باستانشناسی

کاربرد علم ژئوفیزیک در مطالعات باستانشناسی

باستان ژئوفیزیک به بررسی‌های ژئوفیزیکی اطلاق می‌شود که با اهداف مطالعات باستانشناسی انجام می‌گیرد. اهداف باستانشناسی نیز به مانند اهداف معدنی معمولا در دل زمین مدفون و از دیده ها پنهان می‌باشند. مهمترین ابزاری که جهت کاوش­های باستانشناسی در دسترس می‌باشد، تجهیزات ژئوفیزیک می‌باشد. تجهیزات و روشهای ژئوفیزیکی یکی از ابزارهای باستانشناسان جهت دسترسی غیر مخرب به اطلاعات داخل زمین می‌باشند.  بررسی‌های دقیق با استفاده از روش‌های ژئوفیزیک می‌تواند به تکمیل اطلاعات حاصل از کاوش‌های باستان‌شناسی کمک کند یا حتی منجر به پیشرفت‌های بزرگ باستان‌شناسی شود. علاوه بر این، بررسی‌های ژئوفیزیکی می‌تواند در مناطق وسیع برای ارزیابی سریع پتانسیل آن‌ها برای سازه‌ها یا آثار باستان‌شناسی مفید باشد.

در باستانشناسی موضوعات متنوعی از قبیل سازه ها، فضاهای خالی و مصنوعات دست ساز فلزی و غیرفلزی می‌توانند از اهداف مطالعات باشند. برای انجام موفق مطالعات باستانشناسی با کمک روشهای ژئوفیزیکی، شش مرحله مختلف تا رسیدن به نتایج باید صورت پذیرد. این مراحل به شرح زیر هستند:

•  مرحله اول: شناسایی دقیق ویژگی اهداف و همچنین مطالعه محیط پیرامون آن.

مطالعات ژئوفیزیک بر اساس تفاوت ویژگی های فیزیکی اهداف مورد مطالعه و محیط پیرامون آن بنا نهاده شده است. از جمله این تفاوتها می‌تواند تفاوت در ویژگی مغناطیسی، مقاومت الکتریکی و یا چگالی باشد. این تفاوت ویژگی بین اهداف و محیط پیرامون آن یکی از عوامل موثر در انتخاب نوع روش ژئوفیزیک می‌باشد. مثلا اشیا فلزی نفوذ پذیری مغناطیسی متفاوتی با محیط اطراف خود دارند. سازه های مدفون و اشیا سفالین از مقاومت الکتریکی متفاوتی نسبت به محیط برخوردار هستند. فضاهای خالی از چگالی متفاوتی نسبت به محیط می‌باشند. در فاز اول همه این ویژگیها باید بررسی و مشخص گردد.

• مرحله دوم: مشخص کردن ابعاد و عمق تقریبی اهداف.

این ویژگی در تعیین کارآیی یا عدم کارایی روش ژئوفیزیک انتخاب شده تاثیر گذار خواهد بود. برخی از روش‌های ژئوفیزیک با محدودیت عمق کاوش و همچنین محدودیت در شناسایی ابعاد هدف روبرو هستند. لذا با اطلاع از عمق و ابعاد تقریبی هدف می‌توان از کارآیی روش انتخابی اطمینان حاصل نمود. موضوعی که در مطالعات ژئوفیزیک باید مورد نظر قرار گیرد ارتباط بین عمق و ابعاد هدف می‌باشد. اشیا کوچک چنانچه در عمق کم قرار گرفته باشند قابل شناسایی بوده ولی این اشیا در اعماق زیاد نمی‌توانند تشخیص داده شوند. همچنین دقت دستگاه‌ها نیز رابطه مستقیم با عمق نفوذ دارد. هر چه عمق نفوذ دستگاه افزایش داده شود، دقت تشخیص آن کاهش داده می‌شود و بالعکس هر چه عمق نفوذ کاهش داده شود، به ازای آن دقت تشخیص افزایش خواهد داشت. در مطالعات ژئوفیزیکی باید تعادلی بین عمق نفوذ و دقت مطالعات برقرار شود. افزایش عمق کاهش دقت را در پی خواهد داشت و بالعکس افزایش دقت باعث کاهش عمق خواهد گردید. پس با اطلاع از ابعاد و عمق تقریبی هدف عمق و دقت روش می‌تواند در حالت بهینه قرار گیرد.

• مرحله سوم: مشخص کردن محدودیت‌های محیطی.

