COMUNE DI CARMIGNANO

PROVINCIA DI PRATO

PROSPEZIONI GEOFISICHE

PER RICERCHE ARCHEOLOGICHE NELL'AREA DELLE NECROPOLI DI

CAMPO ROSELLO E CAMPO DEI FAGIANI

IN LOCALITÀ ARTIMINO

SOPRINTENDENZA AI BENI

ARCHEOLOGICI DELLA TOSCANA

Coordinatori per la Soprintendenza:

D.ssa Gabriella Poggesi

D.ssa Elisabetta Bocci

Dr Pasquino Pallecchi

Rapporto tecnico n. 612/01

di

GIANFRANCO CENSINI

associato a:

EAGE - EUROPEAN ASSOCIATION OF GEOSCIENTISTS & ENGINEERS - Geophysical Division

EEGS - ENVIRONMENTAL AND ENGINEERING GEOPHYSICAL SOCIETY

Con la collaborazione per l'indagine gradiometrica di

GIANFRANCO MORELLI

GEOSTUDI ASTIER - Livorno

Gennaio-Febbraio 2001

Società per l’esplorazione geofisica del sottosuolo

Via E. Fermi, 8 - 53048 SINALUNGA (SI)

Tel. 0577 / 67.99.73 Fax. 0577 / 63.23.42

http://www.georisorse.it - E-mail : georisorse@iol.it

PREMESSA

Nel mese di Gennaio 2001 sono state eseguite alcune prospezioni geofisiche, come interventi promozionali e dimostrativi delle potenzialità di tali metodologie di esplorazione per la Soprintendenza ai Beni Archeologici della Toscana, nell'area archeologica di "Campo Rosello", ubicata a Sud della Villa Medicea di Artimino, in Comune di Carmignano (PO).

Le suddette prospezioni sono state eseguite sotto la supervisione della Soprintendenza ed in particolare della D.ssa Gabriella Poggesi, della D.ssa Elisabetta Bocci e del Dr Pasquino Pallecchi. La D.ssa E. Bocci, in particolare, ha seguito direttamente le operazioni di acquisizione dati sul terreno che si sono svolte nella seconda metà del mese di Gennaio.

Lo scopo delle indagini geofisiche, eseguite su due differenti aree con metodologie diverse, oltre alla dimostrazione tecnica e metodologica, era quello di fornire elementi ed indizi per la migliore programmazione di nuovi scavi archeologici in zone già parzialmente esplorate. In particolare, un'area - identificata come "campo rosello" - è interessata da numerose evidenze di tombe a tumulo, in parte scavate nella roccia arenacea presente e coperte da materiale argilloso; mentre nell'altra area, denominata come "campo dei fagiani", sono presenti indizi della presenza di sepolture di urne cinerarie in cotto.

Proprio in considerazione delle differenti tipologie di reperti che si ritiene siano presenti nelle due zone, sono state utilizzate differenti metodologie di indagine:

1. nell'area delle tombe a tumulo di Campo Rosellosi è ritenuto di effettuare le indagini con la finalità di individuare le coperture di terreni più argillosi, presumibilmente più conduttivi del substrato arenaceo;

2. nell'area del "campo dei fagiani", invece si è utilizzata una metodologia idonea a mettere in evidenza oggetti magnetici quali i resti di cotto che, in genere presentano una elevata suscettività magnetica.

METODOLOGIE DI PROSPEZIONE UTILIZZATE

Metodo Elettromagnetico

Come accennato in premessa per l'esplorazione di cui all'oggetto è stata utilizzata la prospezione Elettromagnetica in quanto permette di evidenziare la presenza di differenze nella conducibilità in zone del sottosuolo rispetto al contesto circostante.

La metodologia utilizzata rientra tra quelle operanti nel frequency domain con dispositivo Slingram; in particolare è stato impiegato il sistema GEONICS EM 34-3 che permette esplorazioni su varie profondità tra 5÷7 m fino ad oltre 50 m dal p.c.

Schema dell’attrezzatura utilizzata

Principio di funzionamento del sistema

Il sistema utilizzato sfrutta il fenomeno fisico dell'induzione elettromagnetica che si verifica nei corpi conduttori di elettricità quando un'onda elettromagnetica (EM), propagandosi nello spazio, attraversa tale corpo.

In particolare si può determinare la presenza del corpo conduttore nel sottosuolo eseguendo misure in superficie con vari dispositivi, quello in questione opera secondo lo schema riportato in questa pagina.

