Kuidas georadar arheolooge võlus

Georadari kasutamine arheoloogias – maailm

Georaadiolokaatori ehk georadari lugu saab alguse 20. sajandi esimesel poolel. Radari eelkäija telemobiloskoop patenteeriti Christian Hülsmeyeri poolt 1904. aastal ja see oli esimene seadeldis, mis oskas raadiolainete¹ abil tuvastada kaugel asuvaid objekte. Esimesed kirjalikud tõendid georadari kasutamisest pärinevad aastast 1929, kui selle abil püüti hinnata liustikujää paksust Austrias. Jää uurimine nii mägedes kui polaaraladel jätkus 1970. aastateni ning tol ajal oli georadari näol tegemist sisuliselt kajaloodiga, millest aegamööda arenes välja tänapäevane georadar, mis leidis kasutust nii söe- ja soolakaevandustes kui ka Apollo 17 Kuu-missioonil. 1978. aastast pärinevad esimesed dokumenteeritud andmed georadari edukast kasutamisest arheoloogias – aardeotsingud. Nimelt uuriti New Mexicos asetsevat mäge Victorio Peak (joonis 1) eesmärgiga tuvastada mäe all asuvaid koopaid, tunneleid ja muid õõnsusi, mis sobiksid kokku legendiga jahimees Milton Nossist ja tema võimalikust aardeleiust. 

Huvi georadari vastu vähenes mõnevõrra 1980. aastatel. See võis olla tingitud meetodi ebaküpsusest ja kogemuse puudumisest selle rakendamisel erinevates valdkondades. Lisaks oli riistvara suur ja kohmakas, akud ei kestnud kaua ning probleeme esines ka andmete digitaliseerimisega. Plahvatuslik huvi georadari vastu maailmas tekkis 10 aastat hiljem ja kestab tänini. Praegusel ajal peetakse georadarit kõige laialdasema rakendusspektriga geofüüsikaliseks meetodiks.

Georadari kasutamine arheoloogias – Eesti

Eestis kasutati georadarit esmakordselt 1996. aastal linnaarheoloogia uuringutel Pärnus ja Tartus. Pärnus prooviti välja selgitada keskaegse vanalinna piire, uurides tolleaegse kultuurkihi iseloomu ning ulatust. Tartus olid huviobjektiks keskaegsete kivirajatiste ja fortifikatsioonide (hooned, müürid) jäänused ja nende ulatus. Kuna varasem kogemus puudus, oli meetodi kasutamine suuresti eksperimentaalne. Radarit veeti uuringute käigus nii käsitsi kui auto abil ning radaripildi kontrolliks ja täpsustuseks rajati Pärnus arheoloogilisi šurfe² ning Tartus teostati uuringuid arheoloogiliste väljakaevamiste aladel (Poe tänav, Barclay plats ja Toomemägi). 

Esimest georadardamise katset Eestis hinnati positiivselt – meetod oli kiire, tulemuslik, suhteliselt odav ning võimaldas katta laialdasi alasid. Need omadused hõlbustavad oluliselt arheoloogilisi uuringuid. Linnaarheoloogias, sealhulgas ka päästekaevamiste³ juures on oluliseks georadari mittedestruktiivsus, tänu millele on võimalik uurida vanu kultuurkihte neid praktiliselt kahjustamata. Päästekaevamised toimusid näiteks Tartus Poe tänaval ja olid seotud kanalisatsioonitrassi uuendamisega. Radaritöid tehti enne kaevamisi ning mitmete kivimüüride asukohad, mis joonistusid välja radariprofiilidel, leidsid pärast kinnitust ka arheoloogiliste kaevamiste käigus (joonis 2).

Erinevalt tavapärastest arheoloogilistest meetoditest (arheoloogilised kaevamised, laboratoorsed analüüsid, esemeuuringud) saab georadarit kasutada soos, rabas ning teistes raskesti ligipääsetavates kohtades, kus uuringuala on mattunud näiteks liiva või vee alla. Pärnus Suur-Jõe tänaval avastati georadari abil asfaldiga kaetud tehaseõuel kaks paralleelset kivide või vaiade rida. Kuigi objekti kindlakstegemiseks tuleb kasutada tavapäraseid arheoloogilisi meetodeid, siis selle avastamine ilma georadarita oleks olnud praktiliselt võimatu. 

Georadarit on Eesti arheoloogias aeg-ajalt kasutatud ka hiljem: 1997. aastal täpsustati Viljandis linnamüüri asukohta, 2007. aastal rakendati georadarit Pärnus bastionide uuringutel, 2008. aastal avastati ja lokaliseeriti kultuurkiht Jägala linnamäel, 2009.–2010. aastal avastati Saaremaal esimese ja teise Salme laeva⁴ jäänused (joonis 3), 2011. aastal rakendati georadarit hilismesoliitiliste matusepaikade otsingutel Veibri külas (joonis 4), 2014. aastal ilmus kompleksne geoarheoloogiline uurimistöö Kudruküla kiviaegsest asulakohast ja 2015. aastal täpsustati ajaloolise kalmistu idapiiri paiknemist Vastseliina piiskopilinnuse kandis.

Georadari kasutamine arheoloogias – mis edasi?

