Bericht

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Geomagnetische Archäoprospektion
Projektiertes Baugebiet "Oberfeld"
67459 Böhl-Iggelheim
Auftraggeber:
Pfalzwerke Aktiengesellschaft, Postfach 217246, 67072
Ludwigshafen, vertreten durch Herrn Dieter Schneider
Datum des Auftrags:
5.12.2015 auf Grundlage unseres Angebots 82-1114 vom 3.11.2014
Bearbeiter:
Dipl.-Geol. Harald Scherzer, Dipl.-Geol. Jan Zlotos
Dipl.-Geophys. Dr. Arno Patzelt
Messung:
Bericht:
Datum der Messungen:
11. und 12. Dezember 2014 und 28. April 2015
Datum Bericht::
7. Mai 2015
Bericht-Nr.:
TG-745/15
Anzahl der Seiten:
11
Anlagen:
1, 2A, 2B, 3A, 3B
CD-ROM mit Bericht und Anlagen (PDF), DWG-Plan mit Messbildern,
Messdaten
-- Terrana Geophysik - Zepplinstraße 15 - 72116 Mössingen --
Terrana Geophysik
Geomagnetische Archäoprospektion Böhl-Iggelheim – TG-745/15
Inhalt
1
Aufgabenstellung ................................................................................................................ 3
2
Die Geomagnetische Prospektion in der Archäologie.......................................................... 3
2.1
Das Prinzip der magnetischen Ortung .......................................................................... 3
2.2
Das Messverfahren für die Archäologie........................................................................ 5
2.3
Magnetogramme und Anomalien.................................................................................. 6
3
Durchführung der Messungen ............................................................................................. 7
4
Auswertung ......................................................................................................................... 8
4.1
Planerstellung .............................................................................................................. 8
4.2
Datenverarbeitung........................................................................................................ 8
4.3
Befunde und Interpretation ........................................................................................... 9
5
Empfehlungen zur weiteren Vorgehensweise.................................................................... 10
6
Zusammenfassung............................................................................................................ 11
Anlagenverzeichnis
Anlage 1
Lageplan der Messfläche
Anlage 2A
Magnetogramm -10 nT / +10 nT
Anlage 2B
Magnetogramm -3 nT / +3 nT
Anlage 3A
Interpretation auf Magnetogramm -2 nT / +2 nT
Anlage 3B
Interpretation auf Luftbild
Verwendete Unterlagen
Plangrundlagen:
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CAD-Datei Anlage Aufstellungsbeschluss_2013_11.dwg übergeben
durch Herrn Dieter Schneider, Pfalzwerke AG
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Geomagnetische Archäoprospektion Böhl-Iggelheim – TG-745/15
1 Aufgabenstellung
In der Gemeinde Böhl-Iggelheim, Rhein-Pfalz-Kreis, ist das Baugebiet "Oberfeld" projektiert.
Die Firma Terrana Geophysik wurde beauftragt, eine geomagnetische Archäoprospektion auf
der ca. 5 Hektar großen Fläche des geplanten Baugebietes durchzuführen. Die Erkundung sollte Aufschluss über Vorhandensein, Lage und Ausdehnung archäologisch bedeutsamer Strukturen und Befunde im Untergrund ergeben.
2 Die Geomagnetische Prospektion in der Archäologie
2.1 Das Prinzip der magnetischen Ortung
Geophysikalische Messmethoden erkunden den Untergrund zerstörungsfrei durch Messung
physikalischer Größen von der Oberfläche aus. Die Methode der Geomagnetik beruht auf der
hochgenauen Messung des Erdmagnetfeldes. Moderne Messgeräte zur Archäoprospektion
sind in der Lage, das Erdmagnetfeld in der Normalstärke von rund 50.000 nT (magnetische
Flussdichte in der Einheit Nanotesla) auf 0,1 nT genau aufzulösen.
Archäologische Objekte im Boden wie Mauer- und Fundamentreste aus Stein, ehemalige, heute
verfüllte Gräben und Gruben oder Brandstellen weisen im Vergleich zum umgebenden Boden
meist eine geringfügig abweichende Magnetisierung auf (Bild 1A). Dadurch entsteht eine lokale
Anomalie im Erdmagnetfeld an der Oberfläche über dem Objekt. Je nach Magnetisierung des
Objekts, seiner Lage und Ausrichtung kommt es zu Verstärkungen und/oder Abschwächungen
des Magnetfeldes (siehe Bild 1A rechts).
Eisenhaltige Objekte sind durch ihren Ferromagnetismus sehr stark magnetisch und erzeugen
Anomalien von mehreren Hundert bis Tausend Nanotesla an der Oberfläche. Archäologische
Strukturen hingegen bestehen zumeist aus Steinen, organischem Material oder nur wenig verändertem Bodenmaterial. Die magnetischen Anomalien kommen hier zustande durch einen
lokal leicht höheren oder niedrigeren Gehalt an Eisenmineralen (Magnetit, Hämatit) im Boden,
entsprechend treten hier nur sehr schwache Anomalien von meist wenigen Nanotesla auf.
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Bild 1: Geomagnetische Prospektion in der Archäologie. A) Magnetisch wirksame Objekte im Untergrund
verursachen eine messbare Anomalie an der Oberfläche. B) Messung des Erdmagnetfeldes auf der Fläche.
C) Beispiele typischer archäologischer und sonstiger Objekte im Magnetogramm.
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2.2 Das Messverfahren für die Archäologie
Das von uns verwendete Fluxgategradiometer FEREX mit vier Sonden CON650 der Firma
Foerster GmbH (Reutlingen) wird häufig in der archäologischen Prospektion verwendet (Bild
1B). Dieses Instrument misst mit je einem Sensorpaar pro Sonde die Differenz der Vertikalkomponente (= Vertikalgradient) des Erdmagnetfeldes. Die Sensoren haben dabei einen vertikalen
Abstand von 0,65 m. Die gerätetechnische Auflösung der Messsonden liegt bei 0,1 nT (Nanotesla = 10-9 Tesla).
Die Totalintensität des Erdmagnetfelds in Mitteleuropa beträgt ca. 45 μT = 45.000 nT. Auf einer
magnetisch ungestörten, horizontalen Fläche ist der Vertikalgradient des Erdmagnetfelds konstant. Magnetische Objekte im Untergrund verursachen Verzerrungen im Erdmagnetfeld und
damit auch Änderungen seines Vertikalgradienten (siehe Bild 1A). Archäologische Strukturen
und Objekte können Verursacher solcher Anomalien sein. Die Messung des Vertikalgradienten
hat den Vorteil, dass Störeinflüsse von unerwünschten eisenhaltigen Objekten aus der näheren
und weiteren Umgebung wesentlich weniger einwirken. Hierzu zählen Gebäudeteile, Leitungen,
Masten, Zäune sowie die fast überall vorhandenen Eisenteile aller Art auf landwirtschaftlich
genutzten Flächen.
Die Messung erfolgt bidirektional in einem regelmäßigen Raster entlang von parallel angeordneten Profilen (siehe Bild 1B). Die Rastereckpunkte werden dabei im Vorfeld geodätisch eingemessen und abgesteckt. Die Profillängen betragen in der Regel 40 m. Entlang der Profile
werden Leinen ausgelegt, auf denen sich Markierungen im Abstand von 5 m befinden.
Die Messungen erfolgen kontinuierlich mit einer Abtastrate von zumindest 20 Hz. Die Profile
werden, unterstützt durch einen akustischen Taktgeber, gleichmäßig abgeschritten, wobei beim
Passieren jeder 5m-Markierung per Tastendruck eine digitale Positionsmarke gesetzt wird. Die
Positionierung der Messdaten ist damit im Regelfall auf ±10-15 cm genau. Die im Datenlogger
abgespeicherten Daten werden dann später am Computer prozessiert und graphisch in Flächendarstellungen umgesetzt.
Zur Kompensation einer geringen, zumeist temperaturbedingten Drift der Gradiometersonden
wurde im Lauf eines Messtages wiederholt ein Nullabgleich an einer magnetisch ungestörten
Referenzstation durchgeführt.
