Φυσική και Αρχαιολογία
Αρχαιολογικές επισκοπήσεις με ηλεκτρικές, μαγνητικές μεθόδους και με ραντάρ.

Από σελίδα του PhysicsWeb Μαϊος 2001

Αρχαιολογικες επισκοπήσεις

Διάφορες μέθοδοι βασισμένες στη φυσική, παίζουν επίσης σημαντικό ρόλο με τη βοήθεια που προσφέρουν στους αρχαιολόγους για ν' ανακαλύψουν νέα αρχαιολογικές τοποθεσίες, και να τους βοηθήσουν επίσης στην ερμηνεία και κατανόηση τοποθεσιών που δεν έχουν γίνει ακόμη πλήρως κατανοηθεί αρχαιολογικά. Ο Tony Clark, ένας πρωτοπόρος της γεωφυσικής στην αρχαιολογία, περιγράφει το θέμα αυτό ως την ικανότητα "να βλέπουμε κάτω από το έδαφος", που ασφαλώς αποτελεί μια διακαή επιθυμία των αρχαιολόγων.

Υπάρχουν βέβαια διάφοροι τρόποι με τους οποίους οι αρχαιολογικές τοποθεσίες μπορούν να εκδηλώσουν την παρουσία τους στην επιφάνεια της γης. Τα διασκορπισμένα τεχνουργήματα, η εκσκαφή της γης και η μεταβολή του βάθους χρώματος των καλλιεργουμένων φυτών σ' ένα χωράφι μπορεί να υποδηλώνει περιοχές αρχαιολογικού ενδιαφέροντος. Αυτές οι περιοχές μπορούν ν' απεικονιστούν από τον αέρα. Παρ' όλα αυτά αποτελεί πολύ μεγαλύτερη πρόκληση το να εισχωρήσουμε κάτω από την επιφάνεια χωρίς να καταφύγουμε σε δαπανηρές και καταστροφικές εκσκαφές.

Μερικοί από τους πρώτους αρχαιολόγους που εργάστηκαν σε πεδίο γνώριζαν ότι οι φυσικές ιδιότητες του εδάφους θα μπορούσαν να αποκαλύψουν τι βρίσκεται κάτω από αυτό. Χτυπώντας το έδαφος μ' ένα λοστό και ακούγοντας τις μεταβολές της αντήχησης ήσαν σε θέση ν' ανιχνεύσουν πολύ αποτελεσματικά, μια διάταξη θαμμένων τάφρων κάτω από ασβεστολιθικούς λόφους. Η μέθοδος αυτή ήταν ο πρόγονος της σεισμικής επισκόπησης, η οποία κατά ειρωνεία της τύχης δεν έχει χρησιμοποιηθεί αρκετά στην αρχαιολογική έρευνα.

Οι γεωφυσικές μέθοδοι που χρησιμοποιούνται σήμερα σε αρχαιολογικές προοπτικές είναι αυτές που έχουν προσαρμοστεί σε μικρότερη κλίμακα από τις αντίστοιχες μεθόδους που εφαρμόζονται για γεωλογικές απεικονίσεις, εξερεύνηση ορυκτών κοιτασμάτων, για την πολεοδόμηση περιοχών και για την περιβαλλοντική γεωφυσική. Οι μέθοδοι αυτές ταξινομούνται είτε ως ενεργητικές είτε ως παθητικές. Οι ενεργητικές μέθοδοι στέλνουν ποσά ενέργειας προς το έδαφος, σαν το λοστό και μετρούν την απόκριση στην επιφάνεια. Περιλαμβάνουν την σεισμική επισκόπηση, ηλεκτρομαγνητικές τεχνικές και μετρήσεις της ωμικής αντίστασης του εδάφους. Οι παθητικές μέθοδοι, όπως η μαγνητομετρία και η μελέτη της επιτάχυνσης της βαρύτητας, μετρούν απλά τις υπάρχουσες φυσικές ιδιότητες.

