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Radarmessungen im Benediktinerstift Admont
Rudolf K. Fruhwirth, Gerald Fuchs & Rainer
Morawetz
Abstract:
GPR-Prospection in the Benediktinerstift Admont (Styria, Austria)
The Stift Admont, founded in 1074, was for many centuries the religious,
cultural and economic centre in northwestern Styria. During this
long period many extensions and modifications of the built up area
within the monastery occurred. In 1865 a disastrous fire destroyed
many of the buildings and a part of them had to be dismantled
so a large open space was left within the manastery; this area,
the so-called Rosarium, is used as a park and was recently modificated.
The new layout of the garden should indicate the place of the historic
buildings.
The task was to locate the foundations of the dismantled buildings,
which are shown in some old plan and drawings. By means of Ground
Penetrating Radar (GPR) the areas were investigated, where foundations
were supposed. The measurements were carried out in a 1 x 1 m grid,
which resulted in 352 GPR-profiles with a total length of 5.826
m. A SIR-2 (GSSI) equipment with a 400 MHz antenna was used. After
data processing (cf. report Flavia Solva) a series of time slices
for different depths was calculated.
The archaeological interpretation of data was successful in detecting
a nearly complete ground plan of the massive foundations. In several
parts walls were located, which continue outside of the measured
area and are not indicated in the old plans. These results could
be proved afterwards by direct observation. During construction
works a trench was dug across the southern part of the area, cutting
several foundations and providing information on the subsurface
conditions and stratigraphy.
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Einführung
Die Geschichte des Stiftes Admont spiegelt sich auch in der intensiven
baulichen Umgestaltung und Veränderung der Anlage wieder. In
alten Plänen und Ansichten sind mehrere Gebäudetrakte
dargestellt, die nach dem verheerenden Brand von 1865 abgetragen
worden sind (Abb. 1, 2). Sie liegen im Areal des heutigen Rosariums,
das gestaltet worden ist.
Im Auftrag der Bauabteilung des Benediktinerstiftes Admont (Baumeister
DI Lambert Gahbauer) wurden Radarmessungen vorgenommen, um die Fundamente
der abgetragenen Gebäude zu lokalisieren. Es war geplant, die
Ergebnisse teilweise in der Planung zu berücksichtigen und
allenfalls kleinere Abschnitte freizulegen. Die Untersuchung konzentrierte
sich auf jene Bereiche, in denen Gebäudereste erwartet werden
konnten (Abb. 2): Der Alte Konvent und der Nordteil des Südhof-Osttraktes
bestanden bereits gegen Ende des 16. Jahrhunderts. Im 17. Jahrhundert
wurde der Alte Konvent umgebaut, der Südhof-Osttrakt nach Süden
hin erweitert und der Apothekertrakt und Gasttrakt neu errichtet.
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Linkes Bild:
Stift Admont, Kupferstich von G.M. Vischer, ca. 1680. (Zum Vergrößern
auf Bild klicken)
Rechtes Bild: Stift Admont, alter Plan mit Darstellung
der abgetragenen Gebäudeteile. (Zum Vergrößern
auf Bild klicken) |
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Das Bodenradar
Allgemeines
Die Erforschung der elektromagnetischen Wellen zum Zwecke der Informationsübertragung
begann in den 20-er Jahren dieses Jahrhunderts. Im Zuge des 2. Weltkrieges
wurde von der US Navy der Begriff RADAR (RAdio Detection And Ranging)
geprägt. Ziel der damals militärischen Forschung und Entwicklung
war die Konstruktion von Geräten zur Ortung und Entfernungsbestimmung
von Flugobjekten und Schiffen. Die Nutzung von Radarsystemen für
geophysikalische Zwecke begann in den 50-er Jahren. Ende der 60-er
und Anfang der 70-er Jahre erfolgte die Entwicklung von Prototypen
von Radarsystemen zur hochauflösenden Untersuchung des Untergrundes.
Viele dieser durchaus unterschiedlichen Entwicklungsansätze
werden heute unter dem Begriff Ground Penetrating Radar (GPR) zusammengefasst.
Prinzip
Das Prinzip des Bodenradars ist ähnlich jenem klassischen Radar,
welches zur Ortung von Flugzeugen etc. seit Jahren verwendet wird.
Hochfrequente elektromagnetische Wellen werden in den Untergrund
gesendet. Diese breiten sich sphärisch aus und werden an den
Grenzen unterschiedlicher Materialien teilweise reflektiert und
teilweise transmittiert. Die Größe des reflektierten
Anteils ist vom Materialunterschied abhängig. Je größer
dieser Unterschied ist, umso größer ist der reflektierte
Wellenanteil. Die Summe aller reflektierten Wellen wird von der
Empfangsantenne wieder aufgenommen und an die Kontrolleinheit weitergeleitet.