· un apparato trasmittente (Tx) invia nello spazio circostante, tramite un'antenna opportunamente orientata, un segnale a frequenza costante e di ampiezza grossomodo uniforme;

· un apparato ricevente (Rx) posto ad una distanza predefinita (10, 20 o 40 m) riceve:

1-il segnale EM mediante una specifica antenna, orientata in accordo con quella trasmittente;

2-un segnale di riferimento, via cavo, direttamente dall'antenna trasmittente.

· il segnale ricevuto tramite l'antenna risulterà, in assenza di conduttori nella zona circostante gli apparati, perfettamente in fase ed attenuato per la quantità dipendente dalla distanza, rispetto a quello ricevuto via cavo; nella realtà, invece, i fenomeni di induzione nei terreni conduttivi presenti nel sottosuolo provocano una maggiore alterazione del segnale ricevuto. (vedi seguente diagramma)

Onda trasmessa ed onda ricevuta

L'analisi dell'alterazione del segnale porta alla determinazione della conducibilità apparente dello spazio circostante che, nelle esplorazioni di superficie, si può indicare per il sottosuolo della zona in esame. Questo fatto viene spiegato con il fenomeno dell'induzione elettromagnetica che produce una circolazione di corrente secondo spire virtuali che tendono a concentrarsi nelle zone a maggiore conducibilità e, pertanto, producono una maggiore alterazione del segnale all'antenna ricevente.

Con un tale sistema l'esplorazione del sottosuolo avviene con elevata velocità dato che non è necessario il contatto diretto tra terreno e strumentazione, quindi si evitano tutti i problemi connessi con la realizzazione di un efficace contatto tra sensori e terreno.

Operativamente la misura viene effettuata tramite una operazione di compensazione dell'alterazione in ampiezza mediante la variazione della distanza tra le antenne Trasmittente e Ricevente (intercoil), quando lo strumento indica che tale correzione è stata effettuata, sullo stesso si può leggere il valore di conducibilità apparente che compete al sottosuolo in tale posizione.

Il valore risultante viene, arbitrariamente, riferito al sottosuolo nel punto di stazione del Trasmettitore (dove è massima la potenza del segnale), tuttavia è necessario tener presente che il risultato è dipendente anche dalla posizione del Ricevitore e dalla forma dell’oggetto anomalo.

Infatti, mentre nel caso di situazioni anomale molto estese la variazione reciproca delle posizioni dei due apparati non comporta variazioni significative dei risultati delle misure, nel caso di anomalie molto ristrette (dimensioni inferiori al dispositivo) e sviluppate secondo una direzione preferenziale, i valori possono essere molto differenti tra un caso e l'altro. Anche al variare dell’angolo tra la linea del dispositivo e la linea di allungamento dell’oggetto anomalo si hanno notevoli variazioni del valore misurato; quindi è opportuno valutare i risultati non solo in base all’entità dei valori, ma anche in funzione delle dimensioni e delle caratteristiche delle situazioni anomale.

Metodo Magnetometrico

L’altro metodo utilizzato in questa indagine è stato quello magnetometrico messo in opera con lo schema della misura del gradiente verticale del campo naturale.

La misura dell'intensità del campo magnetico terrestre può avvenire mediante vari schemi tecnici, quello più diffuso è il metodo della misura della frequenza di oscillazione di molecole di elementi particolari (ad esempio idrocarburi, vapori di cesio, vapori di potassio, …) che costituiscono un preciso dipolo magnetico. Queste molecole, se orientate in direzione ortogonale alla direzione del campo magnetico terrestre, tendono a riallinearsi a questa direzione quando il campo magnetico esterno viene interrotto: durante questo riallineamento oscillano con una frequenza che è direttamente proporzionale alla intensità del campo magnetico naturale.

La misura del gradiente verticale può essere effettuata semplicemente mediante due sensori che, contemporaneamente, ed a distanza nota, eseguono la misura dell'intensità del campo magnetico. La differenza tra questi due valori, in rapporto alla distanza di separazione, porta alla determinazione del suddetto gradiente.

L'utilità della misura del gradiente deriva dal fatto che il campo magnetico naturale è un vettore definito da una intensità e da una direzione, anomalie di modeste dimensioni possono risultare più evidenti nella deformazione della direzione del vettore che non nel suo modulo (intensità).