Πάνε πάνω από 50 χρόνια αφότου χρησιμοποιήθηκε η πρώτη γεωφυσική τεχνική για να εντοπίσει αρχαιολογικά χαρακτηριστικά. Αυτή ήταν η μέτρηση της αντίστασης του εδάφους η οποία χρησιμοποιήθηκε συμπληρωματικά με την εναέρια φωτογράφηση. Και οι δύο αυτές τεχνικές στηρίζονται στις αλλαγές της ποσότητας νερού που περιέχεται στο υπέδαφος, και οι οποίες εκδηλώνονται ως μεταβολές στην βλάστηση επί του εδάφους και στην ικανότητα του εδάφους να άγει μικρά ηλεκτρικά ρεύματα. Η παρουσία αρχαιολογικών όγκων στο υπέδαφος κοντά στην επιφάνεια, όπως πχ ένα αδιαπέραστο πέτρινο τείχος ή ένα χαντάκι που διατηρεί υγρασία θα μεταβάλλει τις ιδιότητες των γειτονικών εδαφών. Για παράδειγμα, η βάση του πέτρινου τείχους θα οδηγήσει σε ελαττωμένη υγρασία η οποία μπορεί να εμφανιστεί ως μια άνυδρη περιοχή ορατή από τον αέρα το καλοκαίρι. Κάτω από κατάλληλες συνθήκες, μπορεί επίσης να εμφανιστεί ως μια ανωμαλία υψηλής ωμικής αντίστασης.

Οι μετρήσεις της αντίστασης εδάφους εκτελούνται γενικά με την εμφύτευση μιας σειράς ηλεκτροδίων στο έδαφος και διαβιβάζοντας ένα ασθενές ρεύμα. Το ρεύμα αυτό δεν διέρχεται μέσα από τα ίδια τα αρχαιολογικά υπολείμματα εκτός αν είναι πορώδη αλλά διέρχεται από τα ιόντα του υπεδάφους που είναι διαλυμένα σε νερό το οποίο συγκρατείται στο έδαφος.

Δύο πρακτικοί περιορισμοί περιπλέκουν τις μετρήσεις στο πεδίο. Ο πρώτος είναι η υψηλή αντίσταση επαφής μεταξύ των ηλεκτροδίων και της επιφάνειας του εδάφους. Αυτό απαιτεί, το ρεύμα να διαβιβαστεί μεταξύ του ενός ζεύγους των ηλεκτροδίων και η βαθμίδα του δυναμικού που θα προκύψει στο έδαφος να καταγραφεί με ένα δεύτερο ζεύγος ηλεκτροδίων.

Ο δεύτερος περιορισμός οφείλεται στο ότι τα ιόντα τα διαλυμένα στο νερό του εδάφους είναι πολύ ευκίνητα. Το ρεύμα μέτρησης πολώνει τα ιόντα, δηλαδή θετικά ιόντα συγκεντρώνονται γύρω από το αρνητικό ηλεκτρόδιο, ενώ τα αρνητικά ιόντα συγκεντρώνονται γύρω από το θετικό ηλεκτρόδιο. Καθώς η πόλωση αυτή αυξάνει, η μετρούμενη διαφορά δυναμικού ελαττώνεται με τον χρόνο, και ως εκ τούτου επηρεάζεται η αξιοπιστία της μέτρησης και καθίσταται αδύνατη η επανάληψη των αποτελεσμάτων.

Το πρόβλημα αυτό συνήθως υπερνικάται με την εφαρμογή ενός εναλλασσόμενου ρεύματος χαμηλής συχνότητας που ρυθμίζεται ώστε να μην επηρεάζεται από παρασιτικά ηλεκτρικά ρεύματα, όπως αυτά που συσχετίζονται με την πηγή του ρεύματος.
Οι πρώτες συστηματικές μετρήσεις της αντίστασης εδάφους έγιναν το 1904 χρησιμοποιώντας μια χειροκίνητη γεννήτρια. Από τότε ο εξοπλισμός έχει εξελιχθεί πολύ και περιλαμβάνει ηλεκτρονικά φορητά ωμόμετρα.
Τα σύγχρονα όργανα μέτρησης της αντίστασης του εδάφους αξιοποιούν τα πλεονεκτήματα των μικροεπεξεργαστών και μπορούν να αποθηκεύουν πολλές χιλιάδες μετρήσεων που γίνονται σε μια έρευνα πεδίου. Πιο πρόσφατα, μια απεικονιστική τεχνική από το χώρο της ιατρικής που είναι γνωστή ως εφαρμοσμένη τομογραφία δυναμικών χρησιμοποιείται για να μας δώσει τρισδιάστατες εικόνες της επιφάνειας του εδάφους συνδυάζοντας μετρήσεις από ένα εκτεταμένο δίκτυο ηλεκτροδίων.
Όταν ένα ρεύμα διαβιβάζεται σ' ένα ομογενές μέσον, ακολουθεί προσεγγιστικά μια ημισφαιρική διαδρομή μέσα από το έδαφος. Αυξάνοντας την απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων στην επιφάνεια, η αντίσταση που μετρείται θα επηρεάζεται από τις διαδρομές του ρεύματος που ρέει και βαθύτερα μέσα στο έδαφος. Οι μετρήσεις αυτές δείχνουν τη μεταβολή της αντίστασης του εδάφους ως συνάρτηση του βάθους. Αριθμητικοί αλγόριθμοι χρησιμοποιούνται κατόπιν για να συνδυάσουν τις λαμβανόμενες μετρήσεις από κάθε ηλεκτρόδιο και να παράγουν μια απεικόνιση της υποκείμενης αντίστασης του εδάφους.

Επειδή σχετίζονται με την υγρασία, οι μετρήσεις της αντίστασης εδάφους δείχνουν μια ευδιάκριτη εποχικότητα. Γενικά τα καλύτερα αποτελέσματα επιτυγχάνονται τους μήνες της άνοιξης και του φθινόπωρου και μεταξύ των ξηρών περιόδων του καλοκαιριού. Ένας άλλος περιορισμός είναι ο χρόνος που χρειάζεται για να εμφυτευθούν τα ηλεκτρόδια μέτρησης σε περιοχές μεγάλης έκτασης. Συχνά τα ηλεκτρόδια πρέπει να απέχουν μισό μέτρο το ένα από το άλλο προκειμένου ν' απεικονιστούν αρχαιολογικές ανωμαλίες.

Αρκετά συστήματα αναπτύχθηκαν προκειμένου ν' αυξηθεί η ταχύτητα λήψης των μετρήσεων της αντίστασης. Σ' αυτά περιλαμβάνονται διατάξεις τροχών με μεταλλικές ακτίνες οι οποίες παίζουν ρόλο ηλεκτροδίων καθώς οι τροχοί κυλάνε πάνω στο έδαφος. Παρ' όλα αυτά όμως παραμένει δύσκολο για τις μετρήσεις της αντίστασης του εδάφους να φτάσουν την ταχύτητα και την ευρύτητα κάλυψης που προσφέρουν οι μαγνητικές επισκοπήσεις.

Γεωφυσική με μαγνητισμό

Η μαγνητική επισκόπηση είναι μια παθητική τεχνική που μπορεί να μετρήσει λεπτές μεταβολές στο μέγεθος δηλαδή στη βαθμίδα του γηινου μαγνητικού πεδίου. Πράγματι μπορεί συχνά ν' ανιχνεύσει μαγνητικές ανωμαλίες 50.000 φορές ασθενέστερες από τη μέση τιμή της έντασης του ίδιου του μαγνητικού πεδίου. Οι μαγνητικές επισκοπήσεις χρησιμοποιήθηκαν αρχικά για ν' αποκαλύψουν αρχαιολογικές κατασκευές που είχαν καεί όπως πχ Ρωμαϊκούς φούρνους ψησίματος αγγείων. Σύντομα όμως η τεχνική αυτή έδειξε την ευαισθησία της και σε άλλα χαρακτηριστικά όπως τάφρους, λάκκους απορριμμάτων, ακόμα και τρύπες στις οποίες είχαν φυτευτεί ξύλινα δοκάρια.

Οι ανωμαλίες προέρχονται από τις μεταβολές στην μαγνητική επιδεκτικότητα των θαμμένων αντικειμένων, οι οποίες συμβαίνουν όταν υλικά πλούσια σε σίδηρο σχηματίζουν πιο ισχυρές σιδηριμαγνητικές δομές όπως ο μαγνητίτης και ο αιματίτης. Αυτή η μαγνητική ενίσχυση σχετίζεται συχνά με το ψήσιμο του υλικού, αν και πιο εκλεπτυσμένες ανόργανες μεταβολές ή οφειλόμενες σε βακτήρια μπορούν να συμβούν κάτω από κατάλληλες συνθήκες του εδάφους. Τέτοιες συνθήκες συμβαίνουν φυσιολογικά στα περισσότερα επιφανειακά εδάφη που περιέχουν αρχαιολογικού ενδιαφέροντος υλικά, και δίνουν αδιάψευστες μαγνητικές διαταράξεις.

