Ujrzeć niewidoczne, czyli badania geofizyczne w Delcie Nilu

Dokładnie 50 lat temu przeprowadzono pierwsze badania magnetyczne na stanowisku archeologicznym. Ta metoda daje najlepsze rezultaty m.in. w Egipcie. Co jest przyczyną jej skuteczności?

- W mule naniesionym przez Nil znajduje się dużo tlenków żelaza, mających silne właściwości magnetyczne. W związku z tym każda konstrukcja stworzona z suszonego mułu nilowego, a był to podstawowy materiał budowlany w starożytnym Egipcie, jest łatwa do wyśledzenia z pomocą magnetometru. Kiedy konstrukcja z cegły suszonej przykryta jest piaskiem, odczyty są najlepsze, gdyż powstaje duży kontrast między magnetycznymi cegłami mułowymi i pozbawionym właściwości magnetycznych piaskiem - wyjaśniał Herbich.

Archeolog korzysta z instrumentów produkcji angielskiej firmy Geoscan Research. Pomiary są pobierane wzdłuż linii, aby nie przeoczyć żadnego punktu.

Herbich stosuje gradientometr, który nie rejestruje całkowitego natężenia pola magnetycznego, a obserwuje jedynie różnicę między wartością pomiaru między dwoma sondami umieszczonymi na różnych wysokościach. Jeśli jakiś obiekt archeologiczny, znajdujący się płytko pod powierzchnią ziemi tworzy własne pole magnetyczne, to ma ono niewielki zasięg. Mierzy się zatem różnicę w natężeniu pola - gradient. Taki sposób pozwala rejestrować obiekty leżące płytko pod powierzchnią Ziemi i uniknąć zakłóceń związanych ze zmianami w budowie geologicznej podłoża czy dziennymi zmianami natężenia pola magnetycznego, które są bardzo wysokie.

- W 1996 rok przeprowadzono jedne z pierwszych badań magnetycznych w Delcie Nilu. Miały one miejsce w Qantir, stanowisku badanym wykopaliskowo przez egiptologa niemieckiego, Edgara Puscha. Qantir było przez pewien okres czasu stolicą Egiptu, Pusch miał zatem nadzieję odkryć pałac królewski bez wątpienia istniejący na tym terenie. W wyniku kilkunastu lat intensywnych badań, znalazł jedynie wspaniałe stajnie, sądząc po bogactwie dekoracji - zapewne należące do władcy. Geofizycy już po pierwszym dniu pomiarów, na podstawie mapy magnetycznej obszaru wokół stajni wskazali nie tylko miejsce, ale i szczegóły rozplanowania rezydencji królewskiej. Pusch całą noc chodził z tą mapą w ręku - opowiadał Herbich.

W przypadku badań w Delcie Nilu uważano, że jeśli konstrukcje wzniesione były z mułu, a następnie po ich zniszczeniu, przykryte zostały tym samym materiałem naniesionym wraz z wylewami Nilu, to metody geofizyczne nie sprawdzą się w ich lokalizacji. Badania w Qantir wykazały, że założenie to było błędne. Przykładowo w cegłach z okresu Późnego znajduje się duża domieszka piasku - dlatego tworzą słabsze od mułowego otoczenia pole magnetyczne. Podobnie ma się rzecz z cegłami z innych epok - nigdy nie składały się tylko i wyłącznie z mułu nilowego. Celem stworzenia zwartego i wytrzymałego budulca dodawano do formy różne domieszki - organiczne, mineralne. Czasem na mapie magnetycznej mury mułowe jawią się jako negatywy - staje się tak dzięki silnym właściwościom magnetycznym materiałów otaczającym mury. Również miejsca osadnictwa w Delcie przyczyniają się do sukcesu metody. Wsie lokalizowano na wzniesieniach, które nie były zalewane przez Nil. Wzniesienia te, zwane z arabska gezirami (wyspami), składały się z piasku - dobrze kontrastującego się z mułem pod względem właściwości magnetycznych. Wszystkie te czynniki składają się na to, iż badania magnetyczne z powodzeniem są wykonywane obecnie w Delcie Nilu.