Die magnetischen Messdaten werden bei der Messung in einem Datenlogger abgespeichert,
später am Computer mit Filterverfahren aufbereitet und graphisch zu Messbildern, sogenannten
Magnetogrammen, umgesetzt. Um Störeinflüsse zu minimieren, wird das Messgerät von einer
Person in völlig unmagnetischer Kleidung getragen. Dadurch erzielen wir sehr hochauflösende
Magnetogramme, die bis in einem Bereich von -1 bis +1 nT noch gut dargestellt und interpretiert
werden können. Dies wird erforderlich bei sehr schwach magnetischen Böden wie beispielsweise im Kalkstein auf der Schwäbischen Alb.
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2.3 Magnetogramme und Anomalien
Die stärksten Anomalien in Magnetogrammen werden stets von eisenhaltigen Objekten erzeugt,
die in der Regel neuzeitlicher Herkunft sind. Es handelt sich dabei einerseits um offensichtliche
Objekte über der Oberfläche wie nahegelegene Gebäudeteile, Zäune, Masten und Schächte.
Weiterhin können unbekannte Leitungen oder eisenhaltige Auffüllungen (z.B. Bauschutt) im
Boden verborgen sein. Bild 1C zeigt links zwei Magnetogramme mit Beispielen für isolierte Eisenobjekte mit charakteristischer Dipolanomalie (oben) und einer Wasserleitung aus Eisen (unten). Entlang von Straßen und Wegen tritt fast immer eine Häufung von für Eisenteile typischen
Anomalien auf. Treten diese Störungen neuzeitlicher Ursache gehäuft auf, wird die Interpretation der Magnetogramme hinsichtlich archäologischer Objekte im Untergrund stark erschwert
bzw. unmöglich.
Archäologische Strukturen wie Mauern, verfüllte Gruben oder Gräben erzeugen in der Regel
nur geringe Anomaliewerte von wenigen Nanotesla, mit der Ausnahme von Brandstellen und
Schlacken. Je schwächer magnetisch der oberflächennahe Boden ist, desto schwächer sind
auch die Anomalien, die durch Veränderungen hervorgerufen werden. Vulkanische Böden, wie
sie z.B. in der Eifel vorkommen, sind meist stark magnetisch, Kalksteinböden wie auf der
Schwäbischen und Fränkischen Alb sehr schwach magnetisch. Die Erfassungstiefe für archäologische Objekte beträgt, bedingt durch die geringe Magnetisierung, meist nicht mehr als einen
Meter. Größere Objekte wie beispielsweise ein verfüllter Graben können unter günstigen Umständen auch in größerer Tiefe noch nachweisbar sein.
Positive Anomalien (dunkelgrau bis schwarz in unserer Darstellung) deuten abhängig von Größe und geometrischer Ausprägung auf ehemalige, heute verfüllte Gruben, Gräber, Gräben oder
Rinnen hin (siehe Bild 1C). Ebenfalls möglich sind ehemalige Hochtemperaturbereiche (Herdstellen, Öfen, verziegelter Boden, Holzasche, etc.), Brunnen, Pfostenstellungen, Hausgrundrisse (bei ehemaligen Lehm- oder Holzwänden) oder auch Wallanlagen. Negative Anomalien
(hellgrau bis weiß in unserer Darstellung) lassen steinige Einlagerungen im Boden vermuten,
etwa Fundamente und Mauerzüge, befestigte Straßen, sowie steingefasste oder steinbedeckte
Gräber.
Anomalien können aber ebenso durch natürliche Variationen in der Bodenzusammensetzung
(Schichtwechsel, Schwemmmaterial) oder geologische Strukturen (Verwerfungen, steil stehende Schieferung, Mineralisierungen, Erosionsstrukturen) bedingt sein. Insbesondere dunkle vulkanische Gesteine wie Basalte und Gesteine mit einem hohen Anteil an Eisenoxiden können
sehr starke Magnetisierungen aufweisen. Zudem werden durch moderne Ablagerungen, Feuerstellen, Auffüllungen und Wege, sowie durch Drainage- und Leitungsrohre Anomalien im Magnetfeld erzeugt.