Οι πρώτες μαγνητικές επισκοπήσεις έγιναν το 1940 και χρησιμοποιήθηκαν μαγνητόμετρα μικρής σχετικά ευαισθησίας. Σήμερα η πλειονότητα των μετρήσεων εκτελείται με μετρητές στερεάς κατάστασης, βαθμίδας μαγνητικού πεδίου, οι οποίοι μετρούν τη βαθμίδα του πεδίου μεταξύ δύο πυλών μαγνητικής ροής οι οποίες απέχουν κατά 0,5m και βρίσκονται πάνω σε μια σταθερή κατακόρυφη ράβδο. Κάθε πύλη-μετρητής ροής αποτελείται από δύο ταινίες μαγνητικά μαλακού κράματος που περιβάλλονται από ένα σωληνοειδές. ( Μαγνητικά μαλακό υλικό είναι εκείνο στο οποίο η κατεύθυνση της μαγνήτισης αλλάζει εύκολα όταν εφαρμόζεται ένα εξωτερικό πεδίο.) Τα δύο πηνία είναι περιτυλιγμένα με αντίθετες περιελίξεις και τροφοδοτούνται με υψίσυχνο ημιτονοειδές σήμα. Έτσι οι δύο ταινίες οδηγούνται σε αλλεπάλληλους κύκλους θετικού και αρνητικού μαγνητικού κορεσμού κατά τη μαγνήτισή τους από τα πηνία.

Όταν λοιπόν δεν υπάρχει καθόλου εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, το θετικό μαγνητικό πεδίο της πρώτης τανίας αναιρείται πλήρως από το αρνητικό πεδίο της δεύτερης λόγω των αντίθετων περιελίξεων των πηνίων που τις μαγνητίζουν. Όταν όμως υπάρχει και εξωτερικό μαγνητικό πεδίο οι κύκλοι μαγνητικού κορεσμού των δύο ταινιών δεν συμπίπτουν πλέον χρονικά. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό ενός διακροτήματος που εξαρτάται από το μέγεθος του εξωτερικού πεδίου. Αυτό το ασθενικό σήμα ανιχνεύεται και μετρείται από ένα τρίτο πηνίο που είναι περιτυλιγμένο γύρω από τον αισθαντήρα.
Αυτοί οι φορητοί ανιχνευτές μπορούν να καταγράφουν δεδομένα συνεχώς και επιτρέπουν την κάλυψη πολλών εκταρίων εδάφους ημερησίως με πολλές μετρήσεις ανά μονάδα επιφανείας. Ένα άλλο πλεονέκτημα των μετρητών βαθμίδας οι οποίοι στηρίζονται σε πύλες μαγνητικής ροής είναι ότι δεν επηρεάζονται από μεταβολές στο χρόνο του γήινου μαγνητικού πεδίου ή από ηλιακές ηλεκτρομαγνητικές καταιγίδες. Αυτό συμβαίνει διότι οι δύο πύλες επηρεάζονται το ίδιο από τις μαγνητικές διαταραχές κι έτσι ανιχνεύονται μόνο πιο σημαντικές τοπικές μεταβολές στην ένταση του πεδίου.

Σε αντίθεση με τις μετρήσεις της ωμικής αντίστασης του εδάφους, οι μαγνητικές επισκοπήσεις δεν εξαρτώνται από εποχικές μεταβολές. Όμως η επιτυχία της τεχνικής σχετίζεται συχνά με την γεωλογία της υπό εξέταση περιοχής. Ευνοϊκές θεωρούνται οι συνθήκες όπου υπάρχου πλούσια σε σίδηρο ορυκτά τα οποία εγγυώνται την δημιουργία θυλάκων με μαγνητική έξαρση. Παρόλα αυτά μερικές περιοχές περιέχουν ισχυρά μαγνητικά πετρώματα που περιπλέκουν την ερμηνεία των αρχαιολογικών δεδομένων.

