Nieuwe Onderzoekstechnieken - Nieuwe inzichten
Verslag studiedag 25-03-2018
Verslag van de voorjaarsstudiedag: "Nieuwe Onderzoekstechnieken - Nieuwe inzichten".
Inleiding
Om 10.30u start de studiedag met een inleiding van de voorzitter Peter van Nistelrooij:
De laatste 10 tot 20 jaar hebben nieuwe technieken op het gebied van chemie, biologie,
natuurkunde, geo-informatica en computertechnologie de archeologie enorm vooruit geholpen,
en ook veranderd. Denk bijvoorbeeld aan het ontwikkelen van isotopenchemie. Iedereen kent
uit de media het verhaal van de dode wolf, gevonden in Friesland. Maar waar kwam de wolf
vandaan? Met deze techniek werd bepaald dat de wolf uit Polen kwam. Deze techniek wordt
binnen de archeologie steeds vaker gebruikt om de herkomst van archeologische overblijfselen
te bepalen. Een gruwelijk voorbeeld komt uit Maren Kessel, waar Julius Caesar een heel volk
in het nauw dreef en afslachtte. Waar kwam dat volk vandaan? Bepaald werd ergens uit het
tegenwoordige midden-zuiden van Duitsland.
Verder zijn we gewend geraakt aan het gebruik van computeranimatie voor het visualiseren
van gebouwen en leefgemeenschappen. Hele historische steden, zoals Den Bosch, worden op
basis van archeologische opgravingen in beeld gebracht. In de krant zie je tegenwoordig
bijna standaard bij een archeologisch artikel, een schitterend bijna foto achtige plaatje.
Zelfs de ruimtelijke ordening plannenmakers gebruiken de animaties! Geweldig toch.
Iedereen heeft gehoord van DNA. Het is ronduit fascinerend hoe middels DNA-analyse hele
volksbewegingen uit het verleden in beeld komen.
Met de vlieg toestellen, drones, kunnen we tegenwoordig heel eenvoudig schitterende overzicht
foto's en films van opgravingsites maken. Peter heeft, nog maar zo'n 20 jaar geleden, bij het
Vorstengraf in Oss in een hoogwerker bakje, al slingerend door de wind en regen, op 25 meter
hoogte, overzichtsfoto's gemaakt. Nu gaat dat met twee vingers gewoon vanaf de grond.
Remote Sensing die verborgen steden tevoorschijn halen en GIS analyses die helpen om een beter
beeld te krijgen van de economie van het Romeinse Rijk, allemaal nieuwe technieken.
Imaging Techniques
Het eerste gedeelte van de studiedag is Imaging Techniques genoemd. Visualisering van wat er opgegraven is.
Drone-technieken bij archeologisch onderzoek.
De eerste lezing werd verzorgd door fysisch geograaf Walter Laan. Walter is werkzaam bij Archol als GIS
specialist en als hoofd ICT. Tevens ook docent op de Universiteit van Leiden.
Archeologen hebben altijd al hun vindplaats van boven willen bekijken. Vanaf een hoger perspectief is het
makkelijker om relaties te leggen met de omgeving, kleurnuances te bekijken, maar ook om grote fenomenen in
kaart te brengen die vanaf de grond niet goed te zien en te fotograferen zijn.
