Магнитная съемка — один из методов, используемых в археологической геофизике . Магнитная съемка регистрирует пространственные изменения магнитного поля Земли. В археологии магнитная съемка используется для обнаружения и картирования археологических артефактов и объектов . Магнитная съемка используется как в наземной, так и в морской археологии .
Магнитометры, используемые в геофизической разведке, могут использовать один датчик для измерения общей напряженности магнитного поля или два (иногда больше) пространственно разделенных датчика для измерения градиента магнитного поля (разницы между датчиками). В большинстве археологических приложений предпочтительнее последняя конфигурация (градиометра), поскольку она обеспечивает лучшее разрешение небольших, приповерхностных явлений. Магнитометры также могут использовать различные типы датчиков. Протонные прецессионные магнитометры в значительной степени были вытеснены более быстрыми и чувствительными феррозондовыми и цезиевыми приборами.
Каждый вид материала обладает уникальными магнитными свойствами, даже те, которые мы не считаем «магнитными». Различные материалы под землей могут вызывать локальные возмущения в магнитном поле Земли, которые можно обнаружить с помощью чувствительных магнитометров. Главным ограничением магнитометрической съемки является то, что тонкие особенности, представляющие интерес, могут быть скрыты высокомагнитными геологическими или современными материалами.
Магнитометрия в значительной степени основана на том факте, что верхний слой почвы имеет более высокую магнитную восприимчивость , чем большинство коренных пород или подпочв . [2] Это происходит из-за концентрации железных минералов в верхнем слое почвы, часто выветренных из коренных пород. Экологические процессы, такие как повторяющиеся растительные пожары и окислительно-восстановительные реакции, вызванные увлажнением и высыханием почвы, преобразуют соединения железа в оксид маггемит (y-Fe 2 O 3 ). [3] Сопутствующая антропогенная деятельность, такая как разжигание костров или орошаемое земледелие, усиливают этот эффект.
Магнитометрия, таким образом, полезна для поиска ям и канав, которые были засыпаны верхним слоем почвы с более высокой магнитной восприимчивостью, чем окружающая среда. [2] Дороги и сооружения также видны при магнитной разведке, поскольку их можно обнаружить, поскольку восприимчивость подпочвенного материала, используемого при их строительстве, ниже, чем у окружающего верхнего слоя почвы. [4]
В наземной археологии магнитные исследования обычно используются для детального картирования археологических объектов на известных археологических объектах. В более исключительных случаях магнитометры используются для разведочных исследований с низким разрешением.
В наземной археологии используются несколько типов магнитометров. Ранние исследования, начиная с 1950-х годов, проводились с помощью протонных прецессионных магнитометров . Сбор данных с помощью протонных прецессионных приборов был медленным, что делало исследования с высокой плотностью выборки непрактичными. Данные записывались и наносились на график вручную. Последующее внедрение магнитометров Fluxgate и цезиевых паров повысило чувствительность и значительно увеличило скорость выборки, что сделало практичными исследования с высоким разрешением больших территорий. Не менее важным было развитие компьютеров для обработки, управления и отображения больших наборов данных. [5]
Магнитометры очень сильно реагируют на железо и сталь, кирпич, обожженную почву и многие типы горных пород, и археологические объекты, состоящие из этих материалов, легко обнаруживаются. Там, где эти высокомагнитные материалы не встречаются, часто можно обнаружить очень тонкие аномалии, вызванные нарушенными почвами или разложившимися органическими материалами. Многие типы мест и объектов были успешно нанесены на карту с помощью магнитометров, начиная от очень недолговечных доисторических лагерей и заканчивая крупными городскими центрами.
Магнитная съемка помогает доказать, что исследуемая территория имеет потенциал для более детального изучения и научных раскопок.
Магнитные исследования чрезвычайно полезны при раскопках и исследовании подводных археологических памятников. Аппаратура, используемая на воде, немного отличается от той, что используется на суше. Морские магнитометры бывают двух типов: буксируемые на поверхности и придонные. Оба буксируются на достаточном расстоянии (около двух длин корабля) от корабля, чтобы они могли собирать данные, не подвергаясь влиянию магнитных свойств корабля. Буксируемые на поверхности магнитометры обеспечивают более широкий диапазон обнаружения, но имеют более низкую точность, чем придонные магнитометры. [6]
Наиболее распространенным типом магнитометра, используемым для морской съемки, является феррозондовый магнитометр . Феррозондовые магнитометры используют два ферромагнитных сердечника, каждый из которых намотан первичной катушкой (в противоположных направлениях) и внешней вторичной катушкой, прикрепленной к амперметру. Когда переменный ток (AC) проходит через первичные катушки, он создает два противоположных магнитных поля, которые различаются по интенсивности в зависимости от внешних магнитных полей. [7] Плавая ими параллельно морскому дну, они могут измерять изменения магнитных полей над морским дном.
Другим распространенным типом является более новый протонный прецессионный магнитометр. Он использует контейнер, полный жидкостей, богатых водородом (обычно керосин или метанол ), которые при возбуждении постоянным током (DC) или радиочастотой (RF) заставляют электроны становиться возбужденными и передавать эту энергию протонам из-за эффекта Оверхаузера , по сути превращая их в дипольные магниты. Когда стимул удаляется, протоны прецессируют со скоростью, которую можно интерпретировать для определения магнитных сил области. [7]
В морской археологии они часто используются для картирования геологии мест кораблекрушений и определения состава магнитных материалов, найденных на морском дне. Магнитометр Оверхаузера (PPM) использовался в 2001 году для картирования Себастоса (гавани Кесарии Приморской ) и помог идентифицировать компоненты римского бетона . [8]
Измерение магнитного поля Земли является очень полезным инструментом при разведке полезных ископаемых , разведке нефти и геологическом картировании . Для покрытия больших территорий однородными данными используются такие летательные аппараты, как вертолеты , самолеты и беспилотники . Количество деталей зависит от высоты полета и плотности образцов, а также от чувствительности прибора. Для обследований используются беспилотники, что значительно помогает в процессе.
Магнитные свойства археологических материалов лежат в основе ряда других археологических методов, включая: