المسح الجيوفيزيائي (علم الآثار)

في علم الآثار ، يُعدّ المسح الجيوفيزيائي تقنيات استشعار فيزيائية أرضية تُستخدم للتصوير أو رسم الخرائط الأثرية. كما تُستخدم تقنيات الاستشعار عن بُعد والمسوحات البحرية في علم الآثار، ولكنها تُعتبر عمومًا تخصصات منفصلة. أما المصطلحات الأخرى، مثل "التنقيب الجيوفيزيائي" و"الجيوفيزياء الأثرية"، فهي مترادفة في الغالب.

تُستخدم المسوحات الجيوفيزيائية لإنشاء خرائط للمعالم الأثرية تحت سطح الأرض . تُمثل هذه المعالم الجزء غير القابل للنقل من السجل الأثري ، سواء أكانت هياكل قائمة أم آثارًا لأنشطة بشرية مدفونة في التربة . تستطيع الأجهزة الجيوفيزيائية الكشف عن المعالم المدفونة عندما تتباين خصائصها الفيزيائية بشكل ملحوظ مع محيطها. في بعض الحالات، قد يتم الكشف عن قطع أثرية فردية ، خاصةً المعدنية منها. تُصبح القراءات المُسجلة بنمط منهجي مجموعة بيانات يُمكن عرضها كخرائط صورية. يُمكن استخدام نتائج المسح لتوجيه عمليات التنقيب ومنح علماء الآثار فهمًا لأنماط الأجزاء غير المُنقّبة من الموقع. على عكس الطرق الأثرية الأخرى ، لا تُعدّ المسوحات الجيوفيزيائية مُتلفة أو مُدمرة. لهذا السبب، غالبًا ما تُستخدم عندما يكون الهدف هو الحفاظ على الآثار (بدلاً من التنقيب)، ولتجنب إزعاج المواقع ذات الحساسية الثقافية مثل المقابر . ^{[ 1 ]}

على الرغم من استخدام المسح الجيوفيزيائي في الماضي بنجاح متقطع، إلا أن النتائج الجيدة واردة جدًا عند تطبيقه بالشكل الأمثل. ويكون أكثر فائدة عند استخدامه ضمن تصميم بحثي متكامل يسمح باختبار التفسيرات وتحسينها. ويتطلب كل من تصميم المسح وتفسيره معرفة بالسجل الأثري وكيفية ظهوره جيوفيزيائيًا. وتُعدّ الأجهزة المناسبة، وتصميم المسح، ومعالجة البيانات عناصر أساسية للنجاح، ويجب تكييفها مع الخصائص الجيولوجية والأثرية الفريدة لكل موقع. وفي الميدان، يُعدّ ضبط جودة البيانات ودقتها المكانية أمرًا بالغ الأهمية.

تُستمد الأساليب الجيوفيزيائية المستخدمة في علم الآثار إلى حد كبير من تلك المستخدمة في التنقيب عن المعادن والهندسة والجيولوجيا . ومع ذلك، يطرح رسم الخرائط الأثرية تحديات فريدة، مما حفز تطوير أساليب ومعدات منفصلة. بشكل عام، تهتم التطبيقات الجيولوجية بالكشف عن التراكيب الكبيرة نسبيًا، غالبًا على أعمق عمق ممكن. في المقابل، تقع معظم المواقع الأثرية بالقرب من السطح، غالبًا ضمن المتر العلوي من الأرض. غالبًا ما تُضبط الأجهزة للحد من عمق الاستجابة لتحسين دقة رصد الظواهر القريبة من السطح التي يُحتمل أن تكون ذات أهمية. يتمثل تحدٍ آخر في الكشف عن السمات الدقيقة، والتي غالبًا ما تكون صغيرة جدًا - والتي قد تكون عابرة مثل البقع العضوية من أعمدة خشبية متحللة - وتمييزها عن الصخور والجذور وغيرها من "الشوائب" الطبيعية. يتطلب تحقيق ذلك ليس فقط حساسية عالية، بل أيضًا كثافة عالية من نقاط البيانات، عادةً قراءة واحدة على الأقل، وأحيانًا عشرات القراءات لكل متر مربع.

تُستخدم أجهزة قياس المغناطيسية ، وأجهزة قياس المقاومة الكهربائية ، والرادار المخترق للأرض ، وأجهزة قياس التوصيل الكهرومغناطيسي بشكل شائع في علم الآثار . تتميز هذه الطرق بقدرتها على تحديد أنواع عديدة من المعالم الأثرية، وإجراء مسوحات عالية الكثافة لمساحات شاسعة، والعمل في ظروف متنوعة. في حين أن أجهزة الكشف عن المعادن الشائعة هي أجهزة استشعار جيوفيزيائية، إلا أنها لا تُنتج صورًا عالية الدقة. كما تُستخدم تقنيات أخرى، راسخة وناشئة، في التطبيقات الأثرية.

يمكن تشبيه أجهزة قياس المقاومة الكهربائية بأجهزة قياس المقاومة المستخدمة لاختبار الدوائر الكهربائية. في معظم الأنظمة، تُغرس مجسات معدنية في الأرض للحصول على قراءة للمقاومة الكهربائية المحلية. تُستخدم تكوينات متنوعة للمجسات، معظمها بأربعة مجسات، غالبًا ما تُثبّت على إطار صلب. كما طُوّرت أنظمة اقتران سعوي لا تتطلب اتصالًا ماديًا مباشرًا بالتربة. يمكن رسم خرائط للمعالم الأثرية عندما تكون مقاومتها أعلى أو أقل من مقاومة محيطها. قد يعيق الأساس الحجري تدفق الكهرباء، بينما قد تُوصل الرواسب العضوية داخل كومة النفايات الكهرباء بسهولة أكبر من التربة المحيطة. على الرغم من استخدام طرق قياس المقاومة بشكل عام في علم الآثار لرسم الخرائط الأفقية، إلا أن قدرتها على تمييز العمق وإنشاء المقاطع الرأسية محدودة (انظر: التصوير المقطعي للمقاومة الكهربائية ).

تتميز أجهزة قياس الموصلية الكهرومغناطيسية باستجابة مماثلة لأجهزة قياس المقاومة (الموصلية هي مقلوب المقاومة). تُكتشف المعالم الأثرية تحت الأرض عن طريق توليد مجال مغناطيسي تحت الأرض بتطبيق تيار كهربائي بتردد وقيمة معروفين عبر ملف إرسال. يُحفز هذا التيار تيارًا ثانويًا في الموصلات تحت الأرض، والذي يلتقطه ملف استقبال. يمكن أن تشير التغيرات في الموصلية تحت الأرض إلى وجود معالم مدفونة. ^{[ 2 ] [ 3 ]} على الرغم من أن أجهزة قياس الموصلية الكهرومغناطيسية أقل حساسية بشكل عام من أجهزة قياس المقاومة لنفس الظواهر، إلا أنها تتمتع بعدد من الخصائص الفريدة. إحدى مزاياها أنها لا تتطلب اتصالًا مباشرًا بالأرض، ويمكن استخدامها في ظروف غير مواتية لأجهزة قياس المقاومة. ميزة أخرى هي سرعتها العالية نسبيًا مقارنةً بأجهزة قياس المقاومة. على عكس أجهزة قياس المقاومة، تستجيب أجهزة قياس الموصلية بقوة للمعادن. قد يكون هذا عيبًا عندما يكون المعدن غريبًا عن السجل الأثري، ولكنه قد يكون مفيدًا عندما يكون المعدن ذا أهمية أثرية. بعض أجهزة قياس الموصلية الكهرومغناطيسية قادرة أيضاً على قياس القابلية المغناطيسية ، وهي خاصية تزداد أهميتها في الدراسات الأثرية.

قد تستخدم أجهزة قياس المغناطيسية المستخدمة في المسح الجيوفيزيائي مستشعرًا واحدًا لقياس شدة المجال المغناطيسي الكلية، أو قد تستخدم مستشعرين (أو أكثر أحيانًا) متباعدين مكانيًا لقياس تدرج المجال المغناطيسي (الفرق بين قراءات المستشعرين). في معظم التطبيقات الأثرية، يُفضل استخدام التكوين الأخير ( مقياس التدرج ) لأنه يوفر دقة أفضل للظواهر الصغيرة القريبة من السطح. كما قد تستخدم أجهزة قياس المغناطيسية أنواعًا مختلفة من المستشعرات. وقد حلت أجهزة قياس المغناطيسية الأسرع والأكثر حساسية، مثل أجهزة قياس التدفق المغناطيسي وأجهزة قياس السيزيوم، محل أجهزة قياس المغناطيسية بالبروتون.

لكل نوع من المواد خصائص مغناطيسية فريدة، حتى تلك التي لا نعتبرها "مغناطيسية". يمكن لمواد مختلفة تحت سطح الأرض أن تُحدث اضطرابات موضعية في المجال المغناطيسي للأرض، والتي يمكن رصدها باستخدام أجهزة قياس مغناطيسية حساسة. تتفاعل هذه الأجهزة بقوة مع الحديد والصلب والطوب والتربة المحروقة وأنواع عديدة من الصخور، ويمكن رصد المعالم الأثرية المكونة من هذه المواد بسهولة. في حال عدم وجود هذه المواد المغناطيسية القوية، فغالبًا ما يكون من الممكن رصد شذوذات دقيقة جدًا ناتجة عن التربة المضطربة أو المواد العضوية المتحللة. يتمثل القيد الرئيسي لمسح المغناطيسية في أن المعالم الدقيقة المهمة قد تُحجب بواسطة مواد جيولوجية أو حديثة ذات خصائص مغناطيسية قوية.

يُعدّ الرادار المخترق للأرض (GPR) من أشهر هذه الطرق (مع أنه ليس الأكثر استخدامًا في علم الآثار). مفهوم الرادار مألوف لدى معظم الناس. في هذه الحالة، تُوجّه إشارة الرادار - وهي نبضة كهرومغناطيسية - إلى باطن الأرض. تُحدث الأجسام الموجودة تحت السطح والطبقات الجيولوجية انعكاسات يلتقطها جهاز استقبال. يُشير زمن انتقال الإشارة المنعكسة إلى العمق. يمكن تمثيل البيانات بيانيًا على شكل مقاطع جانبية، أو خرائط أفقية تُحدد أعماقًا معينة.

يُعدّ الرادار المخترق للأرض أداةً فعّالة في الظروف الملائمة (كالتربة الرملية المتجانسة). وهو فريدٌ من نوعه لقدرته على كشف بعض الأجسام الصغيرة نسبيًا على أعماق كبيرة، وقدرته على تحديد عمق مصادر الشذوذ. أما عيبه الرئيسي فهو محدوديته الشديدة في الظروف غير المثالية. فالموصلية الكهربائية العالية للرواسب الدقيقة (كالطين والطمي) تُسبب فقدانًا في قوة الإشارة، بينما تُشتت الرواسب الصخرية أو غير المتجانسة إشارة الرادار.

تستخدم أجهزة الكشف عن المعادن الحث الكهرومغناطيسي للكشف عن المعادن. ورغم أن أنواعًا أخرى من الأجهزة (لا سيما أجهزة قياس المغناطيسية وأجهزة قياس التوصيل الكهرومغناطيسي) تتمتع بحساسية معينة للمعادن، إلا أن أجهزة الكشف المتخصصة عن المعادن أكثر فعالية بكثير. تتوفر أجهزة الكشف عن المعادن بتكوينات مختلفة، تتفاوت في درجة تعقيدها وحساسيتها. معظمها قادر على التمييز بين أنواع مختلفة من الأهداف المعدنية.

يستخدم علماء الآثار أجهزة الكشف عن المعادن المحمولة على نطاق واسع. لا تُنشئ معظم هذه الأجهزة قاعدة بيانات مسجلة، وبالتالي لا يمكن استخدامها مباشرةً لإنشاء الخرائط، ولكن عند استخدامها بشكل منهجي، يمكن أن تكون أداة مفيدة في البحث الأثري. في بعض الأحيان، تُلحق مسجلات بيانات خارجية بهذه الأجهزة، والتي تجمع معلومات حول المواد المكتشفة وإحداثيات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) المقابلة لها لمزيد من المعالجة. يُعد إساءة استخدام هذه الأجهزة في المواقع الأثرية من قِبل الباحثين عن الكنوز وجامعي القطع الأثرية مشكلة خطيرة في الحفاظ على الآثار ^{[ 4 ] [ 5 ]} ، ومع ذلك، بدأت تظهر جهود تعاونية بين المشغلين الهواة المهرة والفرق الأكاديمية في هذا المجال ^{[ 6 ] .}

على الرغم من عدم شيوع استخدامها في علم الآثار، إلا أن أجهزة الكشف عن المعادن المتطورة متوفرة، وتتميز بحساسية أعلى بكثير من الأجهزة المحمولة. هذه الأجهزة قادرة على تسجيل البيانات والتمييز الدقيق بين الأهداف، ويمكن تركيبها على عربات ذات عجلات لجمع بيانات المسح.

تقنية الليدار ( الرادار الضوئي ) هي تقنية استشعار عن بُعد بصرية، تُستخدم لقياس المسافة إلى هدف ما عن طريق إضاءته بضوء ، غالبًا باستخدام نبضات ليزرية . لليدار تطبيقات عديدة في مجال الآثار، منها المساعدة في تخطيط الحملات الميدانية، ورسم خرائط المعالم تحت غطاء الأشجار، ^{[ 7 ]} وتوفير نظرة عامة على المعالم الواسعة والمتصلة التي قد يصعب تمييزها على سطح الأرض. كما تُمكّن تقنية الليدار علماء الآثار من إنشاء نماذج ارتفاع رقمية عالية الدقة للمواقع الأثرية، ما يكشف عن التضاريس الدقيقة التي تُخفيها النباتات. ويمكن دمج المنتجات المُستمدة من بيانات الليدار بسهولة في نظام المعلومات الجغرافية (GIS) لتحليلها وتفسيرها.

تتشابه عملية جمع البيانات بشكل عام بغض النظر عن نوع جهاز الاستشعار المستخدم. يتضمن المسح عادةً السير حاملاً الجهاز على طول مسارات متوازية متقاربة، مع أخذ القراءات على فترات منتظمة. في معظم الحالات، يتم تحديد نظام شبكي على الأرض لتوفير التحكم المكاني. وباستخدام نقاط الشبكة المحددة كمرجع، يستخدم مشغل الجهاز أشرطة أو حبالًا مُعلَّمة كدليل عند جمع البيانات. وبهذه الطريقة، يمكن تقليل خطأ تحديد الموقع إلى بضعة سنتيمترات للحصول على خرائط عالية الدقة. وقد تم تطوير أنظمة مسح مزودة بأنظمة الملاحة العالمية عبر الأقمار الصناعية ( GNSS ). في المواقع المفتوحة، يمكن لهذه الأنظمة تسهيل المسح دون الحاجة إلى إنشاء نظام شبكي محلي. تتطلب أنظمة GNSS عمومًا نظام تصحيح RTK (بدلاً من SBAS ) لرسم خرائط أثرية عالية الدقة. كما يمكن استخدام الأجهزة الجيوفيزيائية (وخاصة أجهزة الكشف عن المعادن) لإجراء مسح أقل رسمية للمناطق ذات الأهمية.

تُحوّل معالجة البيانات والتصوير البيانات الرقمية الخام إلى خرائط قابلة للتفسير. تتضمن معالجة البيانات عادةً إزالة القيم الشاذة والتشويش الإحصائي، واستيفاء نقاط البيانات. يمكن تصميم مرشحات إحصائية لتحسين السمات المهمة (بناءً على الحجم أو القوة أو الاتجاه أو معايير أخرى)، أو لإخفاء الظواهر الحديثة أو الطبيعية التي تحجبها. يكتسب النمذجة العكسية للمعالم الأثرية من البيانات المرصودة أهمية متزايدة. تُعرض البيانات المُعالجة عادةً كصور، أو خرائط كنتورية، أو برسومات ثلاثية الأبعاد. عندما تُعرض البيانات الجيوفيزيائية بيانيًا، يستطيع المُفسّر التعرف بشكلٍ بديهي على الأنماط الثقافية والطبيعية، وتصوّر الظواهر الفيزيائية المُسببة للشذوذات المكتشفة.