Jednym z pierwszych miejsc, gdzie Herbich prowadził w Egipcie badania było stanowisko Tell el-Farcha znane ze spektakularnych znalezisk - złotych figur z okresu późnopredynastycznego czy z jednego z najstarszych zachowanych na świecie kompleksów browarniczych. Obecnie prowadzą tu prace archeolodzy z Muzeum Archeologicznego w Poznaniu i Instytutu Archeologii UJ. Przed podjęciem badań wykopaliskowych Tomasz Herbich wykonał mapę magnetyczną stanowiska. Doskonale widoczne są na niej obszary pokryte gęstą zabudową. Z uwagi na to, że trzy wzgórza, które tworzą stanowiska były zasiedlane przez około tysiąc lat, badania magnetyczne ujawniły tylko najpóźniejsze konstrukcje datowane na okres Starego Państwa. Dzięki nim stało się możliwe określenie orientacji zabudowy oraz zlokalizowanie anomalii świadczących o istnieniu pieców. Najciekawsze wyniki przyniosły badania wschodniego wzgórza (z języka arabskiego "komu"), gdzie na mapie geofizycznej widoczne były niewielkie struktury o prostokątnym zarysie. Do momentu weryfikacji wykopaliskowej pochodzenie ich nie było jasne. Okazały się być bogatymi pochówkami z okresy wczesnodynastycznego. Zarys widoczny podczas prospekcji geofizycznej oddawał ich obudowę wykonaną z cegieł mułowych a przede wszystkim silnie magnetyczną ceramikę w dużych ilościach wypełniających komory grobowe.

- Badania geofizyczne mogą i pośrednio przyczynić się do ciekawych odkryć. Parę lat po wykonaniu mapy magnetycznej w Tell el-Farcha prof. Ciałowicz poprosił o uzupełnienie pomiarów w południowej części komu zachodniego. Problem tkwił w tym, że jest to obszar znajdujący się w sąsiedztwie wsi, gdzie w warstwie powierzchniowej obecnych jest ogromna ilość metalowych odpadów, silnie zaburzających odczyty. Aby uczytelnić wynik, postanowiono zdjąć warstwę o grubości 10-15 cm i tym samym usunąć odpady. Zadanie zostało wykonane a niespodziewanym efektem czyszczenia było odkrycie naczynia ceramicznego z kilkudziesięcioma figurkami z kłów hipopotama. To bezprecedensowe znalezisko w skali całego Egiptu - mówił referent.

Herbich zapoznał przybyłych na wykład także ze swoimi dokonaniami w Peluzjum. Było to drugie pod względem ważności miasto w Egipcie w okresie rzymskim. Polskie badania w Peluzjum zapoczątkował prof. Michał Gawlikowski, wówczas dyrektor Centrum Archeologii Śródziemnomorskiej UW. Domy budowano z cegły wypalonej, dlatego obraz wykonany z pomocą gradientometru nie jest zbyt wyraźny. Sięgnięto wówczas do drugiej z najpowszechniej stosowanych metod geofizycznych w archeologii - metody elektrooporowej. Podczas pracy tą metodą bada się zdolność gruntu do przewodzenia prądu. Metoda najlepiej się sprawdza w rejestracji pozostałości zabudowy kamiennej lub z cegły palonej. W warunkach egipskich jest kłopotliwa w stosowaniu: by stworzyć pole elektryczne w ziemi, wbija się elektrody. W warunkach dużego przesuszenia gruntu, utrudniającego kontakt gruntu z elektrodą (typowych dla Egiptu), metoda ta jest niesłychanie pracochłonna. Dobry wynik w Peluzjum, w postaci bardzo czytelnych planów szeregu budynków uzyskany został dzięki bardzo dużemu zawilgoceniu i zasoleniu gruntu na stanowisku, leżącym tuż przy brzegu Morza Śródziemnego.

