Il lavoro eseguito in questa tesi può essere schematizzato alcune nelle seguenti fasi principali: una prima fase ha visto la raccolta di dati bibliografici, con il fine di ottenere una conoscenza più ampia possibile delle caratteristiche geologico – limnologiche, storiche e archeologiche dell’area di studio.
La fase successiva ha visto la realizzazione di un database georeferenziato di dati di sottosuolo, attraverso l’utilizzo del software QGis, nel quale sono stati collocati i dati di trincea pubblicati recentemente in Sarti et al. (2013) e i nuovi dati acquisiti durante la campagna geoarcheologica 2011 provenienti da 2 trincee, scavate entro il sito di Magdala, e otto sondaggi eseguiti entro il sito e l’antistante piana costiera. Successivamente sono state eseguite le analisi granulometriche e micropaleontologiche sui nuovi campioni provenienti dalla campagna geoarcheologica del 2011; i dati così ottenuti, unitamente alle descrizioni sedimentologico - stratigrafiche eseguite durante la campionatura, hanno permesso la realizzazione di log stratigrafici, graficamente eseguiti con software Illustrator (10). Questi log sono stati utilizzati per la realizzazione di sezioni stratigrafiche orientate mediante software Rockworks (15). La ricostruzione tridimensionale dell’architettura stratigrafica di sottosuolo è stata infine messa a confronto ed implementata con le informazioni ottenute dalle stese geoelettriche realizzate sempre in questa campagna di acquisizione dati.
6.1: Creazione del database georeferenziato
Durante questo lavoro di tesi è stato creato un database georeferenziato, che contenesse tutte le informazioni geologiche, stratigrafiche e archeologiche (dati pregressi, dati nuovi della campagna geoarcheologica 2011, dati geofisici, ecc). Una prima criticità legata alla creazione di questo strumento, riguarda l’identificazione di una carta di base, o un modello tridimensionale del terreno, che potesse essere usato da “base” cartografica per la visualizzazione dei dati di sottosuolo, delle sezioni stratigrafiche e delle stese geofisiche.
Dato che non esistono per questa area fotografie aeree adeguate, o modelli tridimensionali con un elevato grado di dettaglio, per ovviare a questo problema è stata adoperata una Tavola georeferenziata realizzata dal Magdala Project team alla fine della campagna di rilievo del 2008 (Fig. 6.1).
Fig. 6.1: Tavola realizzata durante la campagna del 2008.
Le coordinate di questa tavola sono espresse in ITM (Israeli Transverse Mercator), così come tutti i dati aggiunti successivamente al database.
Questo sistema di coordinate geografiche utilizza il meridiano passante da Gerusalemme come meridiano centrale e una coppia di false origini pari a:
- False Easting (m): 219529.584000000000000 - False Northing (m): 626907.389999999900000
Per questo motivo ogni coordinata ITM è composta da una coppia di numeri, con almeno 6 cifre (escludendo i numeri dopo la virgola, in caso di rilievi particolarmente accurati): il primo corrisponde all’ “Easting” mentre il secondo al “Northing”, espressi in metri rispetto alla falsa origine.
database i dati pregressi (trincee F18, F25 e F27; Fig.6.2) e la carta geologica della zona, scaricata
gratuitamente dal sito Geological Survey of Israel (www.gsi.gov.il/Eng/).
Questa carta, in scala 1:50000 rappresenta la zona del Monte Arbel (che si trova subito alle spalle del sito archeologico di Magdala) ed una porzione della linea di costa occidentale del lago Kinneret; questa carta è fornita di dati per una georeferenziazione in ambiente Gis con sistema di coordinate geografiche ITM. All’interno del Capitolo 3, è presentata un’elaborazione di queste carte, ottenuta unendo due fogli 1:50000 adiacenti, il foglio “Arbel” e il foglio “Teverya”, con il fine di realizzare una carta geologica che comprendesse tutta la linea di costa del lago (si veda Capitolo 3). Una volta creato questo database georeferenziato, si è provveduto a popolarlo con nuovi dati di sottosuolo più recenti (es. sondaggi, geofisica ecc).