Een aantal ontwikkelingen zijn de afgelopen 10 jaar samengekomen waardoor het gebruik van drones explosief
is toegenomen. Allereerst zijn drones simpelweg betaalbaar en beschikbaar geworden. De eerste drones waren
vrij lastig te besturen omdat deze nog niet waren uitgerust met gps. Een klein zuchtje wind was genoeg om het
de besturing heel lastig te maken. Het gebruik van satellietnavigatie (gps) is in de afgelopen 15 jaar gegroeid
en de meeste drones zijn nu met deze technologie uitgerust. Door deze toevoeging werd het besturen van de drones
veel eenvoudiger. Ten tweede zijn de camera's steeds kleiner en lichter geworden. Drones zijn tegenwoordig
uitgerust met HD-camera's waarmee het mogelijk is om in hoog resolutie video- en fotomateriaal te maken. Ten
derde worden de abrupte bewegingen die een drone maakt gecompenseerd door een zgn. gimbal, een techniek die uit
de filmindustrie is opgepikt. Door deze techniek kan een drone heel rustige filmbeelden maken terwijl er 4 tot 8
motoren hoge toeren draaien en er een stevige wind staat. Een fotocamera is slechts één van de "sensoren" die aan
een drone gehangen kan worden. Daarnaast kan je ook denken aan infrarood-, UV-camera's, 3D scanners, etc. Drones
zitten dus vol met moderne technologie en kunnen daarmee mooie beelden uit de lucht leveren. Het woord drone is
Engels voor mannetjes bij (dar). Er zijn twee typen drones, namelijk die met een vaste vleugel en die met multi
rotors. Drones worden gebruikt in de landbouw(o.a. bemestingsadvies), infra(inspectie van moeilijk bereikbare
plaatsen zoals bruggen), hulpdiensten (brandweer), media, pr (zoals makelaars) enz. De wet- en regelgeving is
verschillend voor recreatief en beroepsmatig gebruik. Recreatief; hoogte maximaal 120 meter en beroepsmatig lager,
maximaal 50 meter. Voor beide geldt; altijd visueel contact houden met de drone, alleen overdag vliegen, niet
vliegen bij no-fly zones zoals vliegvelden en respecteer andermans privacy.
De laatste ontwikkeling is er eentje die eigenlijk los van drones staat. In de afgelopen 10 jaar zijn er software
programma's op de markt gekomen die met een serie foto's een 3D model kunnen produceren. Het zogenaamde onthoeken
van foto's, orthofoto. Door deze techniek is het mogelijk vanaf foto nauwkeurig te meten. Men kan zo foto's van een
gehele opgraving over elkaar heen leggen.
Op bovenstaande afbeelding zijn de blauwe vierkantjes de cameraposities. Het programma neemt niet alleen de beelden. In iedere foto zit ook informatie verstopt: met welke instellingen de foto is gemaakt. Zoals het diafragma, sluitertijd, brandpuntafstand. Dit soort programma's kan uit een reeks foto's een model maken, en zo een samengevoegde foto maken. De onthoekte foto's kunnen we in een GIS brengen, een geografisch programma.
En daar kunnen we de sporen die we in het veld getekend hebben opleggen. We zien verkleuringen binnen de
sporen die misschien achteraf nog anders te interpreteren zijn. Een foto geeft meer informatie dan een
tekening. Deze programma's zijn binnen de archeologie zeer populair en inzetbaar op verschillende schalen.
Vondsten kunnen digitaal in 3D worden afgebeeld, maar ook op opgravings- of landschapsschaal is deze
techniek zeer bruikbaar. Door drone beelden te gebruiken in combinatie met deze software is het nu heel
eenvoudig om een 3D model van een opgraving of gebouw te maken.
De ontwikkelingen staan niet stil, de eerste waterdichte drones komen al op de markt, andere technieken
zullen eraan worden toegevoegd. Maar nu al kunnen we stellen dat archeologen dankbaar gebruik maken van
drones en dit waarschijnlijk in toenemende mate zullen gaan doen in de toekomst. The sky is the limit...
3d scannen, fotogrammetrie en 3d modellen.
De tweede spreker in het kader van Imaging Techniques is Ronald Glaudemans.
