MÁGNESES MÉRÉS A RÉGÉSZETBEN

Régészeti célra a leggyorsabb mérést lehetővé tevő, és viszonylag alacsony adatfeldolgozási igényű módszer, ennek megfelelően a legszélesebb körben alkalmazott mérési típus. A régészeti geofizika “igáslova”, széles felhasználása miatt a “geofizikai mérést” a laikusok sokszor a mágneses méréssel azonosítják. Technológiailag kiforrott módszer, több európai gyártó is kész termékeket árul kifejezetten régészeti célú mérésre optimalizálva.  A felmérés lehetőségei a közelmúltban jelentősen változtak: a párhuzamosan használt szondák, a motorizáció és a valós idejű pozicionálás a mérési lehetőségeket jelentősen kitágította. A motorizált mérőrendszerekkel ma már napi 20-30 ha mérése lehetséges, ezzel egész tájak, lelőhely-csoportok mérése lehetséges. 

RÉGÉSZET ÉS MÁGNESESSÉG

Nagyon leegyszerűsítve a mágneses méréssel a talaj mágnesezettségének mintázatát vizsgáljuk. Ahhoz azonban, hogy megértsük, ez valójában miért hasznos a lelőhelyek azonosításához, elsőként meg kell vizsgálnunk, hogy az emberi tevékenység milyen módon tudja befolyásolni a talaj mágneses tulajdonságait. A környezettől eltérő mágneses kontraszt okait alapvetően két csoportra oszthatjuk: remanens vagy indukált mágnesezettség okozta eltérésre. 

A remanens (megmaradó) mágnesezettség fő régészeti oka az ún. thermoremanens mágnesezettség. Az agyagos talaj általában vasoxidban gazdag, ennek mágneses tulajdonsága azonban a részecskék rendezetlen elhelyezkedése miatt csekély. Amennyiben viszont elég magas hő éri az agyagot, hogy átalakítsa a fizikai tulajdonságait (ún. Curie-hőmérséklet, ez a vasoxidok különböző fajtáinál 575 – 675 °C között van), akkor a részecskék a mágneses tér irányába rendeződnek, emiatt lehűlésük után már olyan tulajdonságaik vannak, mint egy gyenge mágnesnek.
Az első publikált régészeti célú mágneses mérést egyébként Martin J. Aitken végezte 1958-ban, ennek során agyag égetőkemencék remanens mágnesezettségét azonosította méréssel.  A régészeti jelenségek között elsősorban a kemencéknek, tűzhelyeknek, leégett házaknak lehet remanens mágnesezettségük. Ugyancsak megfigyelhető ez a kiégetett tégláknál is, itt azonban, ha struktúrává (fallá) rendezik őket, az egyes téglák mágnesezettségi iránya összekeveredik, és ez jelentősen legyengíti a mérés eredményességét (nem is beszélve az omladékról). 

A régészeti jelenségek nagyobb része azonban indukált mágnesezettség miatt válik mérhetővé. Ezt az indukciót a Föld mágneses mezeje hozza létre, a különböző anyagok pedig különböző mértékben reagálnak erre a hatásra, ezt, vagyis a különböző tárgyak mágnesezhetőségét szuszceptibilitásnak nevezzük.
A régészeti jelenségek azonosításában a legnagyobb jelentősége a talajban lévő vasoxidoknak van, mégpedig leginkább háromféle vasoxidnak, a hematitnek, a magnetitnek és a maghemitnek. A hematit ezek közül a legoxidáltabb, és ennek a legalacsonyabb a mágneses szuszceptibilitása, a másik kettőnek 1000-szer nagyobb. A természetes állapotában előforduló, teljesen oxidált hematit viszonylag kevéssé mágnesezhető, azonban ha valamilyen okból redukció éri, akkor magnetitté alakul, amelynek viszont 1000-szer magasabb a szuszceptibilitása. Ráadásul, ha ezek után ismét oxidálódik, akkor nem alakul vissza hematittá, hanem maghemitté változik, amely szintén hasonlóan magas a szuszceptibilitása.

Az emberi megtelepedés helyszínein, emberi hatásra több módon is megjelenik ez a hatás, például égetés miatt. Ha a későbbiekben ezzel a magnetitban gazdag talajjal töltődnek fel a gödrök, árkok, akkor azok kontrasztosan fognak jelentkezni mágneses szempontból.

A másik, régészeti szempontból legalább ennyire jellemző hatás a régészeti objektumokban felhalmozódó szerves anyag mikroorganizmusok által történő lebontása folyamán létrejövő redukció, ez szintén a vasoxid átalakulásával jár. Ráadásul létezik egy bizonyos baktérium-csoport, az ún. mágneses baktériumok (magnetotactic bacteria) amely mikronméretű magnetit-kristályokat alakít ki magában, felhasználva a környező talaj vasoxidjait. A régészeti adatok alapján ez a baktérium elsősorban famaradványokban érzi jól magát, itt tehát elég nagy koncentrációban előfordulhat ahhoz, hogy mérhető legyen.

