Geofyzikální metody pomáhají při průzkumu archeologických lokalit. Elektrická odporová tomografie (ERT, z ang. Electrical Resistivity Tomography) dokáže vykreslit profil daného místa do dostatečné hloubky, aniž bychom dělali vykopávky. Můžeme tak určit původní rozsah příkopů a valů. Velikost opevnění je pro archeology informace, která napovídá o důležitosti a funkci sídla.
S pomocí geofyziky lze lokalizovat ta nejzajímavější místa a efektivně zacílit nákladné archeologické vykopávky.
Archeologie pracuje s pozůstatky lidské činnosti, ať už se jedná o stopy po osídlení nebo předměty či kosterní pozůstatky. S trochou nadsázky lze říct, že „než archeolog kopne do země“, můžeme využít některé geofyzikální metody. Velkou výhodou geofyzikální prospekce je nedestruktivnost a rychlost.
Hradiště byla opevněná sídla, vznikající zhruba od pozdní doby kamenné (eneolitu) do raného středověku. Jako střediska moci, místa obchodu nebo příležitostných náboženských aktivit bylo jejich bezpečí zajištěno opevněním: valy a příkopy. Pokud ochrana hradiště byla jednou z priorit, mohlo opevnění zahrnovat dva či tři valy/příkopy v řadě. Představte si několik metrů hluboký příkop a vysoký val, jeho překonání nebylo určitě snadné. Výrazně slabší opevnění složená z valu/příkopu nebo jen z valu, ohraničovala hradiště s kulturní či náboženskou funkcí. Dochovaná opevnění tak představují pro archeology cenný zdroj informací. Jsou dalším dílem skládačky, pokud se chceme dozvědět více o našich předcích, jejich technologické vyspělosti nebo původních environmentálních podmínkách.
Místa s pestrou historií ovšem dnes nemusí být nijak zjevná. Příkopy bývají zanesené sedimenty či půdou, zřetelnější jsou v tomto ohledu valy vystupující z terénu jako nerovnosti.
Geofyzika ve službách archeologie
Nejčastěji se pro geofyzikální prospekci využívá plošný magnetometrický průzkum, který odhaluje předměty či struktury s odlišnou magnetizací. Je citlivý zejména na místa spjatá s pálením (ohniště, pece, varné jámy), která se projevují zvýšenou magnetizací. Ta je zapříčiněna chemickými změnami v oxidech železa nacházejících se v půdě v důsledku vystavení ohně. Vyššími hodnotami se projevují i valy, které byly velmi často tzv. spečené (vypálené) ať už záměrně nebo požárem při dobývání. Zasypaný příkop, tedy jeho nepůvodní výplň má obvykle magnetizaci odlišnou od lokální půdy. Magnetometrie tak umí poměrně spolehlivě určit plošné rozšíření původních příkopů a valů, včetně jejich rozoraných pozůstatků. Je však schopna dodat pouze plošnou a nikoli vertikální informaci. Pokud se chceme na danou lokalitu podívat ještě jinak a získat detaily o složení valu či hloubce příkopu, je nutné zapojit další geofyzikální metody.
Elektrická odporová tomografie – 2D zobrazování původních opevnění hradišť
Elektrická odporová tomografie (ERT z angl. Electrical Resistivity Tomography) je sondážně profilové stejnosměrné odporové měření, jehož účelem je určit elektrický odpor prostředí. Měření lze realizovat ve 2D jako jeden profil nebo ve 3D využitím více paralelních profilů, které lze složit jako prostorový obraz.
Použití v terénu vypadá následovně: na místě, které nás zajímá, zatlučeme v pravidelném rozestupu elektrody, které jsou propojeny kabely (obr. 1). Mikroprocesorem řízená aparatura poté přepíná mezi jednotlivými elektrodami a postupně ve vrstvách proměřuje zkoumané prostředí. Získaná hodnota je ovlivněna nadložními vrstvami a nelze ji brát jako skutečný měrný odpor prostředí. Musíme provést matematický přepočet tzv. obrácenou (inverzní) úlohu. Inverzní úloha vytvoří model prostředí, který co nejlépe odpovídá získaným datům. Výsledkem měření je ERT profil, invertovaný řez měrného odporu, který ukazuje rozložení elektrického odporu v řezu do hloubky.