2 Μια Ρωμαϊκή πόλη αποκαλύπτεται

Η αποτελεσματικότητα της μαγνητομετρικής επισκόπησης μπορεί να φανεί στην περίπτωση της έρευνας για τη Ρωμαϊκή πόλη Cornoviorum κοντά στο Shrewsbury της Μεγάλης Βρετανίας (εικόνα 2). Η έρευνα μιας έκτασης 73 εκταρίων τελείωσε το 1997. Κάπου 3 εκατομμύρια μαγνητικές μετρήσεις χρησιμοποιήθηκαν για να φτιαχτούν εικόνες οι οποίες βελτίωσαν ριζικά την γνώση μας για την τέταρτη σε μέγεθος Ρωμαϊκή πόλη στο Ηνωμένο Βασίλειο. Η πόλη είναι μεν αόρατη αφού βρίσκεται κάτω από βοσκοτόπια, αλλά η μαγνητική επισκόπηση έχει αποκαλύψει δρόμους, κτίρια, και βιομηχανικές περιοχές με αξιοσημείωτη καθαρότητα. Πράγματι αυτές οι εικόνες μαζί με τις πληροφορίες από τις αεροφωτογραφίες και τις εκσκαφές μας βοηθούν να αναπλάσουμε όλο το τοπίο της Ρωμαϊκής πόλης.

Τα γεωφυσικά δεδομένα έχουν σχηματίσει τη βάση μιας σειράς δεδομένων που μπορούν να συνδυαστούν σ' ένα "γεωγραφικό πληροφορικό σύστημα", ένα ισχυρό πρόγραμμα στον υπολογιστή που χειρίζεται τα γεωγραφικά δεδομένα για να μας δώσει ένα επίπεδο ερμηνείας και ανάλυσης που δεν έχει προηγούμενο. Μας έδωσε το πρόγραμμα αυτό τη δυνατότητα της ψηφιακής ανάπλασης της εμφάνισης μιας ολόκληρης πόλης.
Πιο πρόσφατα, αναπτύχθηκαν μαγνητόμετρα ιόντων αλκαλίων, 10100 φορές πιο ευαίσθητα από τους προαναφερθέντες ανιχνευτές πυλών μαγνητικής ροής που χρησιμοποιήθηκαν για τη Ρωμαϊκή πόλη. Αυτές οι νέες συσκευές επιτρέπουν στους αρχαιολόγους ν' ανιχνεύσουν ακόμη πιο μικρές μαγνητικές ανωμαλίες (της τάξης του 0,001 nT) από αρχαιολογικές διαμορφώσεις στο υπέδαφος οι οποίες μέχρι τώρα ήταν πιθανόν αόρατες.

3 Μαγνητικά ευρήματα

3
Η μαγνητομετρία υψηλής ευαισθησίας έχει χρησιμοποιηθεί με εκπληκτική επιτυχία για να επεξεργαστούμε περαιτέρω τα αποτελέσματα των μετρητών ροής στην περίπτωση ενός κύκλου από λίθους στο Stanton Drew κοντά στο Bristol στη Μεγάλη Βρετανία. Οι μαγνητικές μετρήσεις έχουν αποκαλύψει σημάδια για ένα πολύ μεγάλο ξύλινο ναό κατασκευασμένο από όρθια ξύλινα δοκάρια τοποθετημένα σε εννέα ομόκεντρους κύκλους (εικόνα 3). Παρά την μαγνητική συμβολή από τη σιδηρόσκονη στο έδαφος, το μαγνητόμετρο Καισίου αποκάλυψε μια σειρά από θετικές ανωμαλίες οι οποίες σχετίζονται με τις τρύπες του εδάφους που ανοίχτηκαν για να τοποθετηθούν τα ξύλινα δοκάρια. Πράγματι ανωμαλίες 100.000 φορές μικρότερες από την ένταση του γήϊνου πεδίου, έγινε δυνατόν ν' ανιχνευτούν. Είναι πιθανόν τέτοιες ανωμαλίες να οφείλονται εν μέρει στα μαγνητικά βιολογικά υλικά που δημιουργήθηκαν από βακτήρια που συγκεντρώθηκαν στα οργανικά υπολείμματα της ξυλείας, καθώς αυτή αποσυντέθηκε περίπου 4500 χρόνια πριν.