6.2: Acquisizione nuovi dati stratigrafici e campionatura
Durante la campagna del settembre 2011 sono stati raccolti 239 nuovi campioni di sedimento da sezioni di trincea e sondaggi, per i quali erano previste una serie di analisi tra cui le analisi granulometriche, micropaleontologiche, polliniche e archeologiche. In questa fase è stata realizzata anche una seconda campionatura dalla trincea F27 (8 campioni), andando a prelevare campioni anche livelli dalla successione ghiaiosa e dai livelli antropici, che non erano stati studiati nella prima fase di questo lavoro (Sarti et al., 2013). In particolare, sono state realizzate due nuove trincee all’interno del sito archeologico, in prossimità di strutture antropiche: F19 e E5 (Fig. 6.3). F19 è una trincea profonda circa 2,20 m realizzata alle spalle di F18, ad una distanza di circa 4,40 m; mentre E5 è una trincea profonda circa 2,50 m, realizzata all’interno di una vasca di decantazione in cui scorrevano le acque superficiali (De Luca, 2009b; Fig. 6.3). I sedimenti sono stati descritti prendendo nota della granulometria al tatto, del colore e della presenza di strutture sedimentarie, annotando la presenza di resti vegetali, di macrofauna, e di resti osteologici., così come per la presenza di artefatti antropici (De Luca, 2010; Lena 2013). La campionatura ha visto il prelievo di materiale da ogni “livello litologico” individuato, i cui spessori sono stati registrati tramite una Total Station Leica TCR 305, ed un sistema all’infrarosso con un prisma GPH1-GPR1, che ha prodotto misure di altezza assoluta con accuratezza di 10 mm ± 2ppm.
Oltre alla realizzazione delle nuove trincee, in questa fase sono stati realizzati un totale di otto sondaggi, di profondità variabile tra i 5 m e i 6 m, utilizzando una trivella con passo di 15 cm. Non potendo ottenere una stratigrafia continua di sottosuolo, si è cercato di sopperire descrivendo accuratamente in campagna ogni “giro” della trivella, che è stato successivamente campionato. Ogni campione reperito, è stato prima descritto per granulometria al tatto, per colore e per contenuto in macrofauna, frammenti vegetali e artefatti antropici.
L’ubicazione dei sondaggi è stata scelta per approfondire la conoscenza delle geometrie dei corpi sedimentari riconosciuti dagli studi effettuati sulle prime tre trincee ed ottenere di conseguenza nuove indicazioni sul posizionamento dell’ipotetica barriera frangiflutti. Per questo motivo, i sondaggi sono stati realizzati sia all’interno del sito archeologico che al di fuori di questo (Fig. 6.4).
Fig. 6.4: Sopra, ubicazione dei sondaggi effettuati durante la campagna del 2011; a fianco, foto rappresentativa del materiale.
Infine, durante la campagna del 2011 sono stati raccolti anche 4 campioni di sedimenti attuali lungo un transetto terra-mare nella zona antistante il sito di Magdala (campioni “Modern”): questi campioni sono stati prelevati a differenti profondità, partendo dalla spiaggia e spingendosi sempre più verso lago fino a circa 5 m, cercando di campionare i sedimenti tipici relativi a vari ambienti deposizionali con differenti condizioni energetiche.
Da questa campagna di acquisizione dati, utilizzando metodologie differenti, sono stati dunque prodotti 239 campioni, così distribuiti (Fig. 6.5):
6.3: Le analisi di laboratorio: analisi granulometriche e micropaleontologiche
Data la grande quantità di campioni e la metodologia utilizzata per prelevarli, soprattutto per quanto riguarda i sondaggi, è stato necessario operare una cernita prima di iniziare le analisi, in modo da ottenere un numero congruo di campioni mantenendo la rappresentatività della colonna di sedimenti indagata.
Quindi per ogni sondaggio sono stati esaminati tutti i campioni disponibili, affiancando all’analisi visiva le descrizioni dei campioni effettuate durante la campionatura. In questo modo sono stati costruiti dei log stratigrafici preliminari ed è stato possibile scegliere i campioni da analizzare fra quelli più rappresentativi delle litologie presenti (Fig. 6.6).
Fig. 6.6: Tabella riassuntiva dei campioni dopo la selezione.
Una volta identificati i campioni da sottoporre alle analisi di laboratorio, si è presentata una criticità che ha influito sulla modalità di approccio alle analisi. Il protocollo di lavoro prevedeva la quartatura di ogni campione per realizzare dei sub-campioni da destinare esclusivamente ad una specifica analisi. In questo caso, l’elevato contenuto di materiale fine, specialmente per i campioni provenienti dai sondaggi, rendeva impossibile l’asciugatura del campione, che tendeva a “cuocersi” e ad indurirsi anche se sottoposto a “basse temperature” per lunghi periodi di tempo (60° per 24-48h).
Per questo motivo, in questo lavoro di tesi si è optato in primo luogo per un lavaggio di tutti i campioni tramite setaccio a 63 µm, per poi eseguire una quartatura che permettesse la creazione di sub-campioni da destinare alle singole analisi. Ogni campione è stato essiccato in stufa a 60°, fino ad ottenere il completo essiccamento (24 - 48h). Una volta preso nota del peso secco del campione (PesoDRY), si è passati a sciogliere il campione in acqua, per poi passarlo attraverso un setaccio a 63µm (Series: ASTM; Micron:63; Mesh: 230; Fig. 6.7) fino al completo lavaggio con acqua corrente. Per campioni molto argillosi e compatti, difficili da sciogliere, si è aggiunta H2O2 a 130 volumi. Alla fine del processo di lavaggio, il sedimento ottenuto è stato nuovamente essiccato in stufa a 60° fino ad ottenere il completo essiccamento (24 - 48h). Pesando il campione dopo la setacciatura (PesoLAVATO), si è ricostruito per ogni campione il peso dei materiali fini persi durante il procedimento di lavaggio (PesoFINI = PesoDRY - PesoLAVATO).