Ezen kívül ugyancsak az emberi tevékenységgel összefüggő hatás a vasdarabok mérésre okozott hatása, bár ez a legtöbbször nem választható el a szántóföldeken rendszeresen található vastörmeléktől, és sokszor csak a mérést eredményességét zavaró tényezőként jelentkezik. Az újkori tanyák azonban például viszonylag jól azonosíthatóak a mágneses méréseken a jellegzetes, régészeti korú telepekhez képes sokkal inkább fémmel szennyezettebb képük alapján.

A fentiek alapján tehát világos, hogy az emberi megtelepedés helyszínein található jelenségeknek több okból is lehetnek mágneses kontrasztjuk, ezt magnetométerrel tudjuk mérni.  Többféle magnetométer létezik, ráadásul elrendezésük alapján is megkülönböztetjük a magnetométereket. Mivel jelen helyzetben a Föld mágneses tere által indukált mágnesességet mérjük, ehhez nem kell mágneses teret létrehoznunk, csak mérnünk azt. Ezért nevezik a magnetométereket passzív műszereknek.

MAGNETOMÉTEREKRŐL RÖVIDEN

Többféle módszerrel mérő magnetométer létezik, ráadásul a szondákat többféle elrendezésben is használhatjuk az eredményesség érdekében. Jelenleg fluxgate, proton-precessziós, Overhauser-típusú, alkáli-gőz, és SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) magnetométerek léteznek. Mivel a szondák különböző módon mérik a mágneses teret, ezért különbözőek az előnyeik és a hátrányaik. Régészeti célra egyébként a fluxgate magnetométereket használják világszerte a legelterjedtebben. A SQUID-magnetométer kivételével mindegyik 0,1-0,05 nT (nanoTesla; a Tesla a mágneses indukció SI mértékegysége) pontossággal képes mérni a mágneses tér helyzeti értékét. A SQUID azért kivétel, mert 0,00001 nT érzékenységgel képes mérni, ezzel pedig korábban elérhetetlen pontosságot hozhat a mérésekbe. Apró nehézség ugyanakkor, hogy a mérés eredményességéhez a szondákat -269 °C-on, a folyékony hélium hőmérsékletén kell tartani. 

A szondák azonban önmagukban csupán a mágneses tér pillanatnyi, adott helyen mérhető értékét rögzítik, amely nem a legmegfelelőbb módszer a felszín közeli mágneses anomáliák rögzítésére. A mágneses mező erőssége ugyanis egy napon belül is változik (nyugodt napi variációk), ráadásul a mélyen fekvő geológiai viszonyok is befolyásolják. Lehetséges persze egy szondával mérni, majd kivonni belőle a háttér értékét, de a gyakorlatban ez nagyon nehézkes és hibákkal teli mérést eredményez. Sokkal gyakoribb megoldás, hogy két szenzort használunk, variométer vagy gradiométer módban.

A variométeres mérés során két ugyanolyan, egymással időszinkronizált szondát használunk, az egyik a mérés mellett méri a területre jellemző napi értéket (bázis), míg a másikkal végzik a mérést (rover), majd az utóbbival mért adatokból kivonják a bázis értékét. Ennek viszont az a következménye, hogy a rover sokkal érzékenyebb lesz a mélyebben fekvő jelenségekre, illetve a mágneses zajokra is (kerítés, autók, fémhulladék, stb.), ez régészeti szempontból a legtöbbször hátrány, de bizonyos helyzetekben előny is lehet.

A gradiométer elrendezésben egymás felett 0,5-1 m távolságban elhelyezett szondapárral mérünk. Itt a két szonda nagyon hasonló értékeket mér, de amíg a felső szonda nem érzékeli a talaj nagyon sekély mélységében lévő anomáliákat, az alsó igen. A két szonda különbségének értéke adja meg a gradiensértéket, amelyet vizsgálunk. Ennek eredményeként a szondák viszonylag kevéssé érzékenyek a mélyen fekvő geológiai jelenségekre, és a zajokra, mivel a két szonda egymáshoz közel helyezkedik el, tehát majdnem ugyanazon hatások érik azokat. Minél messzebb vannak egymástól a szondák, annál érzékenyebb a mérés a mélyebben fekvő jelenségekre. Régészeti célra ez az elrendezést használjuk a legsűrűbben a megbízhatósága és az egyszerűsége miatt. A gyártók összeszerelt gradiométer elrendezésű szondapárokat állítanak össze, ezek általában 0,5-1 m távolságra vannak egymástól, a különböző preferenciák alapján. A gradiométeres mérés során akár 16 szondával mérhetünk párhuzamosan, akár egymástól 25 cm távolságra lévő szondakiosztással.