اجرای عملیات ژئوفیزیک با محدودیت‌هایی وابسته به محیط همراه می‌باشد. قبل از انتخاب کردن روش باید محدودیت‌های محیطی بررسی شده تا مانعی برای انجام کار وجود نداشته باشد. مهمترین این محدودیت‌ها عبارتند از: وجود کابلهای برق، فضای فیزیکی لازم برای گسترش سیم های دستگاه، شرایط زمین برای نصب الکترود، مسطح بودن زمین و وجود اشیا فلزی. برای روش ژئوالکتریک نیاز بوده تا سیمهای دستگاه بر اساس عمق نفوذ تا چندین ده متر یا صدمتر، گسترانده شود. همچنین باید الکترودهای داخل زمین فرو برده شود. لذا وجود فضای فیزیکی و قابلیت نصب الکترود باید فراهم باشد. همچنین وجود کابلهای برق در روشهای مغناطیسی و الکترومغناطیسی، با امواج دستگاهها ایجاد تداخل کرده و دقت عملیات را کاهش و یا انجام آن را غیر ممکن می سازد. لذا تمام محدودیت های محیطی به شرح فوق باید به صورت دقیق بررسی شود.

• مرحله چهارم: انتخاب روش یا روشهای ژئوفیزیکی متناسب و شیوه اجرا.

 بر اساس اطلاعات کسب شده در مرحله اول تا سوم، روش یا روشهای ژئوفیزیکی متناسب انتخاب می‌شوند. در برخی از مطالعات فقط یک روش و در برخی دیگری تلفیقی از چند روش مختلف انتخاب می‌گردد. اطلاعات کسب شده در مرحله اول تا سوم، مشخص کننده نوع و تعداد روشها خواهد بود. روشهای مورد استفاده می‌توانند یکی یا تلفیقی از این روشها باشند: ژئوالکتریک، ژئورادار و ژئومغناطیس. پس از انتخاب روش عملیات مورد نظر باید بر اساس عمق و ابعاد اهداف طراحی شوند. همچنین برخی از روشهای ژئوفیزیک می‌توانند به شیوه های مختلفی اجرا شوند. مثلا در روش ژئوالکتریک آرایه های مختلفی وجود دارند که جهت اجرای عملیات می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند. این آرایه ها عبارتند از: شلومبرژه، قطبی-دوقطبی، ونر و … . در این مرحله علاوه بر انتخاب روش، شیوه اجرا نیز مشخص می‌گردد.

• مرحله پنجم: اجرا و انجام مطالعات ژئوفیزیک.

در این مرحله عملیات طراحی طراحی شده، باید اجرا و داده برداری در محل سایت انجام شود. تجهیزات ژئوفیزیک مربوط به محل عملیات منتقل شده و داده برداری بر اساس طراحی انجام شده صورت می‌پذیرد. داده های خروجی دستگاههای ژئوفیزیکی فقط داده های خام بوده و معمولا در محل انجام عملیات امکان اعلام نظر در مورد اهداف وجود ندارد. در هنگام اجرای عملیات، فقط داده برداری انجام شده و اخذ نتایج منوط به تحلیل و تفسیر اطلاعات با استفاده از نرم افزارهای پردازشی می‌باشد.

• مرحله ششم: تحلیل و تفسیر اطلاعات ژئوفیزیکی.

داده های حاصل شده از دستگاههای ژئوفیزیکی، با استفاده از نرم افزارهای تخصصی تحلیل و تفسیر می‌گردد و نتایج در قالب مقاطع و نقشه های دو بعدی یا سه بعدی ایجاد می‌شود. در این نقشه ها وجود یا عدم وجود ناهنجاری در داخل زمین مشخص می‌گردد. ناهنجاری به هر عاملی که با اطراف خود متفاوت باشد اطلاق می‌شود. روشهای ژئوفیزیک صرفا ناهنجاریهای داخل زمین را مشخص می‌کنند. این ناهنجاریها می‌توانند در ارتباط با اهداف باستانشناسی بوده یا اینکه به آنها ارتباطی نداشته و تغییرات طبیعی داخل خود زمین آنها را باعث شده باشد. در داخل زمین همواره تغییرات طبیعی زیادی نیز وجود دارد که می‌توانند در نتایج حاصل از مطالعات به عنوان یکی از اهداف ظاهر شوند. همانطور که ذکر شد، روشهای ژئوفیزیکی معمولا قادر به تفکیک بین اهداف باستانشناسی و تغییرات طبیعی زمین نمی‌باشند. به همین دلیل استفاده از چند روش همزمان ضریب اطمینان مطالعات را افزایش داده و به مفسر کمک می‌کند تا بتواند بین تغییرات طبیعی داخل زمین و اهداف مورد نظر تا حدودی تفکیک قایل شود. همچنین ترکیب نتایج مطالعات ژئوفیزیک با ویژگی اهداف، اطلاعات محیطی و مشاهدات میدانی ضریب اطمینان نتایج نهایی را در پی خواهد داشت.

به نقل از کارشناسان سازمان میراث فرهنگی کشور، برخی از محوطه های تاریخی همچون تخت جمشید، دیوار گرگان و محوطه تنگه بلاغی از جمله مکان‌های تاریخی هستند که روشهای مختلف ژئوفیزیک در آنها کاربرد مؤثری داشته است.