Fig.6.7: Setaccio della serie ASTM n°230 utilizzato nella preparazione dei campioni per le analisi micro paleontologiche
Analisi granulometriche: L’analisi granulometrica permette di stabilire la distribuzione delle
dimensioni dei grani che costituiscono un sedimento e di assegnare un nome univoco al materiale analizzato sulla base delle abbondanze relative delle varie fasi (argille, limi, sabbie, ghiaie, ciottoli e blocchi). In Fig. 6.8 sono elencati i limiti dimensionali dei grani secondo l’ A.G.I.-Associazione
Geotecnica Italiana a sinistra e secondo Udden-Wentworth a destra. In sedimentologia è comune
definire le classi granulometriche create da Udden-Wentworth utilizzando il Φ, introdotto da Krumbein, che è definito come:
con “d” che indica il diametro dei grani espresso in millimetri.
Fig. 6.8: Classi granulometriche secondo A.G.I e secondo Udden-Wentworth.
Partendo dai campioni già lavati e passati al setaccio da 63 µm, sono stati impilati i setacci, da 4 a -4Φ con un passo di ½ Φ, con apertura delle maglie decrescente dall’alto verso il basso. Dopo
aver posizionato una base chiusa in fondo alla pila ed un tappo alla sommità, si è proceduto all’agitazione della pila, e successivamente ogni setaccio è stato battuto singolarmente per almeno 3 minuti, in modo da ottenere una separazione dei trattenuti efficace. Andando a pesare i setacci alla fine della prova, e sapendo il peso del setaccio vuoto, è stato calcolato il peso dei vari trattenuti, per ogni ½ Φ indagato.
Attraverso un foglio di calcolo, sono stati gestiti i dati così ottenuti (Fig. 6.9), creando dei grafici per migliorare la visualizzazione delle distribuzioni granulometriche: un istogramma per il peso in grammi dei trattenuti ai vari vagli, un grafico a linee per il trattenuto progressivo percentuale e un istogramma riassuntivo che evidenzia i rapporti di abbondanza tra parte fine (calcolata durante la fase iniziale di preparazione dei campioni e corrispondente a “PesoFINI” ricalcolato per effetto della quartatura), la parte sabbiosa (ovvero la sommatoria dei trattenuti ai setacci da 4 a –0,5Φ) e la parte ghiaiosa (ovvero la sommatoria dei trattenuti ai setacci da -1 a -4 Φ).
Per ogni campione si è proceduto anche al calcolo di alcuni parametri statistici, sulla base di quanto definito da Folk & Ward (1957); dopo aver calcolato i percentili fondamentali (il primo percentile corrisponde alla dimensione del granulo per il cui il 99% del campione presenta dimensioni minori) sono stati ottenuti tramite formule matematiche il valore medio, la classazione, l’asimmetria (parametro che indica quanto è asimmetrica una curva granulometrica) e la curtosi (rapporto tra i valori della classazione delle parti estreme di una curva granulometrica rispetto alla parte centrale).
Analisi micropaleontologiche: Le analisi micropaleontologiche costituiscono un strumento
importante, che permette di rafforzare e perfezionare l’analisi di facies effettuata su base sedimentologica. Lo studio delle associazioni ad ostracodi, in particolare, permette di definire con buona precisione numerosi parametri ambientali, soprattutto la salinità, l’idrodinamicità e l’ apporto di nutrienti/materiale organico, in qualsiasi ambiente subacqueo non acido. Per questo lavoro di tesi sono stati prescelti 17 campioni fra quelli preparati per le analisi granulometriche, al fine di caratterizzare da un punto di vista paleontologico le varie litofacies individuate in trincea e nei sondaggi. Non sono stati, tuttavia, presi in considerazione i campioni che presentavano evidenze di esposizione subaerea (es. segni di livelli induriti, concrezioni o parti ossidate) poiché certamente privi di fauna autoctona.
I campioni prescelti sono stati analizzati dalla Dott.ssa Veronica Rossi del BiGeA dell’Università di Bologna.