La variazione di direzione comporta che varino in maniera sostanziale le componenti orizzontali e verticale in cui si può scomporre il vettore campo magnetico, quindi la misura del gradiente verticale può essere correlata direttamente alla misura della anomalia della componente verticale del vettore, quindi risulta molto più sensibile che non la semplice misura dell'intensità

Operativamente la misura del gradiente verticale richiede una maggiore attenzione rispetto alla misura del campo totale in quanto è necessario mantenere il più possibile verticale l'allineamento dei due sensori e costante la distanza degli stessi dalla superficie del terreno.

In termini pratici i moderni strumenti permettono di acquisire i dati con elevata velocità di campionamento (anche diverse misure al secondo). Nel caso specifico è stato utilizzato un passo di campionamento di una misura al secondo che ha portato ad un campionamento medio di circa un punto di misura ogni 50 cm dato che l'operatore ha mantenuto un passo di circa 1 metro ogni 2 secondi.

L'ubicazione delle misure stesse viene riferita ad una griglia di punti segnati, nella registrazione dei dati, da makers di riferimento mediante i quali la strumentazione riporta tutte le misure intermedie alle progressive corrispondenti con una semplice interpolazione lineare.

ELABORAZIONE ED INTERPRETAZIONE DEI RISULTATI

Per quanto riguarda il metodo elettromagnetico, come già accennato nei precedenti paragrafi, l’elaborazione dei dati acquisiti in campagna prevede, dapprima una correzione con un algoritmo in funzione della linearità strumentale delle antenne, quindi una georeferenziazione in base a coordinate metriche relative ( o in alcuni casi assolute UTM) rispetto al grid a maglia regolare preparato per la corretta posizione delle misure stesse.

Dai valori x, y e resistività apparente, si costruisce una mappa di resistività della superficie indagata, espressione di profondità del sottosuolo che varia al variare dell’intercoil tra le antenne utilizzato nell’esecuzione delle misure.

Anche nel caso delle misure magnetometriche l'ubicazione dei dati deve essere effettuata successivamente all'acquisizione in maniera da georeferenziare le informazioni acquisite.

In entrambi i casi l'interpretazione dei dati ottenuti avviene sulla base delle rappresentazioni planimetriche delle variazioni dei vari parametri misurati (conducibilità o resistività per l'elettromagnetismo ; anomalie del gradiente o dell'intensità per la magnetometria). Queste mappe sono, generalmente, presentate con adeguate scale cromatiche o tecniche di enfatizzazione del contrasto in modo da far risaltare gli aspetti che vengono ritenuti più importanti.

L'interpretazione quantitativa con modelli geofisici del sottosuolo può avvenire per entrambi i metodi utilizzati, tuttavia, in contesti di piccole dimensioni come quelli in oggetto si tende ad indicare le aree anomale meritevoli di esplorazioni dirette indicando le profondità presunte, mentre una modellizzazione vera e propria può avere significato nel caso di esplorazioni a fini geologici.

OPERAZIONI ESEGUITE E RISULTATI CONSEGUITI

1 - AREA DELLA NECROPOLI A TUMULI DI CAMPO ROSELLO

In quest'area si è eseguita l'indagine elettromagnetica mediante stazioni di misura ai nodi di una maglia di 5 metri di lato ottenuta dalla interpolazione di punti di stazione rispetto ad una griglia di 10 metri di lato evidenziata da picchetti posizionanti con la precisione dello squadro agrimensorio. In Tavola n. 1 la griglia dei picchetti è sovrapposta ad alcuni elementi chiari dell'area di indagine.

Il dispositivo operante è stato quello ad intercoil 10 metri, che indicativamente permette un’esplorazione del sottosuolo sui 5-6 metri di profondità. Le misure sono state eseguite su 262 punti di stazione. Alcuni punti sono risultati palesemente disturbati (recinzioni in lamiera, reti, ecc) ed i relativi dati sono stati esclusi dalle elaborazioni. Nella Foto seguente si illustra una fase delle operazioni di misura.

I dati acquisiti sono stati convertiti in valori di resistività apparente e gli stessi sono stati utilizzati per la redazione della mappa di resistività riportata nella Tavola n. 2 sovrapposta alla stessa base topografica schematica. Una scala di colori che va dal blu per le zone a bassa resistività fino al rosso per quelle ad alta resistività facilità la comprensione delle variazioni locali della stessa.