Von dieser werden die Daten nach entsprechender Verarbeitung (Verstärkung,
Filterung, Digitalisierung, ...) an die Speichereinheit weitergeleitet.
Grenzen
Die momentanen Grenzen der Radarmethode aus praktischer Sicht werden
hauptsächlich durch die sogenannte Eindringtiefe vorgegeben.
Diese ist definiert als diejenige Tiefe, in welcher ein Objekt oder
eine Struktur mittels Bodenradar im Sinne der Aufgabenstellung noch
erkannt werden kann. Sie ist vor allem abhängig von der elektrischen
Leitfähigkeit des Untergrundes. Je höher dessen Leitfähigkeit,
Ton- und Wassergehalt ist, umso geringer ist die erzielbare Eindringtiefe.
Mit zunehmender Antennenfrequenz sinkt die Eindringtiefe ebenfalls.
In der Praxis bereiten vor allem feuchte, tonführende Schichten
und Meerwasser Probleme.
Feldmessung
Das Messgebiet im Rosarium des Stiftes mit einer Größe
von (brutto) 92 x 78 m ist nach archäologischen
Gesichtspunkten festgelegt worden. Markante Eckpunkte des Messgebietes
wurden markiert und bezeichnet, die Einführung eines lokalen
Koordinatensystems (x/y) vereinfachte den Feldbetrieb. Die x-Richtung
wurde dabei parallel zur westlichen Begrenzungsmauer (~N-S) und
analog die y-Richtung senkrecht dazu (~E-W) definiert. Das Messgebiet
wurde aufgrund seiner besonderen Form in 8 Quadranten eingeteilt,
die Feldmessungen mit einem Impulsradar vom Typ SIR-2 durchgeführt.
Dieses Gerät wird netzunabhängig mit Batterie betrieben,
besitzt ein Farbdisplay zur sofortigen Darstellung und somit Kontrolle
der registrierten Daten und erlaubt die digitale Speicherung der
Daten zur weiteren Verarbeitung. Die Antenne ist über ein ca. 30 m
langes Kabel mit der Kontrolleinheit verbunden.
Eine Radarmessung erfolgt in der Regel in Profilform, die Profile
wurden rasterförmig bei einem Abstand von jeweils 1 m
zueinander aufgenommen. Um durch die Zeittaktung des Radarsystems
bedingte laterale Positionierungsfehler auszugleichen die
Radarantenne wird meist mit annähernd Schrittgeschwindigkeit
über das jeweilige Profil gezogen sind an vordefinierten
Positionen im Profil (2 m Intervall) sogenannte Marker gesetzt
worden, welche im weiteren bei der Datenverarbeitung die laterale
Fehlerkorrektur erlauben.
Bei der Messung konnte mit einer Antenne mit 400 MHz Mittenfrequenz
das optimale Verhältnis von Eindringtiefe und Auflösungsvermögen
erzielt werden. Insgesamt sind 352 Radarprofile mit einer Gesamtlänge
von 5.826 m aufgenommen worden. Die aufgenommenen Profildaten
benötigen insgesamt 381 Megabyte an Speicherkapazität.
Datenverarbeitung
Die Datenverarbeitung erfolgt auf PC mit einem eigens für die
Verarbeitung von Bodenradardaten erstellten Programm. Je nach Aufgabenstellung
und Datenmaterial kommen unterschiedlichste Prozesse zur Anwendung.
Bei der Nutz-/Störsignalverbesserung wie z.B. der digitalen
Filterung kommen Algorithmen der digitalen Signalverarbeitung zur
Anwendung, bei der Tiefenumrechnung werden Routinen von der einfachen
linearen Transformation bis hin zu komplexen Migrationsalgorithmen
verwendet. Die Bestimmung der elektromagnetischen Wellengeschwindigkeit
erfolgt meist interaktiv unter Einbeziehung der geometrischen Verhältnisse
bei der Feldmessung.
Das erste Ergebnis der Datenverarbeitung ist ein Radargramm welches
in etwa einen Vertikalschnitt des Untergrundes entlang des jeweiligen
Messprofils darstellt. In einem solchen Radargramm lassen sich Strukturen
und Objekte in unterschiedlichen Tiefen an deren exakter Position
erkennen. Aus mehreren Radargrammen kann man im weiteren sogenannte
Zeitscheiben welche einen horizontalen Schnitt im Untergrund
in einer bestimmten Tiefe widerspiegeln errechnen. In diesen
Zeitscheiben sind dann Strukturen wie sie z.B. von Fundamentresten
hervorgerufen werden sehr gut zu erkennen.
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Archäologische Interpretation
In einem mehrstufigen Prozess wurden die
Zeitscheiben (vgl. Time Slice, Abb. 3) und Radargramme (vgl.