Valdkondade hulk, kus saab georadarit rakendada, suureneb pidevalt ning koos aparaatide täiustamisega arenevad ka andmete visualiseerimise võimalused. Üks levinud võte georadari andmete esitamiseks on profiilide võrgustikust tuletatud horisontaallõiked, millest omakorda on võimalik luua 3D-mudeleid (joonis 5). Georadari kujutiste tootmine saab alguse üksikust signaalist ning profiil ehk 2-dimensiooniline kujutis tekib paljude üksikute signaalide liitmisel. Profiilide tihedast võrgustikust on võimalik tuletada valitud intervallidega horisontaallõikeid, millel kajastuvad signaali amplituudi muutused. Mida suurem on signaali amplituud, seda paremini on ta lõikel eristatav. Hästi paljude horisontaallõigete liitmisel ja töötlemisel on võimalik luua 3-dimensiooniline kujutis.

Horisontaallõigete kasutamine on mugav viis georadari tulemuste esitamiseks näiteks matmispaikade uuringutel. Joonisel 6 oleva näite taga on ameerika ärimehe Hartsville Jonesi keeruline perelugu, mis muutus veel keerulisemaks peale tema surma 1900. aastal. Georadari uuringud matmispaigas heitsid küll valgust mõningatele loo aspektidele, kuid tekitasid samal ajal juurde suure hulga uusi küsimusi. Miks ei olnud Jones maetud hauaplatsil oma esimese naise kõrvale? Kuhu on maetud Hartsville Jones? Kes on kõik ülejäänud Jonesi hauaplatsile maetud inimesed? Horisontaallõigete kasutamine on populaarne, kuid nende loomise käigus võib info kuni 90% ulatuses kaduma minna. Parima tulemuse saamiseks tuleks seetõttu kasutada meetodeid kombineeritult – profiilist saab rohkem kasulikku infot ja horisontaallõiked on head selle info visualiseerimiseks.

Eestis kasutatakse horisontaallõikeid veel üsna vähe. Esiteks eeldab nende moodustamine tihedat profiilide võrku, mida on võimatu tekitada suurte uuringualade (näiteks põllukihtide uuringute) puhul. Teiseks otsitakse Eestis kultuurkihte tihtipeale linnamägedel, kus varieeruva reljeefi tõttu võib signaal moonduda ja tekitada moonutusi ka kujutistel. Tiheda profiilide võrgu moodustamiseks oleks parim väike lauge plats ning selliseid platse, mis võiksid olla arheoloogidele huvipakkuvad, leidub Eestis küllaldaselt. See tähendab, et Eestis on georadari ja arheoloogia koostööl veel kõvasti arenguruumi.

Autor: Alina Tšugai-Tsyrulnikova – doktorant, Tartu Ülikool, geoloogia osakond, alina.tshugai@ut.ee

Toimetas: Sirle Liivamägi

Mõisted:

⁵ raadiolained – elektromagnetlained, mis vastavad sagedusele kuni 3000 GHz, georadar kasutab raadiolainete spektri sagedust vahemikus 30–3000 MHz 

² šurf – arheoloogias umbes 30 cm (poolteist labidat) sügavune lai prooviauk, millest otsitakse kultuurkihti

³ päästekaevamised – arheoloogilise objekti kiired väljakaevamised, mis viiakse läbi seoses tulevaste ehitus- või remonditöödega

⁴ Salme laev – vanim (8. sajandist) Eestist leitud muinasaegne laevavrakk

Kasutatud kirjandus:

Annan, A. P. (2002). Subsurface Sensing Technologies and Applications 3, 253–270.

Blindow, N., Eisenburger, D., Illich, B., Petzold, H., Richter, T. (2007). Ground Penetrating Radar. In: Environmental Geology. Springer, Berlin, Heidelberg.

Conyers, L. B. (2012). Interpreting Ground-penetrating Radar for Archaeology. Left Coast Press. 220 pp.

Conyers, L. B., Ernenwein, E. G., Bedal, L.-A. (2002). Ground-Penetrating Radar (GPR) Mapping as a Method for Planning Excavation Strategies, Petra, Jordan. In: Society for American Archaeology 1, 1541–5465.

Dolphin, L. T., Beatty, W. B., Tanzi, J. D. (1978). Radar Probing of Victorio Peak, New Mexico, Geophysics 43, 1441–1448.

Kriska, A., Rappu, M., Tasuja, K., Plado, J., Šafranovski, J. (2008) Archaeological research in Jägala. In: Oras, E. & Russow, E. (eds.). Archaeological Fieldwork in Estonia 2008. Tallinn: Muinsuskaitseamet, 36–52.

Laine, A. (2009). Georadari pilt pakkus teadlastele Salmel meeldiva üllatuse. In: Saarte Hääl (saarlaste päevaleht).

Lõhmus, M., Malve, M., Plado, J., Tšugai, A. (2011). Archaeological research at Veibri: A Late Mesolithic cemetery and a mass grave from 13th century AD. In: Oras, Ester; Russow, Erki (eds.). Archaeological Fieldwork in Estonia 2010 Tallinn: Muinsuskaitseamet, 89−102.

Orviku, K., Jõeleht, A., Plado, J. (2006). Pinnase siseehituse geolokatsioon. Rmt.: Amon, L. ja Verš, E. (toim.) Vasaraga tähtede poole. Schola Geologica II. Eesti Loodusuurijate Selts, Tartu Ülikooli geoloogia instituut, Tartu, 90–99.

Stern, W. (1929). Versuch einer elektrodynamischen Dickenmessung von Gletschereis. Gerl. Beitr. zur Geophysik, 23, 292–333.

Vissak, R., Vunk, A. (1996). Georadari võimalustest arheoloogilise kultuurkihi uurimisel Pärnu ja Tartu näitel. Eesti TA Toim. Humanitaar- ja Sotsiaalteadused, 1996, 45, 3, 338–361.