Forschungssteckbrief: Archäologie
Archäoseismologie – Die Suche nach Spuren vorinstrumenteller Erdbeben
Titel:
Untersuchung der Erdbebenhypothese als Ursache der strukturellen Schäden von Gebäuden in der Archäologischen Zone Köln. (DFG-Projekt)
Projektlaufzeit:
1.7.2008 – 31.12.2011
Schlagworte:
Archäoseismologie / Erdbeben / Köln / Römer / Laserscanning
Fachgebiete und Arbeitsrichtung:
Seismologie, Geologie, Archäologie, Vermessungswesen, Geotechnik, Modellierung
Forschungsanliegen in einem Satz
Im Rahmen des DFG geförderten Projektes werden auf Grundlage von 3D Laserscans strukturelle Schäden an Gebäuden aus Römischer Zeit und dem Mittelalter kartiert, ausgewertet und Modelle zur Klärung der Schadensursache erstellt.
Hintergrund
Das Praetorium, Sitz des römischen Statthalters für die Provinz Germania Inferior, zeigt massive strukturelle Schäden im Bereich der Fundamente des ehemals 90 m langen Gebäudes. Das Schadensbild in diesem Bereich deutet auf ein schnelles Schadensereignis ohne die Möglichkeit zur Reparatur. Im Rahmen der “Regionale 2010”, einem Strukturprogramm des Landes Nordrhein-Westfalen, wurde im Jahr 2008 damit begonnen im historischen Stadtkern von Köln, südlich des Praetoriums, weitere Gebäudeteile aus Römischer Zeit, sowie mittelalterliche Befunde freizulegen. Nach Ihrer Fertigstellung soll die „Archäologische Zone Köln“ mit einer Ausstellungsfläche von 7500 m² eines der größten unterirdischen Museen Europas werden.
Diese großflächigen archäologischen Ausgrabungen geben die Möglichkeit das gefundene Schadensbild anhand weiterer Gebäudeteile zu erweitern und dadurch die Schadensursache einzugrenzen.
Hierzu wurde der ergrabene Gebäudebestand mittels eines 3D-Phasenlaserscanners kartiert. Das Gerät sendet einen Infrarot-Laserstrahl aus, der von einem Zielobjekt, z.B. einer Mauer, reflektiert und vom Gerät wieder registriert wird. Über die Phasendifferenz zwischen dem gesendeten und dem empfangenen Signal wird die Entfernung zum Zielobjekt berechnet. Bei einer Messrate von 120000 Punkten/s, ermöglicht diese Methode eine schnelle, millimetergenaue, dreidimensionale Kartierung.
Ziele
Hauptziel des Projektes ist die Anwendung von quantitativen Methoden zur Beantwortung archäoseismologischer Fragestellungen. Neben der dreidimensionalen Aufnahme der strukturellen Gebäudeschäden ist dies die quantitative Auswertung der gewonnenen Daten. Hierzu wurden aus den über 200 Einzelaufnahmen der Archäologischen Zone Modelle der einzelnen Gebäude mit einem Gesamtumfang von 2.4 Milliarden Punkten erstellt. Diese Modelle werden für die Identifizierung, Lokalisierung, Klassifizierung und die Quantifizierung der Schäden genutzt.
Die so gewonnene Schadensdatenbank bildet die Grundlage für die Untersuchungen zur Ursache der Schäden. Hierzu wurde auf Grundlage von Bohrungen, sowie archäologischen und geologischen Feldbefunden ein Untergrundmodell des Arbeitsgebietes erstellt. Auf diesem Untergrundmodell basiert ein Finite-Element-Modell des lokalen Untergrundes, mit dessen Hilfe unterschiedliche Einwirkungen auf den Baugrund getestet werden können. Neben den Auswirkungen von lokalen Erdbeben, für die synthetische Seismogramme berechnet wurden, wird das Verhalten des Baugrundes unter Einwirkung wechselnder Grundwasserstände und während Starkregenereignissen berechnet.
Die Ergebnisse dieser Berechnungen lassen eine verbesserte Einschätzung der Wahrscheinlichkeiten der verschiedenen Schadensszenarien zu.
Antragsteller + Kooperationspartner
Professor Dr. Hinzen, Institut für Geologie und Mineralogie der Universität zu Köln
Publikationen
- Fleischer, C., Hinzen, K.-G., Schreiber, S. (2010): Laserscanning eines römischen Brunnens in der Archäologischen Zone Köln. Allgemeine Vermessungs-Nachrichten, 5/2010, 176-181.
- Hinzen, K.-G., 2009. Simulation of toppling columns in archaeoseismolgy. Bull. Seism. Soc. Am., 99, 2855-2875.
- Hinzen, K.-G., Fleischer, C., Reamer, S.K., Schreiber, S., Schütte, S., Yerli, B. (2009): Quantitative Methods in Archaeoseismology. 1st INQUA-IGCP-567 International Workshop on Earthquake Archaeology and Palaeoseismology, Baelo Claudia, Spain.
- Hinzen, K.-G., 2010. Seismology, Archaeoseismology. In: H. Gupta (edt.), Encyclopedia of Solid Earth Geophysics, Springer, in press. Hinzen, K.-G., 2010. Sensitivity of earthquake toppeled columns to small changes in grond motion and geometry. Israel Journal of Earth Sciences, in press.
- Hinzen, K.-G., Fleischer, C., Reamer, S.K., Schreiber, S., Schütte, S., Yerli, B. (2010): Quantitative Methods in Archaeoseismology, Quaternary International, doi:10.1016/j.quaint.2010.11.006.
- Hinzen, K.-G., S. Schreiber and B. Yerli, 2010. The Lycian Sarcophagus of Arttumpara, Pinara, Turkey: Testing Seismogenic and Anthropogenic Damage Scenarios. Bull. Seism. Soc. Am., 100, 3148-3164.
- Schreiber, S., Hinzen K.-G., Schütte S., Reamer S.K. (2008): Interdisciplinary Studies in the Archaeological Zone Cologne (Germany). 31th ESC General Assembly, Hersonissos, Greece.
- Schreiber, S., Hinzen, K.-G., Fleischer, C. (2009): An application of 3D laser scanning in Archaeology and Archaeoseismology – The medieval Cesspit in the Archaeological Zone Cologne, Germany. 1st INQUA-IGCP-567 International Workshop on Earthquake Archaeology and Palaeoseismology, Baelo Claudia, Spain.
- Schreiber, S., Hinzen, K.-G. (2010): Deformation Analysis on ancient structures based on 3D-laserscanning, Geophysical Research Abstracts, 12, EGU2010-4870.
- Schreiber, S., Hinzen, K.-G., Fleischer, C. (2010): Close-Range Laserscanning in the Archaeological Zone Cologne, Germany. Workshop on Remote Sensing Methods for Change Detection and Process Modelling, 18.-19.11.2010, Cologne.
- Schreiber, S., Wiosna,I., Wegner,M., Hinzen, K.-G. (2011): Archeoseismological Study in the Historic City Center of Cologne, Germany. 71. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft, 21.-24.2.2011, Cologne, Germany.