Ronald is bouwhistoricus bij Erfgoed 's-Hertogenbosch en promoveerde op 18 april 2017 aan de Radboud Universiteit
op onderzoek naar de bouwgeschiedenis en bouwsculptuur van de Sint-Jan kathedraal van Den Bosch. Ronald heeft voor
het eerst alle middeleeuwse sculptuur van de Sint-Jan beschreven en gedateerd. Dat deed hij door met 3D-visualisaties
van de kathedraal een sluitende bouwgeschiedenis te reconstrueren. Door de visualisatie kon hij precies bepalen wat
wanneer gebouwd is. Op deze wijze werden de sculpturen voor het eerst nauwkeurig gedateerd.
De afdeling Erfgoed van de gemeente 's-Hertogenbosch heeft de afgelopen jaren fors geïnvesteerd in 3D-presentatietechnieken
ten behoeve van het bouwhistorisch en archeologisch onderzoek in de stad. Met het Jeroen Bosch-jaar als aanjagend vliegwiel,
is het gelukt om een voor een breed publiek zeer geslaagde visualisaties te maken van 'de stad van Bosch'. Op de bijbehorende
tentoonstelling kwamen maar liefst 35.000 bezoekers af en ook het verschenen boek, met dezelfde titel, was een succes. Uit
dit project is gebleken dat nieuwe 3D-technieken zich bij uitstek lenen voor het presenteren van moeilijk toegankelijke
onderzoeksgegevens of ruimtelijk moeilijk te doorgronden gebouwen. Ook werken de 3D-modellen drempel verlagend bij het
publiek dat we graag willen bereiken. Het creatief gebruik van 3D-modellen, als leidraad of als hypothesemodel, kan bij
bouwhistorisch en archeologisch onderzoek tot geheel nieuwe inzichten leiden. Bedachte ruimtelijke oplossingen of
reconstructies blijken vaak niet uitvoerbaar wanneer ze daadwerkelijk worden 'nagebouwd' in 3D. Door archeologische en
bouwhistorische gegevens te combineren in een 3D-model kunnen nieuwe conclusies over de bouwgeschiedenis worden getrokken.
De Sint-Jan in Den Bosch kent een, ruimtelijk gezien, bijzonder ingewikkelde bouwgeschiedenis die op conventionele wijze
nauwelijks kon worden overzien. Door de bouwvolgorde letterlijk na te bouwen in 3D-modellen kon de bouwgeschiedenis worden
getoetst en aangepast/verbeterd. Zo toonde Ronald vorig jaar in een publicatie aan dat er in het middenschip van de Sint-Jan
tijdens een bouwfase twee torens hebben gestaan.
Naast deze toepassingen kunnen 3D-technieken van groot nut zijn bij de documentatie van archeologische of bouwhistorische
objecten. 3D-scannen, 3D-fotografie en combinaties ervan worden door de afdeling Erfgoed toegepast, uitgeprobeerd en verbeterd.
Als voorbeeld van 3D-scannen werd een binnen gevel van een oud huis genomen. Door software programma's werden de vele gescande
foto's tot één 3D-model gemodelleerd. Ook is de voorgevel van het stadhuis met behulp van 3D-technieken in beeld gebracht.
Door de eerder beschreven orthofotografie, kleuren en UV-technologie kan men zelfs aantonen welke delen in welke tijdsperiode
zijn gerestaureerd. Zo kan men de restauratie werkzaamheden van een bepaalde bouwperiode heel nauwkeurig uitvoeren.
Micro Sciences
Het tweede gedeelte van de studiedag hebben we Micro Sciences genoemd. Met behulp van microscopen en elektronen microscopen
kunnen we de archeologische materalen bekijken.
Moving metals, Bronze Age metalworking
Onze derde spreker is Maikel Kuijpers. Maikel is universitair docent in de Europese Prehistorie aan de Faculteit der Archeologie
van Leiden. Zijn belangrijkste onderzoeksthema's zijn de metallurgie van de Bronstijd, de materiéle cultuur, het vakmanschap en
de vaardigheid. De laatste twee zeer specifieke mens-materiéle relaties worden zowel in de archeologie als in de hedendaagse
maatschappij onderzocht. In 2014 is Maikel gepromoveerd aan de Universiteit van Cambridge, op onderzoek op vakmanschap en
vaardigheden uit de metaalbewerking in de Vroege Bronstijd.