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Im Idealfall lassen sich archäologische Objekte anhand einer charakteristischen Geometrie
erkennen, beispielsweise rechtwinklige Gebäudegrundrisse oder kreisrunde Grabhügel. Sofern
die Geometrie von Anomaliestrukturen oder Lesefunde keine eindeutige Interpretation vorgeben, müssen gezielte Sondagen unter archäologischer Betreuung zeigen, worum es sich bei
aufgefundenen Anomalien im Einzelfall handelt.
Voraussetzung für den Nachweis von archäologischen Objekten und Strukturen im Untergrund
ist grundsätzlich immer ein messbarer Kontrast in der Magnetisierung im Vergleich zum umgebenden Material. Ist dieser nicht gegeben, bleiben archäologische Strukturen dem Messverfahren verborgen. Kein Befund im Magnetogramm bedeutet im Umkehrschluss nicht zwangsläufig,
dass auch keine archäologischen Befunde im Boden vorhanden sind. Sie können magnetisch
keinen messbaren Kontrast zum umgebenen Bodenmaterial bilden oder unterhalb der Erfassungstiefe liegen.
3 Durchführung der Messungen
Die geomagnetischen Messungen erfolgten aufgrund des Bewuchses einer Teilfläche mit Winterlauch in zwei Geländekampagnen am 11./12. Dezember 2014 und am 28. April 2015 auf der
vorgegebenen Fläche.
Die Messfläche grenzt im Süden und Osten an bestehende Bebauung der Ortschaft Iggelheim
an. Im Norden wird sie durch die Römerstrasse begrenzt, im Westen durch die Sandgasse. Die
Messfläche bestand aus ebenem, für die Messmethode günstigem Ackerland. Insgesamt wurde
eine Fläche von 5,24 ha mit Geomagnetik prospektiert.
Die Lage der Messfläche ist der Anlage 1 zu entnehmen.
Bild 2: Geomagnetische Prospektion mit dem Ferex 4-Kanalsystem in Böhl-Iggelheim, April 2015.
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Die geomagnetischen Messungen wurden mit einem Fluxgategradiometer FEREX 4.032 DLG
mit vier Sonden Con650 der Firma Foerster GmbH (Reutlingen) durchgeführt. Der Linienabstand der Profile betrug 0,5 m, auf den Linien wurde alle 0,125 m ein Messpunkt aufgenommen.
Dies ergibt eine Datendichte von 16 Messpunkten pro Quadratmeter. Die Profillinien wurden
bidirektional abgeschritten. Die Datenqualität ist durchgehend sehr gut. auf der Fläche finden
sich nur wenige störende größere Eisenteile. Lediglich in Bereichen mit angrenzender Bebauung sind stärkere Störungen durch eisenhaltige Objekte (z.B. Maschendrahtzäune, etc.) zu
verzeichnen.
Die Absteckung der Fläche erfolgte mit einem geodätischen GPS Trimble R4 mit differenzieller
Sofortkorrektur (SAPOS) in einer nominalen Genauigkeit im Freifeld von besser als 3 cm. Die
eingemessenen Absteckpunkte (in Gauß-Krüger Koordinaten) sind im DWG-Plan Geomagnetik_Boehl-Iggelheim_0515.dwg (auf beiliegender CD-ROM) auf der Ebene GPS Punkte eingetragen. Weiterhin befindet sich auf der CD-ROM die Excel-Tabelle GPS_Boehl-Iggelheim_1214.xls mit weiteren Angaben zu den Vermessungspunkten.
4
Auswertung
4.1 Planerstellung
Zur Verarbeitung und Darstellung der Messergebnisse wurde die DWG-Datei Geomagnetik_Boehl-Iggelheim_0515.dwg erstellt. Hierzu wurde das CAD-Programm Bentley Microstation
v8 im DWG-Modus verwendet. Dieser Plandatei georeferenziert angehängt ist der uns zur Verfügung gestellte Lageplan Anlage Aufstellungsbeschluss_2013_11.dwg. Unsere ergebnisrelevanten Eintragungen (Magnetogramme, Interpretation) sind im Modellbereich eingearbeitet.
