D a r i o C u o l l o Premessa

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1 1 Premessa Negli ultimi anni, i metodi geofisici hanno avuto un rapido incremento nella loro applicazione nell esplorazione ad alta risoluzione del sottosuolo prossimo alla superficie, di conseguenza anche l archeologia può avvalersi di tecniche capaci di individuare e definire la geometria di strutture sepolte in modo rapido, relativamente poco costoso e, innanzitutto, non invasivo. Si è sviluppata così, nel corso degli anni, una naturale collaborazione tra geofisico e archeologo, grazie alle informazioni di interesse archeologico che il geofisico è in grado di fornire. Il presente lavoro di tesi espone i risultati ottenuti mediante indagini geoelettriche effettuate in località Fratte (SA) su proposta della Soprintendenza ai Beni Archeologici di Salerno al fine di individuare reperti archeologici in parte già rinvenuti in alcune aree durante lavori di scavo. I reperti si riferiscono ad un periodo compreso fra il VI secolo a.c., con tutte le sue modificazioni nel tempo fino al 194 a.c., anno della fondazione di Salernum. I primi ritrovamenti risalgono all'anno In accordo con gli archeologi, esperti delle tematiche, degli oggetti della ricerca e dell ambiente in cui tali oggetti si trovano, si è progettato di svolgere nella zona di interesse uno studio integrato con diversi metodi di prospezione geofisica al fine di fornire le giuste indicazioni per il proseguo degli scavi. Per questo motivo, oltre al metodo geoelettrico in corrente continua si è utilizzato anche metodo magnetico e il metodo elettromagnetico (GPR). Dalle anomalie di resistività attese, e, con il supporto di informazioni storico-archeologiche della zona oggetto di studio, si cercherà di delineare la tipologia di materiale o di struttura che ha prodotto tali anomalie. In tal modo sarà possibile circoscrivere dalla ricostruzione bidimensionale del sottosuolo, eventuali aree di interesse archeologico. La tesi, infatti, tratta essenzialmente i rapporti tra geofisica e archeologia; in particolare nel Capitolo 1 verranno illustrati i metodi di prospezione geofisiche

2 2 che più comunemente vengono impiegati nella ricerca archeologica, il metodo geoelettrico sarà trattato in modo più particolareggiato nel capitolo successivo. Nel Cap. 2 si analizzano i presupposti fisici del metodo geoelettrico e la sua applicazione con particolare riferimento all approccio bidimensionale. Nel Cap. 3 viene descritta in dettaglio la catena strumentale necessaria per l esecuzione di una prospezione geoelettrica: lo strumento, gli elettrodi, i cavi e i software occorrenti per l analisi dati e interpretazione. Infine nel Cap. 4 si descrivono le caratteristiche geologiche dei terreni presenti nell'area di studio. All'interno dello stesso capitolo (par.4.2), viene esaminata, dal punto di vista storico-archeologico, l' Aerea Archeologica Etrusco- Sannita di Fratte, al fine di delimitare con precisione l'area di lavoro; successivamente vengono esposte le operazioni di campagna (par.4.3), l'analisi dati (par.4.4) e l' interpretazione (4.5). La tesi si conclude con una analisi di dettaglio sulle correlazioni tra le anomalie di resistività individuate, e le presumibili tipologie di strutture presenti supportate anche dalle informazioni di carattere storico-archeologico dell area oggetto di studio.