In 2008 zijn in het beekdal van de Kleine Beerze, ter hoogte van Hoogeloon, een tiental bijlen uit de Midden-Bronstijd opgegraven.
Het feit dat deze tijdens een opgraving zijn gevonden en de vondsomstandigheden dus uitstekend gedocumenteerd, maakt dit een zeer
bijzondere vondst. Niet alleen kan nauwkeurig gereconstrueerd worden hoe en waar deze bijlen gedeponeerd werden in de Midden
Bronstijd, we kunnen ook dankzij wetenschappelijke methodes verschillende details over de productie van deze bijlen onthullen.
Metalen objecten hebben het voordeel dat de gebruikte productietechnieken zich 'fossiliseren' in de microstructuur van het metaal.
Het is daardoor mogelijk om aan de hand van metallografie een gedetailleerde beschrijving te geven van de productie. Een groot deel
van de zogenaamde chaîne opératoire kan worden gereconstrueerd aan de hand van dit type monster. Zijn de bijlen in een gegoten
toestand gelaten of bewerkt? Hoe zijn ze bewerkt? Zijn ze vormgeven door hameren en daarna zacht-gegloeid? Hebben ze een laatste
ronde van koudbewerking gekregen om de hardheid van de snede omhoog te krijgen? Al deze vragen kunnen we beantwoorden middels een
metallografisch monster waarin de microstructuur van het metaal zichtbaar is. Dankzij een additionele methode die Maikel in zijn PhD
heeft ontwikkeld - zogenaamde perceptive categories - kunnen we naast een analyse van wat er gedaan is (de technologische stappen)
ook kijken naar hoe deze stappen zijn toegepast. Dit geeft ons toegang tot de vaardigheid van de metaalbewerkers. Dankzij monstername
kunnen we vast te stellen dat een bijl uitgehamerd is. Door echter ook te categoriseren in hoeverre dit plaatsvond, en te kijken of
dit een respons was op het type metaal kunnen we het niveau van vaardigheid in kaart brengen. Via metallografie en deze methode van
perceptive categories om de data te analyseren en interpreteren, is het mogelijk om een brug te slaan tussen twee werelden die moeilijk
met elkaar communiceren. De 'science-based' archeologie en de meer theoretische sociale archeologie. Deze manier van metallografisch
onderzoek is standaard in de materiaalkunde maar wordt slechts sporadisch toegepast op archeologisch materiaal, ondanks dat deze methode
bijzonder veel informatie oplevert op het gebied van productie. In de Nederlandse archeologie zijn slechts twee voorbeelden te vinden
waar op deze manier onderzoek is gedaan, op zogenaamde Geistingen bijlen. Vijf van de tien bijlen uit Hoogeloon zijn bemonsterd. De
resultaten maken deel uit van een groot onderzoeksproject aan de universiteit Leiden omtrent de curieuze deposities van bronzen in de
Bronstijd. Een van de hoofdvragen van dit project, genaamd Economies of Destruction, is als volgt: Wat maakt een object geschikt voor
depositie? Eerder onderzoek heeft uitgewezen dat specifieke objecten op selectieve plekken in het landschap gedeponeerd worden. Wat deze
gedeponeerde objecten echter anders, dan anderen, maakt is nog niet duidelijk. Een van de personen die hier invloed op had was de
metaalbewerker. Zo zijn er aanwijzingen dat bepaalde bijlen in Centraal-Europa al vanaf hun productie bestemd waren om te deponeren. Ze
zijn gemaakt van een bijzondere compositie en volgens een recept dat afwijkt van normale bijlen. De productiecontext, vakmanschap en de
kwaliteit van objecten lijkt dus een rol te spelen en het is in dit licht dat de bijlen van Hoogeloon erg interessant zijn.