Ραντάρ που "βλέπουν" μέσα στο έδαφος

Ο τελικός σκοπός της γεωφυσικής είναι να μπορέσει να δώσει μια πλήρη τρισδιάστατη εικόνα των θαμμένων αρχαιολογικών χαρακτηριστικών, που προχωρεί πέρα από τα δισδιάστατα σχέδια που μας δίνουν οι παραδοσιακές μέθοδοι της μέτρησης ωμικής αντίστασης εδάφους και της μαγνητικής επισκόπησης. Αν και οι τεχνικές αυτές μπορούν να δώσουν κάποιες πληροφορίες σχετιζόμενες με το βάθος, ο χρόνος που χρειάζεται για τη συλλογή αυτών των δεδομένων μπορεί να είναι απαγορευτικός και περιορίζει την έκταση που μπορούμε να καλύψουμε. Πρόσφατα, ο συνδυασμός των ραντάρ που μπορούν να εισχωρούν και να βλέπουν κάτω από το έδαφος και των ισχυρών ηλεκτρονικών υπολογιστών που χρησιμοποιήθηκαν για να επεξεργαστούμε τα δεδομένα, έδωσαν ένα νέο εργαλείο στους αρχαιολόγους για ν' αντιμετωπίσουν αυτό το πρόβλημα.

4 Απεικονίζοντας ευρήματα με ραντάρ

Το ραντάρ που εισχωρεί στο έδαφος λειτουργεί με την εκπομπή ενός σύντομου ηλεκτρομαγνητικού παλμού από μια κεραία εδάφους και με την καταγραφή τόσο της στιγμής άφιξης όσο και του μεγέθους του σήματος που επιστρέφει αφού ανακλαστεί στις διηλεκτρικές αντιθέσεις του υπεδάφους. Ένα γράφημα δημιουργείται τότε που δείχνει το μέγεθος της ανάκλασης σε συνάρτηση με το χρόνο που έκανε ο παλμός για να ταξιδέψει από τον πομπό μέχρι το στόχο και ξανά πίσω στο δέκτη. (εικόνα 4). Αυτό το παλμικό σήμα καλύπτει μια ευρεία περιοχή συχνοτήτων, αλλά γενικά είναι συντονισμένο σε μια κεντρική συχνότητα μεταξύ των 100 και 1000 MHz, ανάλογα με την κεραία που χρησιμοποιείται για την έρευνα. Η ανάλυση της εικόνας και το βάθος που πετυχαίνει η διερεύνηση εξαρτώνται τόσο από τη κεντρική συχνότητα του παλμού όσο και από την ηλεκτρική επιτρεπτότητα του υπεδάφους. Αν και ένας υψίσυχνος παλμός μικρής διάρκειας, καλύπτει μικρότερη περιοχή, μπορεί εν τούτοις να διακρίνει μικρότερα αντικείμενα.

Πολύ γρήγορα ηλεκτρονικά κυκλώματα, επιτρέπουν την συλλογή δεδομένων ανά λίγα εκατοστόμετρα απόστασης σε παράλληλες διαδρομές επί του εδάφους και σε βάθος αρκετών μέτρων. Η ποσότητα των δεδομένων που συλλέγονται είναι συχνά δύσκολο να ερμηνευτούν διότι η δέσμη του ραντάρ απλώνεται σε σχήμα κώνου από τον πομπό. Αυτό σημαίνει ότι το βαμμένο αντικείμενο θα ανακλά μέρος της δέσμης πριν ακόμη η κεραία περάσει ακριβώς από πάνω του στο έδαφος. Έτσι τα πολύπλοκα ανακλώμενα σήματα που προκύπτουν μπορεί να έχουν μικρή μόνο σχέση με τις φυσικές διαστάσεις του υπόγειου στόχου.