يُعد استخدام المسوحات الجيوفيزيائية أمراً راسخاً في علم الآثار الأوروبي، وخاصة في بريطانيا العظمى، حيث تم استخدامها لأول مرة في أربعينيات وخمسينيات القرن العشرين. ويتم استخدامها بشكل متزايد في أجزاء أخرى من العالم وبنجاح متزايد مع تكييف التقنيات مع الظروف الإقليمية الفريدة.

في الدراسات الاستقصائية المبكرة، كانت القياسات تُسجل بشكل فردي وتُرسم يدويًا. ورغم الحصول على نتائج مفيدة في بعض الأحيان، إلا أن التطبيقات العملية كانت محدودة بسبب الجهد الكبير المطلوب. وكانت معالجة البيانات ضئيلة، وكانت كثافة العينات منخفضة بالضرورة.

على الرغم من تحسن حساسية أجهزة الاستشعار وتطوير أساليب جديدة، إلا أن أهم التطورات تمثلت في تسجيل البيانات آليًا واستخدام حواسيب قادرة على معالجة كميات هائلة من البيانات. وقد أتاح تحسن أداء معدات المسح وزيادة الأتمتة إمكانية مسح مساحات واسعة بسرعة. كما ساهم جمع البيانات السريع في تحقيق كثافة العينات العالية اللازمة لرصد التفاصيل الدقيقة أو الخفية. وقد مكّنت التطورات في برامج المعالجة والتصوير من اكتشاف الأنماط الأثرية الدقيقة وعرضها وتفسيرها ضمن البيانات الجيوفيزيائية.

• مسح ميداني أثري
• المسح المغناطيسي (علم الآثار)
• المسح الراداري المخترق للأرض (علم الآثار)
• مسح المقاومة الكهربائية (علم الآثار)
• الاستشعار عن بعد (علم الآثار)

يمكن الاطلاع على نظرة عامة على الأساليب الجيوفيزيائية في علم الآثار في الأعمال التالية:

• كلارك، أنتوني ج. (1996). رؤية ما تحت التربة. أساليب التنقيب في علم الآثار . لندن، المملكة المتحدة: بي تي باتسفورد المحدودة.
• غافني، كريس؛ جون غيتر (2003). الكشف عن الماضي المدفون: الجيوفيزياء لعلماء الآثار . ستراود، المملكة المتحدة: تيمبوس.
• ويتن، آلان (2006). دليل الجيوفيزياء وعلم الآثار . لندن، المملكة المتحدة: دار النشر إكوينوكس المحدودة.
• كوينكا-غارسيا، كارمن؛ أساندوليسي، أندريه؛ لوي، كيلسي م. (2024). علم الآثار الجيوفيزيائي العالمي: مناهج متكاملة ذات تدخل محدود باستخدام أمثلة من دول محددة . سبرينغر.

• الجمعية الدولية للتنقيب الأثري
• "قاعدة بيانات أمريكا الشمالية للجيوفيزياء الأثرية (NADAG)" .
• "البيانات الجيوفيزيائية في علم الآثار: دليل للممارسات الجيدة" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2009-06-02 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2006-04-04 .
• "PhysicsWeb: الفيزياء وعلم الآثار" .
• التنقيب الأثري في فيينا
• "المجلس الأوروبي للآثار: إرشادات استخدام الجيوفيزياء في علم الآثار - أسئلة يجب طرحها ونقاط يجب مراعاتها" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 19 أغسطس 2019. تاريخ الاطلاع: 16 سبتمبر 2019 .
• معهد لودفيج بولتزمان للتنقيب الأثري وعلم الآثار الافتراضي
• مختبر الاستشعار عن بعد الجيوفيزيائي والفضائي والبيئة الأثرية (GeoSat ReSeArch - IMS/FORTH) رابط قديم مؤرشف بتاريخ 17 فبراير 2013 على archive.today