ArcheoPro Geofysica webassistent
Informatieverdieping
Contrast, Ruis en Patronen
Archeologische structuren herkennen in geofysische metingen.
Hoe werkt een archeologisch geofysische meting? Hierbij een korte uitleg over de basis en wat de belangrijkste afwegingen zijn, dit om inzicht in de meetmethodieken te krijgen. De belangrijkste parameters zijn contrast, ruis, patroon en vertaling naar archeologie. Deze gelden voor alle geofysische technieken en situaties.
Contrast
De kunst is om een inschatting te maken hoe de archeologie contrasteert met de gegeven situatie. Het toverwoord is "contrast". Als de archeologie met de gekozen meettechniek geen contrast met de omgeving vormt, wordt de archeologie niet herkend in de meting. Als de archeologie contrast heeft met de gekozen meetmethode, dan ontstaat een anomalie, een afwijking in de meting.
In het schematische voorbeeld hieronder is bovenin een muur te zien die
een goed kleur-contrast (materiaaltype bijvoorbeeld gebakken klei)) vertoont
met de matrix (zand). Het kleurcontrast vormt een anomalie en is detecteerbaar.
De zwarte horizontale strepen zijn de lagen in de muur. Het zand is ook
gelaagd afgezet. In laagreflecties is tussen beide geen contrast, dus
niet herkenbaar. In deze situatie zou een methode die op materiaal reageert
(weerstand of magnetometing) goed werken maar een methode die op laagreflectie
werkt dus juist niet.
In het onderste voorbeeld is het andersom. Er is geen kleurcontrast (materiaalverschil)
dus een methode die op materiaalverschillen reageert zal niet werkt maar
de laagcontrast methode juist wel.
Even een paar gedachten om het contrast te verduidelijken:
- Een rechte gracht, dicht gegroeid met venig materiaal levert een prima contract met de klei en zandomgeving. Venig materiaal is een goed contrast, een goede anomalie, bij klei en zand voor weerstandsmetingen, maar is geen goed contrast voor magnetometingen en zal magnetisch dan ook geen resultaat geven.
- Een muur uit zandsteen blokken, ingegraven in zand, levert magnetisch geen contrast op, dus geen anomalie, dus geen interpretatie. De muur heeft in het reflectiebereik wel een contrast en kan dus wel gemeten worden met grondradar.
- In een overgangszone tussen veen en zand zijn de weerstandscontrasten van veen en zand heel groot. De zwakke weerstand contrasten van de archeologie vallen dan helemaal wel en zijn niet herkenbaar.
Ruis
Een ideale situatie is een volledig homogene bodem met als enig contrast de archeologie. Dan werkt geofysica perfect. In de intensief gebruikte Nederlandse bodem met vele bodemkundige overgangen op korte afstand, komt dat echter zelden voor, deze inhomogeniteiten introduceren ruis in de metingen.
Hoe meer ruis, hoe lastiger het signaal te herkennen is. In de figuur
hiernaast zijn drie situatie naast elkaar afgebeeld. Bij de eerste is
de bruine archeologische structuur, bijvoorbeeld een muur, zonder veel
verstoring onder het maaiveld. De meting daarboven in blauw laat een duidelijk
herkenbare piek zien.
In de tweede meting is er al meer verstoring boven de muur en is de piek
van de muur al lastiger te herkennen.
In de derde meting is er zoveel verstoring boven de muur dat deze in de
meting nauwelijks meer herkenbaar is.
Als concreet voorbeeld: Een intacte baksteen muur die in een dikke puinlaag ligt veroorzaakt een anomalie maar ook het omliggende puin. Door de veelvoud van anomalieën is geen archeologische structuur te onderscheiden, het ruisniveau is even groot of groter dan de archeologie die gezocht wordt.
Hoe dieper, hoe zwakker de anomalieën. In nevenstaande figuur is onderin een muur weergegeven die in de drie voorbeelden steeds korter onder het maaiveld ligt. Boven in blauw is de meting te zien. Hoe korter de muur bij het oppervlak, hoe sterker het signaal.