Abb. 4 - 5) eingehend analysiert. Ziel der Auswertung
ist es, die Anomalien (= Abweichung von einem Normalzustand)
zu deuten und künstlich geschaffene Strukturen, wie z.B. Mauerzüge,
Gruben, Gräben, Hohlräume etc. zu erkennen. Die interpretierten
Ergebnisse werden in Grundrissplänen dargestellt, so dass die
Zusammenhänge anschaulich dargestellt werden können. Die
Objekte lassen sich nach ihrer exakten Position und Tiefenlage feststellen,
auch wenn sie einander überlagern.
Im Gegensatz zur Datenerfassung ist die Interpretation ein weiter
führender Schritt, der immer eine subjektive Komponente enthält
es geht schließlich um die Deutung der vorhandenen
Anomalien, das Erkennen von Zusammenhängen und die Unterscheidung
verschiedenartiger Objekte. In günstigen Fällen können
komplette Gebäudegrundrisse erschlossen werden ohne
einen einzigen Spatenstich. Das Endergebnis ist ein Plan, in dem
die Gebäudefundamente und alle wichtigen Befunde dargestellt
sind.
Ergebnisse
Die archäologisch interessanten Strukturen liegen überwiegend
im Tiefenbereich bis 2 m, fallweise reichen sie weiter hinab.
Ältere Geländeoberflächen sind an mehreren Stellen
in ca. 0,7 m bzw. 1,2 m Tiefe beobachten, wobei die untere
eine natürlich entstandene Oberfläche darstellen dürfte.
In allen Bereichen des Messgebietes treten deutliche (positive)
lineare Anomalien auf, die zueinander im rechten Winkel stehen und
insgesamt den komplexen Grundriss eines Baukörpers ergeben
(Abb. 6). Nach Lage und Orientierung handelt es sich zweifellos
um die Fundamente der in alten Plänen und Ansichten dargestellten
Gebäudetrakte. Teilweise reichen die Mauerzüge über
die Grenzen des Messgebietes hinaus.
Die Maueroberkanten liegen meist in 0,3 bis 0,6 m Tiefe, die
Mauerstärken betragen bis über 1,0 m. Neben den Fundamenten
zeigen sich öfters rechteckig abgegrenzte Flächen, die
durch deutliche Reflexionen gekennzeichnet sind es kann sich
um Ansammlungen von Bauschutt, massive Pflasterungen oder Flächenfundamente
handeln. Im Süden und Südwesten zeigen die Zeitscheiben
lineare Strukturen, die eine Fortsetzung der Baukörper zeigen.
Der Kontrast zwischen Fundamenten und umgebendem Boden ist dort
aber so gering, dass teilweise keine zusammenhängenden Mauerzüge
zu erkennen sind.
Im Nordwesten und nahe der Mitte des Messgebietes befinden sich
zwei markante Objekte, die wahrscheinlich als Brunnen zu deuten
sind. Sie weisen einen Innendurchmesser von ca. 2,0 m auf,
sind im Grundriss eher kreisförmig, von Mauerwerk eingefasst
und reichen tiefer als 3,2 m (Abb. 4).
Ein Vergleich der Ergebnisse mit den alten Plänen zeigt eine
gute Übereinstimmung. Die Lage der Gebäudetrakte konnte
durch die Messungen bestätigt werden, in größeren
Abschnitten entsprechen einander die Grundriss-Strukturen, abgesehen
von einigen Details. Mehrere Mauerzüge setzen sich anscheinend
außerhalb des Messgebietes fort diese sind in den alten
Plänen nicht dargestellt.
Bei einer Beobachtung von Bodenaufschlüssen im Westen des Rosariums
konnten die Ergebnisse während der Bauarbeiten überprüft
werden. Die Befunde bestätigten die Interpretation der Radardaten
und ließen weitere Einzelheiten über den Aufbau des Bodens
erkennen.
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Abb. 6: Interpretation der Messergebnisse,
(Zum Vergrößern bitte anklicken)
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Abb. 5: Radargramm Q1FIL068
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Abb. 4: Radargramm Q1FIL237 |
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Anschrift der Verfasser:
DI Dr. Rudolf K. Fruhwirth
Joanneum Research, Institut für Angewandte Geophysik
Roseggerstr. 17, A-8700 Leoben
Tel. +43-3842-47060-2236
Email:
rudolf.fruhwirth@joanneum.at
Internet: www.joanneum.at
Ing. Rainer Morawetz
Joanneum Research, Institut für Angewandte Geophysik
Roseggerstr. 17, A-8700 Leoben
Tel. +43-3842-47060-2261
Email:
rainer.morawetz@joanneum.at
Internet: www.joanneum.at
Dr. Gerald Fuchs, ARGIS Archäologie Service
A 8114 Kleinstübing 56
Tel. +43-3127-28633
Email: office@argis.at
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