Grondradar
Grondradaronderzoek is een veel gebruikte geofysische techniek in Nederland. Binnen de AMZ-cyclus wordt deze techniek vooral in de karterende fase van een inventariserend veldonderzoek ingezet. Met een grondradar kunnen op landbodems ondergrondse archeologische sporen tot een diepte van circa 4 m in kaart worden gebracht.
Wat?
Hoe werkt het?
Bij een grondradaronderzoek wordt een antenne – ookwel de georadar of Ground-Penetrating Radar (GPR) genoemd – gebruikt omelektromagnetische golven de bodem in te sturen. Wanneer deze golven op grensvlakken (reflectoren) stuiten, zoals de overgang tussen verschillende grondlagen of tussen een grondlaag en een object, wordt een deel van de golven teruggekaatst. Het restant van de golven gaat verder de bodem in en weerkaatst op andere grensvlakken. Door de tijd te meten tussen het uitzenden en ontvangen van de golven kan de diepte van iedere reflectie worden berekend. Dit proces maakt het mogelijk om ondergrondse structuren te detecteren op basis van verschillen in materiaaleigenschappen.
Door de antenne langs meetraaien te verplaatsen kunnen verticale doorsneden van de ondergrond (grondradarprofielen) worden verkregen. Door systematisch dergelijke profielen te meten en deze vervolgens digitaal te combineren kan een driedimensionaal beeld van de bodem worden gegenereerd waarin horizontale vlakken op verschillende dieptes (zogenaamde timeslices) kunnen worden bekeken (zie afbeelding 1).
Verdieping X
Bij een grondradaronderzoek is de meetfrequentie (variërend tussen 50 tot 1000 MHz) van de antenne van groot belang. Deze frequentie bepaalt namelijk zowel de maximale meetdiepte als de resolutie. Een lage frequentie heeft een hoge meetdiepte en een lage resolutie, terwijl een hoge frequentie een beperkte meetdiepte heeft en een hoge resolutie. Welke antenne (of combinatie van antennes) het beste resultaat oplevert, is afhankelijk van de onderzoeksvraag en van de grootte en diepteligging van de archeologische resten.
Naast de frequentie is het dieptebereik ook afhankelijk van het aantal reflectoren (bijvoorbeeld kabels, leidingen of puinlagen) in de (directe) ondergrond. Iedere reflector stuurt namelijk een deel van de uitgezonden golven terug. Hierdoor wordt het uitgezonden signaal steeds verder afgezwakt. Ook bepaalde grondsoorten en grondwater zorgen voor sterke afzwakking van het signaal (zie hieronder).
Tijdens een grondradaronderzoek worden metingen normaliter verkregen in een systematisch, kruislings meetraster. Hierbij kan de afstand tussen de meetlijnen (de zogenaamde crossline afstand) en de afstand tussen de metingen op elke lijn (de zogenaamde inline afstand) worden gevarieerd afhankelijk van de grootte van de te verwachten archeologische sporen of objecten. Voor grote onderzoeksgebieden wordt meestal een kruiselings meetraster gebruikt waarbij de meetlijnen op een afstand van 1 m van elkaar liggen. Binnen een lijn wordt vervolgens elke 5 cm een meting genomen.
Wat heb je nodig?
Voor een grondradaronderzoek is specifieke apparatuur nodig, bestaande uit een antenne (waarin zowel de transmitter als ontvanger zitten), een datalogger en een control unit (afbeelding 2).
Een datalogger is een apparaat dat alle meetgegevens opslaat die door de antenne worden verzameld. Tijdens een grondradaronderzoek worden de elektromagnetische golven die door de antenne worden uitgezonden en gereflecteerd door verschillende bodemlagen vastgelegd als digitale data. De datalogger registreert deze gegevens continu en slaat ze op voor latere verwerking en analyse.
De control unit is de interface waarmee de gebruiker het grondradarsysteem bedient. Met deze unit kan de gebruikers de meetinstellingen veranderen. In sommige moderne systemen kan de control unit ook met een live feed de opgeslagen gegevens in de datalogger weergeven.