Tell el-Daba to stanowisko, gdzie Herbich kieruje drugim co do wielkości projektem geofizycznym w Egipcie. Wraz z kolegą z Niemiec dotychczas rozpoznał przy użyciu metody magnetycznej ok. 130 ha powierzchni. Do wykonania prospekcji zaprosił polskiego badacza prof. Manfred Bietak. Tell el-Daba jest stanowiskiem znanym ze znalezienia na terenie pałacu z II Okresu Przejściowego fresków identycznych do tych z Krety. Herbich wykonał dokładny plan fragmentarycznie poznanego wcześniej pałacu - jak się okazało, czterokrotnie większego niż przebadany dotychczas. W tym roku rozpoczęto również projekt rozpoznania przebiegu starorzeczy w rejonie Tell el-Daba za pomocą aparatury elektrooporowej. Metoda okazała się bardzo skuteczna.

- Wielki postęp w zastosowaniu metod geofizycznych w archeologii rozpoczął się w momencie kiedy zawodowi geofizycy ustąpili pola wyspecjalizowanym w stosowaniu tych metod archeologom. Zanim to nastąpiło, między archeologami a geofizykami panował pewien brak zrozumienia. Geofizyka często satysfakcjonował już z sam fakt zmierzenia danej cechy fizycznej podłożą. Satysfakcji tej jednak nie podzielał archeolog, nie widzący w wyniku praktycznego zastosowania do swych badań. Dodatkowo, sposób wizualizacji wyników przez geofizyków jest dla nieobytych z tym archeologów nieczytelny. Rodziło to w efekcie brak zaufania do metody. - opowiadał Herbich.

Obecnie można już mówić o nowo powstałej specjalności: geofizyce archeologicznej, stosującej skonstruowane pod kątem jej potrzeb aparaturze i oprogramowaniu, publikujące wyniki badań w specjalistycznym periodyku "Archaeological Prospection" i mającej swoje stowarzyszenie: International Society for Archeolgical Prospection, z siedzibą w Anglii, ale powstałe w Krakowie w 2003 roku podczas międzynarodowego kongresu. Specyfika pomiarów archeologicznych wymaga pokrywania nimi dużych obszarów, w bardzo gęstej siatce pomiarowej (dla metody elektrooporowej - co najmniej 1 pomiar na metr kwadratowy, metody magnetycznej - 4 pomiary).

- Polska ma dużą tradycje w produkcji aparatury geofizycznej. Niestety, w dziedzinie magnetyki dominowała produkcja magnetometrów protonowych. Czas pomiaru w jednym punkcie, przy wysokiej rozdzielczości, wynosi przy użyciu tej aparatury co najmniej 3 sekundy. Oznacza to, że przebadanie tego samego obszaru trwa wielokrotnie dłużej w porównaniu z gradientometrami stosowanymi przez nas, których czas pomiaru wynosi ułamki sekund - mówił Herbich - Budowana w Polsce aparatura elektrooporowa ma doskonale parametry, ale jej obsługa jest bardziej skomplikowana od aparatury budowanej dla archeologów np. w Anglii - mówi Herbich.

Wraz z wejściem na rynek PC-tów ułatwiona została prezentacja danych i ich przetwarzanie. Wcześniej wyniki pokazywano jako wykresy zmian danej cechy wzdłuż linii. Tworzenie map zmian odpowiedniej cechy na danym obszarze - wykreślane ręcznie - trwało bardzo długo. Przy technice stosowanej obecnie przez Herbicha, czytelna mapa generowana jest na monitorze komputera niemal natychmiast po skończeniu badań w terenie.

Kiedy kilkanaście lat temu Herbich, z wykształcenia archeolog ze specjalizacją w dziedzinie etruskologii, rozpoczynał przygodę z geofizyką, bywały momenty zwątpienia. Kiedyś skontaktował się z konstruktorem aparatury, twierdząc że ta zepsuła się. Okazało się, że... nie podłączył baterii. Początki bywają trudne, ale dzisiaj jest najbardziej cenionym archeologiem stosującym metody geofizyczne w Egipcie. (PAP)