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Möller, Hans-Herbert; Institut für Denkmalpflege [Editor]; Niedersächsisches Landesamt für Denkmalpflege [Editor]
Arbeitshefte zur Denkmalpflege in Niedersachsen: Düna/Osterode - ein Herrensitz des frühen Mittelalters: archäologische und naturwissenschaftliche Prospektion, Befunde und Funde ; überarbeitete Zusammenfassung der fachübergreifenden Vorträge, gehalten auf dem Kolloquium am 9./10. September 1983 in Düna — Hannover: Inst. für Denkmalpflege, Niedersächsisches Landesverwaltungsamt, Heft 6.1986

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Stümpel, Harald; Albert, Wilfried: Erdradarmessungen im Bereich der Grabung Düna
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https://doi.org/10.11588/diglit.50504#0043
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darstellen, ist die eindeutige tiefenmäßige Zuordnung
von zeitlich nacheinander registrierten Reflexionen. Je
größer die Laufzeit einer Reflexion, um so tiefer liegt der
Reflektor. Wenn zusätzlich noch die Geschwindigkeit
bekannt ist, mit der sich die Wellen im Boden ausbrei-
ten, so kann nicht nur eine relative Zuordnung der Re-
flexionselemente untereinander getroffen werden, son-
dern es lassen sich auch die absoluten Tiefen angeben.
Die Geschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen
wird durch folgende Beziehung beschrieben (Hippel,
1954; Cook, 1973):


C = Lichtgeschwindigkeit im Vakuum
e r = relative Dielektrizität

Die relative Dielektrizität und damit die Geschwindigkeit
ist ebenso wie die Absorption der elektromagnetischen
Wellen ein vom Bodenmaterial abhängiger Parameter.
In Tabelle 1 sind die Dielektrizitäts- und Geschwindig-
keitswerte für einige typische Materialien aufgetragen.
Im Wasser wird die niedrigste Geschwindigkeit der Wel-
lenausbreitung gemessen. Sie ist fast um einen Faktor
zehn kleiner als in Luft. Für alle anderen Materialien liegt
die Geschwindigkeit zwischen diesen beiden Werten.
Sie wird wesentlich von der Porosität und dem damit
verbundenen Wassergehalt bestimmt.

Mit dem Erdradarverfahren können im Untergrund nur
Grenzflächen erfaßt werden, die sich im physikalischen
Parameter der relativen Dielektrizitätunterscheiden. Ein
Maß für die reflektierte Energie an einer Grenzfläche ist
der Reflexionskoeffizient R (Hippel, 1954):

R -


er, = relative Dielektrizität im Hangenden
er, = relative Dielektrizität im Liegenden


3 Das verrtikale Auflösungsvermögen (Av) ist abhängig von der be-
nutzten Signalfrequenz und der Ausbreitungsgeschwindigkeit der
elektromagnetischen Wellen im Untergrund. Reflektoren im Ab-
stand größer einer halben Wellenlänge (z) sind gut im Radar-
gramm zu trennen, während bei Abständen bis zur achtel Wellen-
länge die Reflektoren nur noch bedingt bei besonders günstigen
Verhältnissen aufgelöst werden können.

kann eine Grenzfläche erkannt werden, wenn seine
reflektierte Energie am Empfängereingang über dem
allgemein vorhandenen Hintergrundrauschen liegt. Für
die Auflösung von vertikalen oder lateralen Strukturen
ist neben dem Reflektionskoeffizienten zusätzlich aber
auch noch die Wellenlänge (X) des Signales von ent-
scheidender Bedeutung.
X= (m)
V = Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Welle
f = Frequenz des Signales

Diese Beziehung gilt nur für den senkrechten Einfall der
Welle auf eine Grenzfläche. Die reflektierte Energie ist
um so höher, je größer der Unterschied der relativen
Dielektrizität beider Medien ist. In einem Radargramm

Tabelle 1: Relative Dielektrizität und Ausbreitungsgeschwindigkeit
der elektromagnetischen Wellen in einigen typischen Böden und Ge-
steinen (Morey, 1974).

Material
relative
Dielektrizität
Geschwin-
digkeit
(cm/ns)
Luft
1
30,0
Süßwasser
81
3,3
Salzwasser
81
3,3
trockener Sand
4 bis 6
12 bis 15
wassergesättigter Sand
30
5,5
wassergesättigter Silt
10
9,5
wassergesättigter Ton
8bis12
8,7 bis 10,5
landwirtschaftlich genutztes Land
15
7,7
trockener Granit
5
13,5
trockener Kalkstein
7
11,3

Zwei untereinanderliegende Reflektoren sind unter be-
sonders günstigen Umständen noch voneinander
trennbar, wenn ihr Abstand nicht kleiner als ein Achtel
der Wellenlänge ist. In der Regel können Horizonte mit
einem Abstand, der größer ist als eine halbe Wellen-
länge, gut aufgelöst werden. Für Abstände von mehr als
einer Wellenlänge ist die Auflösung immer gewährlei-
stet. In Abbildung 3 ist der Zusammenhang zwischen
Wellenlänge, Frequenz und erzielbarer Auflösung auf-
getragen. Es wurden zwei Frequenzbänder gewählt, die
typisch für den Einsatz in der archäologischen Prospek-
tion sind. Mit 100 MHz Signalen kann eine relativ große
Eindringtiefe erzielt werden, die Auflösung liegt aber un-
gefähr nur bei einem Meter. Mit einem 500 MHz Signal
wird dagegen eine Auflösung von besser als 0,2 m er-
zielt, die Eindringtiefe ist aber wesentlich geringer als
mit dem niederfrequenten Signal. Zwischen Eindring-
tiefe und Auflösungsvermögen muß bei der Wahl der
Signalfrequenz in einem Prospektionsgebiet abgewo-
gen werden. Häufig sind auch Mehrfachmessungen mit
verschiedenen Frequenzen notwendig.

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