3 3 Capitolo 1 Metodi geofisici per l'archeologia Introduzione I metodi geofisici più frequentemente utilizzati nella ricerca archeologica sono il metodo geoelettrico, magnetico, elettromagnetico, che si basano rispettivamente sulla misura di anomalie di resistività, suscettività magnetica e conducibilità del sottosuolo. Altri metodi meno utilizzati sono il gravimetrico e sismico che si basano rispettivamente sulla misura delle anomalie di densità e caratteristiche elastiche. La pianificazione di un indagine geofisica va fatta, in accordo con l archeologo, ipotizzando tipo, dimensioni e profondità dei reperti nel sottosuolo. Tutto ciò, compatibilmente con la logistica dell area di indagine, permetterà di programmare: i metodi geofisici adeguati alla soluzione del problema la distanza tra i profili la lunghezza dei profili L obbiettivo della ricerca, che può riguardare manufatti, strade sepolte, pozzi,ecc., è il primo dato da cui dipende la scelta della metodologia più idonea per lo studio di una particolare area. Infatti, non sempre in uno stesso sito è possibile applicare gli stessi tipi di prospezione. Per esempio, nella zona archeologica oggetto di studio è risultato abbastanza complicato l applicazione metodo magnetico a causa del notevole noise ambientale dovuto alle diverse costruzioni metalliche presenti nell area. La campagna geofisica deve comunque partire da una preliminare e dettagliata indagine geologica, per definire la tipologia di terreno al di sotto del quale si deve indagare. Infine, anche la scelta del tipo di metodologia geofisica da adottare è fortemente condizionata dalla profondità alla quale ci si aspetta di trovare reperti; questi, in aree archeologiche solitamente si trovano a profondità intorno ai 4-5 metri dal

4 4 piano campagna; indagini a profondità più elevate richiedono la pianificazione della campagna geofisica con approcci metodologici adeguati. In talune branchie della geofisica, per una corretta interpretazione dei profili, è necessario invertire i dati sperimentali, in modo da avere informazioni sulla realtà fisica. In tutti i campi della prospezione geofisica, infatti, bisogna distinguere il problema diretto dal problema inverso. Per problema diretto si intende il processo che consente di prevedere il risultato di una misura sulla base di alcuni principi o modelli generali. Ad ogni struttura è calcolabile un solo andamento dell anomalia che la struttura in esame ha prodotta. Il problema inverso consiste, invece, nel determinare, attraverso lo studio e l andamento delle anomalie misurate, la struttura che ha determinato tale anomalia. In questo caso, ad un particolare andamento di tale anomalia, possono essere associate diverse tipologie di strutture: vari modelli di sottosuolo possono produrre lo stesso tipo di anomalia. E solo attraverso l ausilio di altre informazioni di carattere geofisico, geologico e storico-geologico che si può giungere ad una ricostruzione univoca del sottosuolo investigato. I metodi geofisici possono essere suddivisi in 2 categorie principali: metodi attivi e metodi passivi. I primi sono quelli che, per rilevare il dato in superficie, necessitano che al terreno venga fornita energia; i secondi invece rilevano anomalie grazie a risposte che il terreno fornisce naturalmente. La geoelettrica, ad esempio, può essere un metodo sia attivo che passivo. Nel primo caso, immettendo corrente nel terreno attraverso una coppia di elettrodi, si potrà rilevare una differenza di potenziale, dipendente dalla resistività del mezzo interessato dal percorso della corrente. Oppure è possibile rilevare la corrente generata spontaneamente da sottosuolo (Potenziali Spontanei). Nella ricerca geofisica è indispensabile eseguire più misure per ogni presunta zona dove è probabile l esistenza dell anomalia; meglio ancora se sono utilizzate diverse metodologie geofisiche. Il dato isolato, non è da considerare attendibile. Ma, scoprendo anomalie in punti imprevisti, è possibile pianificare il prosieguo della campagna, intensificando le misure nelle parti più interessanti.

5 Elettromagnetico (GPR, EM) Metodo G.P.R. Uno dei più recenti metodi di esplorazione geofisica, che ha ricevuto un ampio consenso tra gli archeologi, è il Ground Penetrating Radar (GPR). Questo metodo può definire, in maniera veloce ed accurata, i lineamenti di corpi sepolti di interesse archeologico e stratigrafie anche di tipo tridimensionali. La proprietà fisica che influenza le onde elettromagnetiche che attraversano un mezzo è la permettività dielettrica relativa (RDP) del mezzo stesso. La RDP di un materiale è definita come la capacità del materiale di immagazzinare, e poi restituire energia elettromagnetica quando è applicato ad esso un campo elettromagnetico. Nella tabella 1 sono indicati i valori caratteristici di RDP relativi ai più comuni materiali. TABELLA 1 - Antenna usata: 100 MHz (Davis and Annan 1989, Geophysical Survey System Inc. 1987) MATERIALE RDP MATERIALE RDP Aria 1 Superficie del terreno 12 Acqua dolce 80 Limo asciutto 3 30 Ghiaccio 3 4 Limo saturo Acqua di mare Argilla 5 40 Sabbia asciutta 3 5 Suolo perennemente gelato 4 5 Sabbia satura Terreno sabbioso 10 Cenere vulcanica 4 7 Terreno di foresta 12 Calcare 4 8 Terreno agricolo 15 Minerale schistoso 5 15 Cemento 6 Granite 5 15 Asfalto 3 5 Carbone 4-5