De metingen van een grondradaronderzoek bestaan uit grondradarprofielen. Er zijn verschillende geofysische softwarepakketten, zoals EKKO_Project, Geoplot, Surfer of Terrasurveyor, waarmee deze data kan worden bewerkt tot time slices en een rasterbeeld.
Kan worden gebruikt met..
De meest gebruikte platforms bestaan uit een (hand)kar met wielen of een slee waarmee de antenne wordt voortbewogen. Het gebruik van een slee heeft als voordeel dat deze vaak beter grondcontact houdt op oneven terreinen (zie ook hieronder).
De kar of slee kan zowel met de hand als met een voertuig, bijvoorbeeld een quad, worden voortgesleept (afbeelding 3, hierboven). Bij een onderzoek kan de antenne met een snelheid van ca. 3 tot 20 km per uur over het terrein worden voortbewogen. Tegenwoordig worden de metingen vaak vastgelegd met een GPS, of in een lokaal meetsysteem. Dit laatste gebeurt bijvoorbeeld als in een gebouw metingen worden verricht (afbeelding 4, hierbeneden).
Verdieping X
Tegenwoordig zijn ook grondradarsystemen beschikbaar die gelijktijdig met meerdere antennes (en meerdere frequenties) meten. Hierdoor is het mogelijk om in een keer zowel ondiepe als diepere resten gedetailleerd in kaart te brengen.
Archeologische Toepassingen
Plaats in het archeologisch proces
Grondradaronderzoek kan, net als de meeste andere geofysische methoden, worden toegepast in de verkennende en karterende fasen van een archeologische inventarisatie. De verzamelde data levert een overzicht van zones met afwijkingen op, voorzien van een beschrijving en een interpretatie. Deze kunnen gebruikt worden voor het beter begrijpen van de ondergrondse archeologische sporen, en eventueel nieuw prospectieonderzoek, of gravend onderzoek, informeren.
Meer weten?Verdieping X
Een groot voordeel van grondradaronderzoek is de mogelijkheid om op verschillende ondergronden te meten, ook als deze verhard zijn en/of zich in een gebouw bevinden. Daarom kan GPR soms uitkomst bieden bij onderzoek in stedelijke omgeving, waar andere geofysisch technieken niet werken door de aanwezigheid van oppervlakteverharding (beton, asfalt) of door de verstoringen die bovengrondse metalen objecten veroorzaken. In principe kan zelfs op open water, veen en sneeuw grondradaronderzoek worden toegepast, maar dit kent wel beperkingen.
Door bovenstaande en de relatieve snelheid van grondradaronderzoek kan deze techniek goed worden ingezet om een eerste indicatie te krijgen van afwijkingen (en archeologie) in het onderzoeksgebied. Vervolgens kunnen specifieke zones met mogelijke archeologische resten gericht worden onderzocht met andere prospectiemethoden en –technieken, zoals booronderzoek, proefputtenonderzoek, of proefsleuvenonderzoek
Bij grote gebieden wordt aanbevolen om eerst een proefmeting te doen om de bruikbaarheid van GPR te onderzoeken. Daarnaast is het altijd belangrijk dat de resultaten van grondradaronderzoek in het veld worden aangevuld en getoetst door middel van (prikstok-)boringen of proefputten. (Aanvullende) boringen zijn nodig om de dieptebepaling van de GPR te kalibreren.
Welke typen archeologische materialen/landschappen
Grondradaronderzoek is inzetbaar in alle omstandigheden waarin het aannemelijk is dat er een verschil is tussen de objecten of sporen en de (natuurlijke) bodem waarin ze zijn ingebed. Of de verschillen kunnen worden waargenomen is sterk afhankelijk van de lokale omstandigheden en het weerkaatsend vermogen van de objecten zelf.
