Ανάπτυξη μεθόδου και μετρήσεις μαγνητικών ιδιοτήτων αρχαιολογικών υλικών και πετρωμάτων

Abstract

Selection of co-belonging fragments from the numerous ceramic findings of an archaeological excavation based exclusively on the experience and patience of the conservators remains a difficult process of questionable effectiveness. While the screening of the fragments is a central prerequisite and the most important stage of the process of vase reconstruction, established methods based on scientific criteria and guaranteed efficiency for the detection of co-belonging ceramic fragments suggested in the bibliography do not exist. While the assembly of excavation fragments from their remaining thermal magnetism is suggested as a theoretically sound method in the bibliography, there are only a few older (1975) references regarding corresponding research. Research on thermoremanent magnetism in the archaeometry field since the 1980s mainly focused on the chronological dating of fired clay walls of kilns. At the same time, as reported in numerous publications, the reconstruction of vases is attempted almost solely using algorithms for optical data processing based on fragment morphology. Despite the intense scientific interest in resolving the matter using the capabilities of the new digital technology, it remains an exclusively empirical process due to the time requirements and sheer volume and complexity of the proposed methods, in order for them to be applicable in practice. The proposed methods in this paper are based on thermoremanent magnetization (A/m), which is calculated from the weak magnetic field (nΤ) measurements by a fluxgate-sensor/magnet apparatus forming a three-dimensional orthogonal system. Experimental measurements from fragments of six vases show that the magnetization magnitude of co-belonging fragments display similar values, despite the magnetic anisotropy of the ceramic material, since these belong to vases made of the same clay and fired under the same conditions. This is the criterion for finding ceramic fragments of the same vase from archaeological excavations. The thermoremanent magnetism directionality of fragments, which is aligned along the geomagnetic field at the same place and time during the vase firing process, as it is configured by their rotational symmetry, defines the position of the fragments on the body of the six vases. The shape of the original vase can be reconstructed when only a few non adjacent fragments are available. The proposed measurement apparatus can be used for the construction of a useable portable magnetometer specialized for ceramic surface measurements to achieve the above objectives. Experiments were conducted in fragments from serpentinite and were found to be oriented in a joining manner, from their thermoremanent magnetization. Investigation of the application of the method in rocks with remanent magnetization, for the localization of changes in local soil morphology, by comparing the orientation of the parent rock and its detached parts.

Η διαλογή των συνανηκόντων θραυσμάτων (οστράκων) των αγγείων από τα πολυάριθμα κεραμικά ευρήματα των ανασκαφών βασίζεται αποκλειστικά στην εμπειρία και την επιμονή των συντηρητών και παραμένει μια δύσκολη και αμφιβόλου αποτελεσματικότητας διαδικασία. Στη βιβλιογραφία δεν προτείνονται μέθοδοι με επιστημονικά κριτήρια για την εύρεση των συνανηκόντων θραυσμάτων, ενώ αποτελεί το σημαντικότερο και το προαπαιτούμενο στάδιο για τη διαδικασία της ανασυγκρότησης των αγγείων. Παρότι η εύρεση της θέσης των θραυσμάτων στο σώμα των αγγείων από τη θερμοπαραμένουσα μαγνήτισή τους προτείνεται ως θεωρητικά δόκιμη μέθοδος στη διεθνή βιβλιογραφία, ελάχιστες και μόνο παλαιότερες (1975) αναφορές υπάρχουν, σε επίπεδο ερευνητικής προσέγγισης. Μετά από το 1980, οι σχετικές αρχαιομετρικές έρευνες περιορίζονται στη χρονολόγηση κεραμικών τοιχωμάτων από κλιβάνους, ενώ σε πολυάριθμες δημοσιεύσεις προτείνονται μέθοδοι για τη δευτερεύουσα διαδικασία της συναρμολόγησης των συνανηκόντων οστράκων, βασιζόμενες κυρίως σε αλγόριθμους επεξεργασίας οπτικών δεδομένων της μορφολογίας των θραυσμάτων. Παρά το έντονο επιστημονικό ενδιαφέρον της επίλυσης του ζητήματος με τη διερεύνηση των δυνατοτήτων της νέας ψηφιακής τεχνολογίας, εξακολουθεί να παραμένει μια αποκλειστικά εμπειρική διεργασία, λόγω του χρόνου, της πληθώρας και της πολυπλοκότητας των δεδομένων που απαιτούν οι προτεινόμενες μέθοδοι για να τεθούν σε πρακτική εφαρμογή.Οι προτεινόμενες μέθοδοι στην παρούσα μελέτη βασίζονται στην υπολογιζόμενη θερμοπαραμένουσα μαγνήτιση (Α/m) με μετρήσεις του ασθενούς μαγνητικού πεδίου (nT) των θραυσμάτων από τρισορθογώνια διάταξη μαγνητών και αισθητήρων τύπου fluxgate. Από πειραματικές μετρήσεις σε 6 αγγεία διαπιστώθηκε ότι παρά την αναμενόμενη ανισοτροπία του κεραμικού υλικού η παραμένουσα μαγνήτιση εμφανίζει παραπλήσιες τιμές, γιατί τα θραύσματα ανήκουν σε αγγεία που συνίστανται από τον ίδιο πηλό και ψήθηκαν υπό τις ίδιες συνθήκες. Αυτό αποτελεί το κριτήριο εύρεσης των συνανηκόντων κεραμικών θραυσμάτων από αρχαιολογικές ανασκαφές. Η θερμοπαραμένουσα μαγνήτιση που προσανατολίζεται στην κατεύθυνση του γεωμαγνητικού πεδίου στον ίδιο τόπο και χρόνο κατά τη διάρκεια της όπτησης των αγγείων, όπως αυτή διαμορφώνεται από την περιστροφική συμμετρία τους, αποτέλεσε το κριτήριο για την εύρεση της θέσης των θραυσμάτων στα σώματα των 6 αγγείων. Με τη μέθοδο αυτή, το σχήμα του αγγείου μπορεί να προσδιοριστεί ακόμα και όταν λίγα όστρακα είναι διαθέσιμα. Η προτεινόμενη μετρητική διάταξη μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή εξειδικευμένου φορητού μαγνητόμετρου για την επίτευξη των παραπάνω στόχων. Από μετρήσεις που διεξήχθησαν σε θραύσματα σερπεντινίτη, διαπιστώθηκε ότι προσανατολίζονται κατά τον τρόπο που συναρμόζουν από την θερμοπαραμένουσα μαγνήτισή τους. Η μεθοδολογία μπορεί να εφαρμοστεί και σε πετρώματα με παραμένουσα μαγνήτιση, για τον εντοπισμό αλλαγών της μορφολογίας του εδάφους σε τοπικό επίπεδο, με τη σύγκριση της κατευθυντικότητάς της από μετρήσεις του μαγνητικού πεδίου σε θραύσματα του μητρικού πετρώματος και των αποσπασμένων τμημάτων του.