi dell'aeroplano, ma può anche evidenziare i contrasti con filtri digitali, in quanto fa un trattamento dell'immagine eliminandone tutti i difetti.
METODI GEOFISICI SULLA TERRAFERMA
Il termine “terraferma” nel titolo non deve essere considerato troppo letteralmente, poiché è stato adottato per distinguere quei metodi che vengono qui di seguito descritti, da altri che sebbene sono di origine geofisica sono utilizzati per l’esplorazione sottomarina.
Le applicazioni offerte dalla geofisica sulla terraferma sono molteplici; qui di seguito prenderemo solo in considerazione quei metodi di rilevamento che sono stati applicati con successo nel lavoro archeometrico.
Il principio della ricognizione della resistività è basata sulla conduttività elettrica è analoga alla conduttività termica, che abbiamo trattato in precedenza e che presenta caratteristiche simili nei confronti delle strutture archeologiche del terreno.
Come le proprietà termiche anche la resistività cambia a seconda del genere di materiale, che si trova nel suolo, da una parte le strutture archeologiche, dall’altra i diversi tipi di terreno che le ospitano, in tabella sono riportati i valori di resistività elettriche di alcuni materiali.
Resistività elettriche di alcune componenti del suolo Materiale Resistività elettrica (Ω m)
Argilla 2 - 50 Humus 50 - 100 Sabbia, Ghiaia 10 - 8000
Calcare fino a 10000
Come si vede dalla tabella i valori, che fortunatamente, non coprono un solo ordine di grandezza, ma offrono una vasta gamma di comportamenti nei materiali. In questa tabella non è ovviamente inclusa la più alta resistività di tutte, quella si ottiene se si utilizza una cavità riempita d’aria, che praticamente ha una resistività pressoché infinita. Non ci si deve meravigliare che le applicazioni di particolare successo si siano avute nella ricerca di tombe in necropoli etrusche.
Altri aspetti che possono essere indagati riguardano la conduzione elettrica del terreno dovuta ai sali disciolti in esso.
Un sale posto in un ambiente acquoso si scinde, più propriamente si dice che si dissocia in ioni, che portano una carica positiva (cationi) e una carica negativa (anioni). Se un campo elettrico è applicato su un sistema di questo tipo, i cationi sono attratti dal polo negativo e viceversa.
I minerali ed altri materiali disciolti nel terreno si possono comportare come i sali, cioè possono avere dei siti ionici, se analizziamo questo fenomeno dal punto di vista della dissociazione possiamo concludere, che sono riconoscibili con questo metodo anche quelle strutture che sembrano inconsistenti come fosse con materiali di scarto; queste ultime, infatti, possiedono un elevato contenuto di materiali con un alto contenuto ionico. Si deve tuttavia trarre una seconda conclusione, che cioè anche numerosi e rapidi spostamenti d’acqua nel suolo, per esempio dopo uno scroscio di pioggia, provocano l’allontanamento della maggior parte degli ioni dal loro luogo originario e quindi possono nascondere qualunque entità archeologica. La ricognizione in una condizione atmosferica del genere è priva di senso e allo stesso
modo, nei paesi in cui prevalgono tali condizioni di umidità e di pioggia, non si può effettuare una ricognizione con il metodo della resistività elettrica.
La terza condizione è che non ci si deve stupire se i valori assoluti di due misure di resistività elettrica effettuate sullo stesso suolo, con un certo intervallo di tempo, per esempio di una notte, non corrispondono. Il contenuto di acqua nel suolo può, infatti, essere cambiato gradualmente. Per la valutazione di un rilevamento della resistività sono significative solamente le differenze tra i valori registrati.
Le tecniche per il rilevamento della resistività. La misura di questa grandezza nel suolo non è semplice come la determinazione del valore di una resistenza usato in elettronica, che si ottiene mediante un tester. Il nostro problema é infatti, sul campo, con apparecchiature semplici, la resistenza di strati più o meno pietrosi di terreno, posti sotto la superficie. Questa resistenza è governata dai meccanismi di mobilità
ionica.
Di conseguenza gli elettrodi devono essere semplici barre di acciaio. La qualità del contatto elettrico tra un elettrodo di questo tipo e il suolo può essere difficilmente prevista. Se per caso viene inserito in un punto che contiene molte pietre né risulterà una resistenza relativamente alta, mentre questa sarà molto minore nel suolo argilloso.
Il problema della resistenza di contatto, che è molto comune nella fisica dei materiali, è di solito affrontato con la tecnica delle quattro sonde. Per realizzare questo si usa quattro elettrodi, sotto forma di barre di acciaio. Una fonte di elettricità immette nel terreno una corrente elettrica attraverso gli elettrodi, si misura solo l’intensità di corrente (I); non è importante sapere qual é la differenza di potenziale richiesta dalla fonte di elettricità necessaria per superare la resistenza del terreno più le due resistenze a contatto agli elettrodi.