Aus dem Modellbereich der DWG-Datei wurden schließlich Plotlayouts im Format A3 erstellt,
auf denen die Anlagen 1 bis 3B basieren.
4.2 Datenverarbeitung
Die Auswertung der geomagnetischen Messungen erfolgte mit der auf Archäogeophysik spezialisierten Software Geoplot 3 der Firma Geoscan Research. Die Messwerte wurden in mehreren
Prozessingschritten mit verschiedenen Filterverfahren bearbeitet, um mögliche archäologische
Strukturen hervorzuheben. Die Magnetogramme in Form von Graustufenbildern wurden in unterschiedlichen Darstellungsbreiten (Dynamik) erstellt und betrachtet. Die Anlagen des Berichts
verwenden die Magnetogramme -10/+10 nT und -3/+3 nT. Werte unterhalb bzw. oberhalb wurden in diesen Darstellungen jeweils auf diese Randwerte begrenzt, um eine bestmögliche Auflösung archäologischer Strukturen zu erreichen. Die Anlage 2A zeigt das Magnetogramm in
der Dynamik von -10 nT (weiß) bis +10 nT (schwarz), die Anlage 2B in der Dynamik -3 nT bis
+3 nT. Auf der CD-ROM finden sich zudem noch die Magnetogrammdarstellung mit -20/+20 nT.
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In der Anlage 2A (-10/+10 nT) treten insbesondere stärkere Anomalien hervor, oftmals verursacht durch neuzeitliche eisenhaltige Objekte (siehe auch Bild 1, Beispiel links oben), Auffüllungen oder auch geologische Strukturen. Zur Betrachtung der meist etwas schwächeren Anomalien aufgrund archäologischer Strukturen im Untergrund ist die Darstellung mit einer Dynamik
von -3/+3 nT (Anlage 2B) in der Regel besser geeignet.
4.3 Befunde und Interpretation
Die Anlagen 3A und 3B stellen die Interpretation auf dem Magnetogramm -3/+3 nT bzw. auf
dem Lageplan dar.
Allgemein zeichnen sich verfüllte ehemalige Gräben, Gräber, Siedlungs- oder Abfallgruben in
der Regel in Form positiver Feldanomalien (dunkelgrau bis schwarz im Magnetogramm) von
entsprechender Geometrie ab. Steineinlagerungen in Form von Mauern, Wegbefestigungen
oder auch Gräber mit Steinsetzungen bzw. Steinabdeckungen verursachen dagegen zumeist
negative Feldanomalien (hellgrau bis weiß) mit entsprechender geometrischer Ausbildung im
Magnetogramm.
Das im Magnetogramm -3/+3 nT (Anlagen 2B, 3A) erkennbare, etwa Süd-Nord verlaufende
Streifenmuster entspricht Flurgrenzen und tieferen Ackerfurchen aufgrund der landwirtschaftlichen Nutzung. In den Randbereichen der Messfläche und im Bereich des im Nordwesten auf
der Fläche gelegenen Gebäudes sind Störungen der Messwerte durch Eisenmetallobjekte (z.B.
Maschendrahtzäune, Dachrinnen, etc.) zu verzeichnen. Hier sind anhand der magnetischen
Messungen keine Aussagen zu archäologischen Strukturen im Untergrund möglich.
Über die gesamte Messfläche verteilt finden sich zahlreiche flächige Bereiche positiver Anomaliewerte. Die Flächenausdehnung dieser Anomalien beträgt zumeist 2-5 m2, in wenigen Fällen
auch über 10 m2. Diese Bereiche zeigen jedoch keine geometrischen Strukturen bzw. flächige
Anordnungen, die eindeutig auf archäologische Befunde schließen lassen. Gleichwohl sind
damit Verdachtspunkte vorhanden, die potentiell archäologisch bedingt sein könnten und Grubenhäusern, Siedlungs- oder Abfallgruben bzw. einzelnen Gräbern entsprechen könnten, aber
ebenso auch durch Baumwurfgruben, Auffüllungen, Ablagerungen oder Variationen in der Bodenzusammensetzung verursacht sein könnten. Die wesentlichen dieser Anomalien sind in den
Anlagen 3A, 3B durch rote Flächen markiert und die bedeutensten zusätzlich mit Ziffern 1 bis
10 gekennzeichnet. Eine Häufung von Anomalien ist dabei im Norden (Anomalien 1, 2, 3 und in
der Fortsetzung nach Südwesten) zu verzeichnen Ein weiterer Anomaliebereich im Westen ist
mit der Ziffer 11 gekennzeichnet.