6 6 Le variazioni dielettriche dei mezzi attraversati dalle onde elettromagnetiche, danno, infatti, la possibilità di discriminare le litologie attraversate in quanto è possibile misurare una differenza di tempi di arrivo (e quindi una differenza di velocità di propagazione) dell impulso elettromagnetico inviato al terreno. L impulso inviato viene riflesso dalle discontinuità presenti nel sottosuolo, per cui l analisi dei tempi di arrivo consente di definire la forma, le dimensioni e la profondità alla quale si trova la discontinuità. Lo strumento può essere costituito da una o due antenne; nel caso di antenna monostatica si utilizza una sola antenna che funge sia da trasmettitore che da ricevitore dell impulso elettromagnetico inviato nel terreno, nel caso, invece, si lavori in modalità bistatica, si utilizzano due antenne in cui una è utilizzata come trasmettitore e l altra funge da ricevitore. Il Georadar, in condizioni ottimali può avere un elevata risoluzione, esso è un metodo non distruttivo e non invasivo, inoltre molto veloce nell acquisire i dati. Allo stesso tempo però, poiché le sue onde vengono notevolmente assorbite, è un metodo adatto per indagini a piccola profondità, non idoneo quindi, per rilievi a profondità maggiori di 40 m. Il successo dei rilievi GPR in archeologia dipende da molti fattori: tipo di terreno; composizione mineralogica dei sedimenti; contenuto di argilla; umidità del terreno; profondità degli oggetti sepolti; superficie topografica e vegetazione. La scelta dell antenna deve essere fatta in funzione della risoluzione e dell approfondimento richiesto; maggiore è la frequenza dell antenna, maggiore è la risoluzione, ma naturalmente minore sarà la profondità di investigazione. A titolo di esempio viene riportata qui di seguito in tab. 2 la risoluzione massima per alcune antenne, nell ipotesi una velocità di propagazione V = 10 cm/ns e attenuazione β = 140 db

7 7 Frequenza dell antenna (MHz) TABELLA 2 Profondità di investigazione (m) 35 ~ ~ ~ Risoluzione (m) La tecnica di acquisizione più utilizzata è in modalità continuo, dove l antenna monostatica viene trascinata lentamente a velocità possibilmente costante. In questo modo, con la sorgente e il ricevitore coincidenti, è possibile ridurre notevolmente i tempi di acquisizione Metodo Elettromagnetico Il metodo elettromagnetico EM nel dominio della frequenza (FDEM) utilizza la generazione da parte di una bobina trasmittente (Tx), di un campo elettromagnetico detto primario, che induce nel sottosuolo (o nel corpo investigato) una circolazione di corrente che a sua volta genererà un campo elettromagnetico detto secondario, la cui intensità è proporzionale alla conduttività elettrica del mezzo attraversato. La conduttività elettrica (l inverso della resistività) dei suoli e delle rocce dipende da vari fattori quali il grado di saturazione, la salinità dell acqua dei pori, la composizione mineralogica. Il metodo elettromagnetico consiste nel riconoscere, attraverso le modificazioni subite dal campo EM emesso, le zone anomale conduttive delle rocce. Tale tecnica si contraddistingue per la rapidità di esecuzione delle misure, pressoché continue arealmente, evitando qualsiasi alterazione dei luoghi e mantenendone la fruibilità. Si utilizza uno strumento detto elettromagnetometro con il quale è possibile eseguire un'esplorazione veloce e nello stesso tempo dettagliata di vaste aree di territorio.