Meer weten?Verdieping X
Grondradaronderzoek levert in ideale omstandigheden zeer scherpe beelden op, van een hogere resolutie dan andere geofysische technieken. GPR is geschikt voor het opsporen van natuur- en bakstenen muren, funderingen en uitbraaksleuven, holle ruimtes (bijvoorbeeld kelders) en geologische lagen en stratigrafie. Kuilen, greppels, en grachten kunnen worden gedetecteerd als er een fysisch contrast is tussen de sporen en de omliggende ondergrond. GPR wordt in een forensisch archeologische setting ook gebruikt voor het opsporen van losse graven. Over het algemeen zijn echter lijn- of laagvormige objecten in de metingen gemakkelijker te herkennen dan willekeurig verspreide grondsporen.
Beperkingen/onzekerheden
Voor grondradaronderzoek zijn er drie beperkingen te onderscheiden: grondcontact, afzwakking van het signaal door grondsoort, en vocht en dieptebepaling.
Een beperking van grondradaronderzoek is dat tijdens het meten de antenne van de grondradar in contact moet blijven met de bodem. Daarom zijn terreinen met obstakels, zoals drempels, stobben, of struiken, minder geschikt om te onderzoeken met de grondradar. Ook kunnen sterke bovengrondse reflectoren, zoals grote voertuigen, metalen hekken of muren, in of in de directe omgeving van het onderzoeksgebied voor storingen in de metingen zorgen. Deze verstoringen zijn echter over het algemeen wel duidelijk herkenbaar in de meetgegevens.
Daarnaast is GPR minder geschikt voor gebieden met veel klei in de ondergrond en/of met een hoge grondwaterstand. Dit is gerelateerd aan het feit dat het dieptebereik van GPR in grote mate beïnvloed wordt door de attenuatie of afzwakking van de golven in de bodem. In de praktijk wordt dit sterk negatief beïnvloed door het klei- en vochtgehalte in de bodem. Klei zorgt voor een snellere attenuatie van de golven dan bijvoorbeeld droog zand, met een beperkt dieptebereik tot gevolg. Grondwater daarentegen is een sterke reflector waardoor meestal niet onder het grondwaterniveau kan worden gemeten. Ook reflectoren in het bovenste deel van de ondergrond, zoals puinlagen en veel kabels en leidingen zorgen voor een beperkt dieptebereik.
Ten slotte is het bepalen van de precieze diepte van een weerkaatsing complex en afhankelijk van verschillende bodemeigenschappen. Het is dus van belang dat de manier waarop de diepte van weerkaatsingen is bepaald duidelijk verwoord staat in de onderzoeksrapportage.
Casestudies
Ben je nieuwsgierig naar hoe Ground Penetrating Radar (GPR) al met succes is ingezet voor archeologisch veldonderzoek? Klik dan op de tegels hieronder om naar de casestudies te gaan waarin deze innovatieve sensortechniek wordt toegepast!
Referenties/verder lezen
Conyers, L. B. (2004). Ground Penetrating Radar for Archaeology. Walnut Creek, CA: AltaMira Press.
Conyers, L. B. (2012). Interpreting Ground-Penetrating Radar for Archaeology: An Introduction for Archaeologists. Walnut Creek, CA: Left Coast Press.
Gaffney, C., & Gater, J. (2003). Revealing the Buried Past: Geophysics for Archaeologists. Stroud, VK: Tempus Publishing.
Vroege Vogels. (2018, 2 februari). Grondradar voor onder het oppervlak. BNNVARA. Geraadpleegd op https://www.bnnvara.nl/vroegevogels/artikelen/grondradar
Jelsma, J., & Verschoof-van der Vaart, W. B. (Red.). (2021). Meten of Vergeten: Een inhoudelijke evaluatie van de toepassing van geofysisch onderzoek tijdens archeologische prospectie van landbodems (Rapportage Archeologische Monumentenzorg 266). Amersfoort, Nederland: Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed.
Schmidt, A., Linford, P., Linford, N., David, A., Gaffney, C., Sarris, A., & Fassbinder, J. (2016). EAC Guidelines for the Use of Geophysics in Archaeology: Questions to Ask and Points to Consider (EAC Guidelines 2). Geraadpleegd op https://europae-archaeologiae-consilium.org/eac-guidlines