Daneben sind im Magnetogramm -3/+3 nT noch einige lineare Strukturen unterschiedlicher
Länge und von schwacher Ausprägung erkennbar. Die kurzen Lineare zeigen auch in Kombination mit den flächig positiven Anomalien keine Geometrien, die auf Gebäudestrukturen oder
Einfriedungen hindeuten. Das sehr schwach ausgeprägte Linear L1 ist auf einer Länge von
über 150 m vorhanden und könnte einem ehemaligen Weg oder Graben entsprechen. Die
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Struktur L2 im Südosten könnte dabei die Fortsetzung von L1 darstellen. Ein weiteres Linear L3
mit negativen Anomaliewerten findet sich im Süden. Da diese Struktur exakt parallel zum südlichen Weg und den Flurgrenzen im Süden verläuft, dürfte es sich hierbei um den Effekt einer
tieferen Ackerfurche oder Feldbegrenzung handeln. Nicht ganz auszuschließen ist aber auch
ein steinbefestigter Weg als Ursache der Anomalie L3.
Mit gelben Kreisen wurden in den Anlagen 3A und 3B größere Eisenobjekte markiert, die sich
als deutliche Dipol-Anomalien in den Magnetogrammen abzeichnen. Ein größeres Metallobjekt
befindet sich dabei zentral im Norden nahe der Römerstraße.
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Empfehlungen zur weiteren Vorgehensweise
Aus den geomagnetischen Messungen ergeben sich keine Strukturen, die eindeutig auf archäologische Befunde im Untergrund hinweisen. Gleichwohl sind mit kleinflächigen positiven Anomalien und einigen Linearen Verdachtsbereiche gegeben, die durch archäologische Befunde im
Boden bedingt sein könnten. Diese sollten durch gezielte Sondagen unter archäologischer
Fachaufsicht auf ihre potentielle archäologische Relevanz geprüft werden.
Wir empfehlen Sondagen an den Anomalien 1, 2, 3 im Norden, an Anomalie 4 im Osten mit
dem dort liegenden Linear 2, sowie an den Anomalien 9, 10 und 11 im Süden bzw. Westen.
Weiterhin sollte das Linear L1 auf Höhe der Anomalie 8 geprüft werden. Sollte sich das Linear
L3 nicht mit einer oberflächlich erkennbaren, offensichtlichen Struktur (Graben, Ackergrenze)
decken, ist auch dort eine Sondage zur Prüfung der potentiellen archäologischen Signifikanz
empfehlenswert.
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Zusammenfassung
Auf dem projektierten Baugebiet "Oberfeld" in Böhl-Iggelheim wurde auf einer Fläche
von 5,24 Hektar eine geomagnetische Archäoprospektion durchgeführt.
Über die gesamte Messfläche verteilt finden sich zahlreiche flächige Bereiche positiver
Anomaliewerte und einige lineare Anomaliestrukturen. Es sind jedoch keine Strukturen
erkennbar, die eindeutig auf archäologische Befunde im Untergrund hinweisen. Gleichwohl stellen die kleinflächigen positiven Anomalien und die wenigen Lineare Verdachtsbereiche dar, die durch archäologische Befunde (z.B. Siedlungs- oder Abfallgruben,
Grubenhäuser, Gräber, Gräben, Wege) im Boden bedingt sein könnten. Diese sollten
durch gezielte Sondagen unter archäologischer Fachaufsicht auf archäologische Relevanz geprüft werden.
Dr. Arno Patzelt / Dipl.-Geophysiker
Mitglied der Deutschen Geophysikalischen Gemeinschaft
Mitglied im BGD-Ausschuss Geophysikalische Mess- und Beratungsunternehmen
Mitglied der International Society of Archaeological Prospection
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