Μόνο με τη χρήση ισχυρών προγραμμάτων υπολογιστών μπορούν τα δεδομένα ν' αρχίσουν ν' αποκτούν νόημα. Η τεχνική αυτή υποθέτει ότι κάθε ανακλώμενο ηλεκτρομαγνητικό κύμα προέρχεται από μια σημειακή πηγή μέσα στο έδαφος και ταξιδεύει προς την επιφάνεια ικανοποιώντας μια κυματική εξίσωση. Τα δεδομένα του ραντάρ μας επιτρέπουν να χτίσουμε μια τρισδιάστατη εικόνα των από τα μέτωπα του κύματος που καταφθάνουν στην επιφάνεια. Αν και η τεχνική αυτή απαιτεί μεγάλη υπολογιστική προσπάθεια, είναι δυνατόν κατ' αρχήν να "αντιστρέψουμε" την εξίσωση του κύματος και να οδηγηθούμε αντίστροφα, από τα μέτωπα κύματος πίσω σε μια σειρά από σημειακές πηγές που βρίσκονται στα σωστά βάθη. Η τεχνική αυτή μοιάζει με την αντίστροφη προβολή ενός φιλμ που δείχνει το φούσκωμα μιας σαπουνόφουσκας, ώστε να βρούμε την πηγή της σαπουνόφουσκας.

Όταν πια αναλυθούν τα δεδομένα, μπορούν να μας δώσουν δισδιάστατες φέτες που κάθε μια αντιπροσωπεύει μια χρονική στιγμή. Κάθε τέτοια φέτα προοδευτικά αναπαριστά ανακλάσεις από αντικείμενα σε όλο και μεγαλύτερο βάθος, και έτσι δημιουργείται ένα τρισδιάστατο μοντέλο του υπό εξέταση στόχου. Μπορούμε επίσης να ενισχύσουμε κάθε ενδιαφέρον χαρακτηριστικό του στόχου, συνδυάζοντας μια σειρά από τέτοιες χρονικές φέτες με κίνησή τους μέσω του υπολογιστή. Η διαδικασία αυτή πράγματι μπορεί ν' αποκαλύψει έναν απίστευτο πλούτο λεπτομερειών σε μια θαμμένη οντότητα.

Μελλοντικές προοπτικές

Τα τελευταία 10 χρόνια, η γεωφυσική επισκόπηση έχει κάνει μεγάλα βήματα. Αυτό οφείλεται, εν μέρει στη μεγαλύτερη αναγνώριση του γεγονότος ότι η γεωφυσική μπορεί να παράσχει πολύτιμες πληροφορίες για σπουδαία αρχαία υπολείμματα. Η βελτίωση στη μεθοδολογία θα συνεχίσει ν' αυξάνει τόσο την ταχύτητα πραγματοποίησης των μετρήσεων όσο και την επιφανειακή τους πυκνότητα. Καθώς βελτιώνεται η ευαισθησία των συσκευών βελτιώνεται και η διακριτική ικανότητα της επισκόπησης. Πολλές πρόσφατες εξελίξεις στον τομέα αυτόν οφείλονται στην ύπαρξη ισχυρών υπολογιστών για την αριθμητική αντιστροφή και την ανάλυση της πληθώρας των δεδομένων. Τέτοιες υπολογιστικές μέθοδοι θα παίζουν πάντα ένα ζωτικό ρόλο. Για παράδειγμα, αρκετή από τη δυνατότητα ερμηνείας των γεωφυσικών δεδομένων είναι στις μέρες μας θέμα της υποκειμενικής εμπειρίας ακόμα και διαίσθησης, κάτι το οποίο θα μπορούσε να βελτιωθεί με την υιοθέτηση αλγορίθμων που κάνουν χρήση της τεχνητής νοημοσύνης. Η μελλοντική έρευνα θα εστιάσει σε νέες μεθόδους που θα μας δώσουν πρόσβαση σε πλούσια αρχαιολογικά υλικά κρυμμένα κάτω από τις πόλεις μας και θαμμένα βαθιά κάτω από προσχώσεις.

Η φυσική έχει παίξει ένα ουσιαστικό ρόλο στην ανακάλυψη και καταγραφή της ανθρώπινης παρουσίας διαμέσου του χρόνου, βοηθώντας τους αρχαιολόγους να αναλύσουν τις φυσικές ιδιότητες των τεχνουργημάτων και ν' ανακαλύψουν άγνωστα μέχρι εκείνη τη στιγμή αρχαία μνημεία. Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι οι φυσικές επιστήμες θα συνεχίσουν να βοηθούν το ξεδιάλυμα της ιστορίας των αρχαίων τεχνολογιών και να ικανοποιούν την επιθυμία μας να κατανοήσουμε τη ζωή των προγόνων μας.