La caduta di potenziale (U) causata dal suolo e solo da questo si misura con gli elettrodi interni. In un circuito del genere non si ha circolazione di corrente se si usano strumenti di compensazione per esempio un Ponte di Wheatstone o dei Voltametri con una resistenza di ingresso alta. Così anche le resistenze di contatto di questi due elettrodi sono importanti. In questo modo si misura la differenza di potenziale e l’intensità di corrente in modo attendibile, il valore della resistenza si ottiene dividendo le due quantità ottenute e la resistività considerando i rapporti geometrici.
Ora chiariamo meglio quello che abbiamo chiamato approssimativamente fonte di elettricità: La fonte di elettricità deve confermarsi alle leggi dell’elettrochimica, se essa fosse semplicemente una batteria classica, cioè una sorgente di corrente continua, un elettrodo sarebbe sempre positivo, l’altro sempre negativo. Come si sa dall’elettrochimica, questa è una cella galvanica e gli elettrodi metallici nel elettrolita costituito da una soluzione acquosa, cambiano nel tempo a causa di reazioni chimiche.
Per evitare questo si opera con una sorgente a corrente alternata, in modo tale che cambia la polarità rapidamente agli elettrodi, cosi le reazioni non hanno il tempo di danneggiare la superficie degli elettrodi e di modificare chimicamente il suo ambiente. Di solito nel periodo a polarità invertite il danno precedente viene riparato, come quando si carica e ricarica una batteria dell’automobile.
La corrente alternata ha inoltre l’effetto collaterale positivo che le correnti lente, che non hanno niente a che fare con questa indagine, generate dai campi elettrici naturali della terra o da effetti galvanici vengono facilmente distinte e non influenzano i risultati.
Dopo aver tracciato il profilo generale delle caratteristiche elettriche delle apparecchiature è necessario considerare la disposizione lineare della geometria dei quattro elettrodi. Essa dipende dagli scopi del tipo di indagine che si vuole effettuare.
La profondità che viene raggiunta dalla maggior parte del flusso di corrente, in altre parole lo strato che si vuol misurare la resistenza, è determinata dalla distanza tra gli elettrodi, cioè gli elettrodi ove si esegue la misura dell’intensità di corrente. Essa vale approssimativamente, in un terreno omogeneo, a metà di questa distanza. Se in un punto interessa un profilo delle strutture in profondità, per esempio di un pozzo verticale, forse all’interno di una cavità ipotizzata, si aumenterà la distanza tra gli elettrodi, mentre quelli interni, che devono arrivare in profondità rimangono fissi (ordine di SCHLUMBERGER).
È forse più importante la ricognizione di un campo. Per ottenere una profondità di indagini all’incirca costante, le distanze relative degli elettrodi devono rimanere le stesse. Questo è un caso che è facile utilizzare l’apparato di WENNER che presenta quattro elettrodi equidistanti a 1 metro uno dall’altro.
Durante la valutazione di un profilo di lunghezza può, secondo Wenner, emergere un problema interessante che ci aiuta a chiarire la geometria della conduzione elettrica del suolo. Supponiamo di avere una fila di elettrodi e un muro. Supponiamo che la fila di elettrodi ed il muro siano paralleli. Muovendo la fila di elettrodi da una parte all’altro del muro, la resistenza osservata aumenterà fino a metà muro come in figura, poi diminuirà.
Questo accade perché la resistenza ha un massimo. Diversamente quando la fila di elettrodi e il muro sono perpendicolari la curva della resistenza non presenta un solo picco, ma due come una “M”: il fenomeno si osserva soltanto se la distanza degli elettrodi e la larghezza della parete sono paragonabili ed è spiegabile mediante una distorsione dei percorsi della corrente in un mezzo eterogeneo. Questa distorsione è particolarmente grande quando soltanto due elettrodi sono al di sopra della parete.
Quanto tutta la fisionomia del terreno è stata definitivamente chiarita, individuando gli avvallamenti a "M" e quelli a "W", i dati sono pronti per essere presentati graficamente. All'inizio è necessaria una rappresentazione bidimensionale, nel quale la resistività è una delle due coordinate del grafico.
Poiché troveremo lo stesso problema quando parleremo di prospezione magnetica ed elettromagnetica, i modi ed i mezzi di rappresentazione saranno trattati in modo separato.
Qui ci limitiamo a ripetere i tratti significativi di una rappresentazione grafica della resistività; se si ritiene possibile l'esistenza di cavità o fondamenta sotterranee, si devono cercare i picchi e i margini di alta resistività, mentre trincee riempite corrispondono nelle rappresentazioni ad avvallamenti e fosse di scarico a conche di bassa resistività.
Prospezione Magnetica. In un certo senso il titolo sembra altisonante. Ma ciò che gli archeologi cercano