Dit is het theoretische model waar uit de theoretische meetgrafiek prima af te lezen is dat er een muur onder ligt.
In de werkelijkheid zijn de grafieken nooit zo strak, er is altijd ruis op de meting. Schuif met de rode slider naar links om ruis te introduceren. Deze ruis wordt veroorzaakt door verstoringen in de bovengrond zoals het maaiveld. Hoe dieper de structuur, hoe dominanter de ruis wordt en hoe minder goed de muur te herkennen is. Het kleine signaal van de diepste muur valt geheel weg in de ruis terwijl het ondiepe signaal wel nog goed herkenbaar is tussen de ruis door.
Kleine structuren op diepte zijn daarom lastig te meten en lastig te onderscheiden van de dominantere anomalieën in de bovengrond.
Hoe groter de ruis, hoe minder de structuren herkenbaar zijn.
In de afbeelding hiernaast is met een beetje ruis op de meting de structuur nog prima herkenbaar. Zelfs de diepe muur is nog wel herkenbaar. De middelste en de ondiepste muur zijn makkelijk te herkennen.
Als met de slider de ruis drie keer zo groot gemaakt wordt, is het een heel ander verhaal. Van de diepste muur en de middelste muur is niets meer herkenbaar. Met moeite is de ondiepste muur dan nog herkenbaar.
Patroon
Contrast en ruis zijn de grote vijanden van geofysisch archeologisch onderzoek omdat archeologie vaak maar een heel klein contrast met de omgeving vormt terwijl er in het drukke Nederland heel veel gerommeld (ruis) is in de bodem. Het zwakke archeologie-signaal verdwijnt dan in de heel sterke ruis.
"Patroon" is een redder in de nood voor archeologie. Gelukkig vormen door de mensen gemaakte structuren patronen in de ondergrond. Grachten zijn recht met rechte hoeken of grachten zijn rond. Muren zijn recht met hoeken. Grafvelden hebben raaien van graven. Heel veel archeologische structuren vormen een patroon. Vanuit het bureauonderzoek weten we wat voor soort patroon we zoeken. Bij veel geofysische onderzoeken is het signaal-ruis verhouding erg groot en is het archeologisch contrast klein maar is, door het herkenbare patroon van de archeologie, er toch een interpretatie te geven. Tussen de ruis door zijn lijnen en rondingen herkenbaar. In de onderstaande figuur is tussen het willekeurig geplaatste cirkelsverdeling een lijn herkenbaar die een haakse hoek maakt. In de echte voorbeelden verder op in deze pagina zijn daar meerdere situaties van te zien.
Wat ook vaak helpt is om bij de interpretatie van de metingen, de bodemkundige en moderne structuren weg te strepen of af te maskeren. Dan blijven alleen de structuren over die onbekende ondergrondse structuren weergeven. Als die dan herkenbaar zijn als archeologische structuur, is er een archeologisch resultaat. Een gracht vormt een lineaire structuur en is, zelfs bij natuurlijke overgangen, nog prima herkenbaar als lineaire structuur.
Bij patroonherkenning zijn puntvormige objecten natuurlijk heel moeilijk herkenbaar. Een waterput als puntvormige anomalie in een gebied vol met puntvormige (moderne) verstoringen wordt niet herkend als patroon en is dus archeologisch niet te identificeren. Dan kan maximaal een sitereductie worden bereikt waarbij de interpretatie is "Een van deze 5 puntvormen zou de oude waterput kunnen zijn".
Archeologische vertaling van de metingen
In onderstaande serie afbeeldingen is te zien hoe een meting geïnterpreteerd wordt tot archeologie. De meting is een serie getallen die door een meetinstrument worden gemaakt. De grafiek van de getallen geeft informatie over de structuur van de ondergrond. De combinatie van diverse structuren, ook in combinatie met andere gegevens, vertelt het archeologische verhaal.