Ogni campione è stato ulteriormente setacciato a secco tramite setaccio a 125 µm per concentrare le valve di individui adulti, facilitando il riconoscimento tassonomico delle varie specie e l’analisi semi-quantitativa (specie dominanti versus specie secondarie) della fauna ad ostracodi. L’identificazione delle specie ed il loro significato paleo-ambientale sono stati effettuati tramite il supporto di monografie e di lavori specifici relativi all’area della Valle del Giordano (Athersuch et al., 1989; Henderson 1990; Meisch 2000; Martens et al., 2002; Rosenfeld et al. 2004; Mischke et al., 2010, 2012).
6.4: Realizzazione dei log stratigrafici ed implementazione in ambiente RockWorks
Sulla base dell’integrazione dei nuovi dati ottenuti tramite le analisi granulometriche, le analisi micropaleontologiche e la descrizione dei depositi eseguita in campagna, sono stati creati i log stratigrafici delle trincee F19, F27 e E5 e dei sondaggi MI-MVIII. Questa operazione è stata eseguita tramite il software grafico Illustrator 9, creando due distinte tavole per ogni trincea o sondaggio eseguito. Nella prima tavola si evidenzia il rapporto tra i componenti principali costituenti il sedimento (Argille e Limi / Sabbia / Ghiaia) e un istogramma dei trattenuti percentuali calcolati durante l’analisi granulometrica. Sulla seconda tavola sono invece rappresentate attraverso dei grafici, la composizione della sabbia (Molto Fine/Fine/Media/Grossolana/Molto Grossolana) e l’andamento dei parametri statistici precedentemente calcolati (Classazione; Asimmetria; Curtosi; Fig. 6.10). Successivamente si è passati alla realizzazione di un database stratigrafico della zona, inserendo tutti i log ottenuti dai sondaggi e dalle trincee (nuove e pregresse) in Rockworks 15. L’utilizzo di questo programma ha permesso la realizzazione di un database georeferenziato che rispettasse le distanze orizzontali e le quote di testa pozzo/trincea, permettendo la realizzazione di una griglia di sezioni litologiche e stratigrafiche. Data l’esigua estensione verticale dei sondaggi rispetto all’estensione laterale della zona indagata, è stato necessario impostare una esagerazione verticale di 5x, in modo da ottenere il corretto dettaglio necessario per la discussione dei dati rappresentati.6.5: Dati Geofisici: le tomografie geoelettriche
Le rocce sono per natura dei materiali isolanti, che si contrappongono al passaggio di corrente elettrica; le naturali imperfezioni del reticolo cristallino, la presenza di fratture e porosità riempite di acqua, così come la tipologia di fluido (più o meno carico di ioni in soluzione) rendono possibile la circolazione di corrente in modo più o meno efficace.
La strumentazione necessaria per le misure geoelettriche è composta da un sistema energizzante (una serie di batterie o un generatore di corrente), un amperometro che connesso al sistema energizzante consenta di misurare dell’intensità della corrente immessa nel suolo, un voltmetro per la misura della differenza di potenziale e 4 elettrodi per l’immissione la corrente, e la misura del potenziale. La misura della resistività si realizza posizionando sulla superficie del terreno i quattro elettrodi, due utilizzati per l’immissione della corrente elettrica (generalmente chiamati A e B) e due utilizzati per la misura della differenza di potenziale.
Il rilievo della superficie topografica, informazione fondamentale nel successivo procedimento di processing, è stato acquisito punto per punto ad ogni elettrodo, tramite rilevatore GPS.
La misura della resistività è stata effettuata con uno strumento Iris Syscal Pro, utilizzando un cavo multipolare a 48 elettrodi e una spaziatura di 1 m. Sono state eseguire due misure, Wenner-Schlumberger e dipolo-dipolo, per poi sovrapporre le misure ottenute durante il “processing”, per migliorare la bontà del dato. Tale operazione è stata effettuata da Geostudi Astier SRL (http://www.geoastier.com/) attraverso il software ERTLAB.
Il dato così ottenuto, schematizzabile in una tabella con formato X/Y/Z/R (Latitudine/Longitudine/Profondità/Resistività) è stato rielaborato attraverso il software Surfer
(9), ottenendo delle sezioni virtuali che potessero essere direttamente interrogate sui valori di
resistività registrati. Partendo dai dati in formato XYZR, si è prima creato un file “.grid”, scegliendo come metodo di realizzazione l’ “inverse distance to power”, ottenendo una griglia di valori equamente distribuita nello spazio. Su questa griglia si sono poi create delle linee di contour, in modo da definire linee, e di conseguenza aree sottese a queste linee, caratterizzate da medesimi valori di resistività. Dato che il profilo topografico non è gestito direttamente dal programma
Surfer, si è resa necessaria la creazione di una maschera che andasse a coprire le zone della linea
geoelettrica, in modo da “nascondere” gli artifici grafici creati dal programma durante la fase di creazione della griglia di valori. Un esempio del risultato finale ottenuto è presente in figura 6.11 .