Obr. 1: Ukázka měření v terénu – elektrická odporová tomografie (ERT), pozůstatky valu na hradišti U svatého Jiří jižně od Kouřimi. Foto: Klanica
Teorie a praxe v terénu
Možnosti a omezení ERT pro 2D zobrazovaní valů a příkopů jsme testovali na několika typově odlišných hradištích. Zajímavé výsledky si představíme jednak na hradišti Štěpánov, kde byly příkopy i valy zjevné. Oproti tomu u hradiště U sv. Jiří nebylo do poslední chvíle jasné, jestli o opevnění budeme moci říct víc než, že zde bylo. Naštěstí poslední z profilů nakonec ukázal poměrně překvapivé složení valu.
Hradiště Štěpánov nacházející se na Štěpánovské hoře (651 m n. m.) v Českém středohoří pochází z pozdní doby bronzové. Je příkladem hradiště s homogenními valy postavenými jen z nasucho kladených kamenů a příkopy. Valy se projevují extrémně vysokými elektrickými odpory a jsou na ERT profilu snadno rozlišitelné i od vysoko odporových kamenných sutí, které tvoří povrch lokality. Naopak dnes již zasypané příkopy vykazují nízké odpory, které jasně ukazují jejich původní hloubku a šířku. Rozsah opevnění naznačuje, že toto hradiště mělo silné opevnění. (obr. 2)
Hradiště U sv. Jiří ležící jižně od města Kouřim, bylo osídleno již v době železné, ovšem hlavní prosperity dosáhlo v raném středověku za vlády Přemyslovců. Z tohoto období se také dochovaly pozůstatky kostela, hradu a zkoumaného opevnění. Na většině plochy bývalého hradiště se dnes nachází zemědělská půda a její obdělávání zapříčinilo destrukci valu. Původní val, dnes nezřetelná terénní vlna, se na výsledcích z magnetometrie ukazuje jako magnetická anomálie. První ERT profily v místě rozoraného valu dokázaly identifikovat pouze velmi neznatelnou vrstvu kamenů, která nám toho moc neprozradila. Naštěstí poslední ERT profil, který jsme změřili v remízku přes zachovalejší část valu, ukázal jeho překvapivou vnitřní strukturu. Místní val nebyl postaven z kamenů, ale byl pouze navršený ze zeminy kombinované s dřevěnými prvky. Kameny zde mohly tvořit pouze čelní kamennou plentu. (obr. 3)
Obr. 2: (A) Obranná linie hradiště Štěpánov zahrnovala příkop-val-příkop-val, druhý příkop není z tohoto pohledu na obrázku vidět. (B) Detail jednoho z valů postaveného z na sucho kladených kamenů (bazaltů). (C) Výsledný ERT řez. Valy se projevují velmi vysokými odpory (>5000 Ωm), zatímco příkopy zakryté dnes již zhrouceným materiálem z valů nízkými odpory (30-50 Ωm). Zdroj: Klanica et al., Capabilities and limitations of electrical resistivity tomography for mapping and surveying hillfort fortifications (2022), foto: Klanica
Obr. 3: (A) Ostrožna jižně od města Kouřim s hradištěm U sv. Jiří. (B) Výsledek z magnetometrického měření ukazující pozůstatky valu (linie A1). Zachovalejší část valu se nachází v remízku, zde jsme změřili ERT profil – P4. (C) ERT řez (P4) ukazuje nízké odpory tělesa valu, což značí, že tento val nebyl vůbec postaven z kamenů. Zdroj: Klanica et al., Capabilities and limitations of electrical resistivity tomography for mapping and surveying hillfort fortifications (2022)
Jak tedy dopadla metoda ERT při průzkumu opevnění starých hradišť? Nejvíc se na využitelnosti naměřených výsledků podepsaly typ geologického podloží a zemědělská činnost (zejména hluboká orba), která původní stavební materiál roznese po ploše. Při testování jsme se prozatím zaměřili na 2D zobrazování. Při hustší síti profilů lze výsledky zpracovat i jako 3D. V pokračujícím výzkumu nás zajímá, které jednotlivé stavební prvky valů lze pomocí ERT metody a 3D zobrazení spolehlivě odhalit.
Výzkum byl proveden ve spolupráci s RNDr. Romanem Křivánkem Ph.D. (Archeologický ústav Praha, AV ČR. v.v.i.) a PhDr. Jindřichem Štefflem, Ph.D (Regionální museum v Teplicích). Finančně byl podpořen projektem INTER-EXCELLENCE Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy, č. LTC19029.
Publikace: Klanica, R., Křivánek, R., Grison, H., Tábořík, P., Šteffl, J. Capabilities and limitations of electrical resistivity tomography for mapping and surveying hillfort fortifications. Archaeological Prospection 29 (3), p: 401-416. DOI: https://doi.org/10.1002/arp.1857