In particolare si nota che tutta la zona Ovest è caratterizzata da valori mediamente più elevati rispetto a quella Est e la distinzione delle due aree sembra seguire un andamento orientato circa NW-SE, sub-parallelo alla direzione del crinale. In questa variazione progressiva si possono, tuttavia, individuare alcune variazioni locali che possono rappresentare motivi di interesse. In particolare le zone di relativa diminuzione della resistività sono quelle di maggior interesse in quanto si può ipotizzare che siano presenti terreni argillosi superficiali utilizzati per la formazione del tumulo.

Nella Tavola n. 3 sono state indicate tre aree di relativo interesse, tutte di dimensioni comprese tra 100 e 200 mq che, forse sono troppo estese per una programmazione degli scavi successivi, tuttavia possono essere oggetto di una prima esplorazione diretta con altre tecniche di indagine prima dello scavo vero e proprio.

La priorità indicata tiene conto anche della presenza nella zona 1 di una morfologia superficiale favorevole alla presenza del tumulo.

Nella zona 2, invece, la maggiore estensione potrebbe derivare dalla congiunzione di due zone anomale.

2 - AREA DEL "CAMPO DEI FAGIANI"

In quest'area si è eseguita l'indagine magnetometrica mediante la misura del gradiente verticale su una superficie di circa 1340 mq (20 x 67 m) dove era stata, precedentemente effettuata una picchettatura ai nodi di una maglia di 5 metri di lato. (Dopo le operazioni di acquisizione i picchetti sono stati lasciati solo ogni 10 metri). L'ubicazione dell'area di misura e dei picchetti lasciati, in rapporto alla strada vicinale limitrofa alla zona stessa, vengono indicati nella Tavola n. 4.

Le stazioni di misura sono state posizionate lungo profili a cadenza di un metro e, come anzi detto, ogni 50 cm circa lungo i profili. Complessivamente sono risultate utilizzabili oltre 3000 stazioni di misura (3007).

Da questi dati è stato possibile ottenere due mappe rappresentative della situazione del campo magnetico : la mappa del campo totale, riportata nella Tavola n.5, e la mappa del gradiente verticale, riportata nella Tavola n.6.

Per quanto riguarda il Campo Magnetico Totale, questo è risultato variabile nel range tra 46400 e 46450 nanoTesla (nT) ad eccezione di alcuni punti leggermente oltre questi limiti. La mappa riportata nella Tavola n. 5 evidenzia una generale omogeneità dei valori ad eccezione di quattro zone di maggiore eterogeneità dei valori, una alle coordinate N10-15; W5-10, un'altra alle coordinate N20-25;W15-20, ed altre due zone molto vicine localizzate alle coordinate N40-55;W5-15.

Per quanto concerne i dati relativi al gradiente verticale si nota che la variabilità è molto più marcata, ciò conferma che questa misura è molto più sensibile rispetto alla misura del campo magnetico totale. La variabilità risulta compresa nel range tra -10 nT/m e +10 nT/m con alcune decine di valori di picco oltre questi limiti.

Nella Tavola n. 6 l'andamento del gradiente verticale è evidenziato mediante una scala di colori simile a quella del Campo Totale.

Per una migliore visione dell'andamento di questo parametro è stata utilizzata anche la tecnica di rappresentazione a "rilievo ombreggiato" - vedi Tavola n. 7 - dove i valori misurati rappresentano una superficie fisica illuminata da una luce radente che evidenzia le sue ondulazioni e permette di enfatizzare direzioni ritenute di maggior interesse rispetto ad altre.

In questa mappa sono immediatamente visibili una decina di punti di anomalia, abbastanza localizzati, meritevoli di indagini dirette, già programmabili in base a questi dati. Infatti la ideale posizione dell'oggetto anomalo responsabile dell'anomalia è intorno al punto di flesso tra il lobo positivo (a sud) e quello negativo (a nord) dell'anomalia stessa.

Particolarmente evidenti sono le zone anomale ubicate alle coordinate: N48;W13 - N59;W13 - N35;W18 - N27;W17 - N18;W16 - N10;W17 - N4;W18 - N24;W0 - N65;W4 - N13;W4.

Le suddette zone di anomalia rappresentano, con priorità pari alla sequenza dell'elenco, quelle meritevoli di indagini dirette con esplorazione, in ognuna, di "quadri" di almeno 2 x 2 metri.

Nella Tavola n. 8, infine, oltre ai suddetti 10 "quadri" ne vengono indicati altri 10 con importanza minore, che potrebbero, tuttavia risultare di interesse per eventuali successivi scavi o per ampliare alcune delle aree di maggior interesse.

Sinalunga, Febbraio 2001

Dr Geol. Gianfranco Censini