Een dubbele Tilburgse ver(r)assing: eivormige smeltkroesjes uit de IJzertijd
De vierde lezing wordt verzorgd door Hans Huisman. Hans studeerde bodemkunde aan de Universiteit van Wageningen, waar hij zich specialiseerde
in karteringstechnieken, geochemie en GIS. Hij promoveerde in 1998 op een onderzoek naar de chemische samenstelling van de Nederlandse
ondergrond. Hans Huisman is per 1 december 2017 benoemd tot bijzonder hoogleraar Geoarcheologie (aardwetenschappelijke toepassingen in de
archeologie) en Archeometrie (chemisch-fysisch onderzoek in de archeologie) aan de Rijksuniversiteit Groningen. Hij maakt dan voor één dag in
de week deel uit van het Groningen Instituut voor Archeologie van de Faculteit der Letteren, naast zijn werk bij de RCE.
Bij toeval werden in Tilburg, in een kuilvulling met veel houtskool en ijzertijdaardewerk, dertien eivormige objecten gevonden. Een groep
onderzoekers van de Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed, TU Delft en de Universiteit van Groningen zette een reeks aan technieken in om uit te
zoeken wat het voor voorwerpen waren, waarvoor ze gebruikt waren en hoe ze waren gemaakt. Dat leverde twee grote verrassingen op. Non-destructieve
chemische analyses met een zg. hand-held XRF bevestigde dat het om smeltkroesjes ging die gebruikt waren voor koperlegeringen. De eerste grote
verrassing was dat sommige van de eivormige kroesjes afdrukken vertoonden van schroot: Kennelijk waren ze gebruikt voor recycling van objecten van
koperlegeringen. Met behulp van een micro-CT scanner konden de afdrukken gereconstrueerd worden. Om een beter beeld te krijgen hoe de smeltkroesjes
waren gemaakt en gebruikt zijn slijpplaatjes gemaakt van enkele gebroken exemplaren. Onderzoek met microscoop en elektronenmicroscoop leverde een
tweede grote verrassing op: Het bleek dat de kroesjes gemaakt waren met een tot nog toe onbekende combinatie van fijn zand en een mengsel van klei
en as van zoutminnende planten. De combinatie van technieken leverde zo nieuwe inzichten in de metallurgie van de midden-ijzertijd.
Back to Basics / Down to Earth.
Het laatste gedeelte van deze studiedag is genoemd Back to Basics / Down to Earth. Hier komt het zeer tot de verbeelding sprekende isotopen onderzoek
naar voren en grondradaronderzoek.
Isotopenonderzoek aan skeletmateriaal. Je bent wat je eet! Isotopenonderzoek in de Nederlandse archeologie. Een casestudy uit 's-Hertogenbosch
De vijfde spreker is Lisette Kootker. Lisette is verbonden als bioarcheoloog aan de Universiteit van Leiden en aan de Vrije Universiteit van Amsterdam.
Lisette onderzocht of isotopenonderzoek ook kan worden toegepast op Nederlands cultureel erfgoed. Aan de hand van honderden analyses van archeologische
gebitselementen uit Nederland en Zuid Afrika concludeerde Lisette dat vooral strontiumisotopenonderzoek (87Sr/86Sr) een belangrijke rol speelt in het
onderzoek naar de geologische afkomst van mens en dier. Lisette ontwikkelde de eerste Nederlandse strontiumisotopenkaart waarop de ruimtelijke
verspreiding van 87Sr/86Sr is weergegeven. Lisette heeft ervoor gezorgd dat haar isotopenonderzoek nu stevig is ingebed in de commerciële archeologie,
waardoor biogeochemische methodieken meer systematische verankerd zijn in het Nederlandse archeologische onderzoek.
Bijna 30 jaar geleden, in 1987, publiceerde Lex T. Runia de eerste resultaten van koolstof- en stikstofisotopenonderzoek op menselijke resten in zijn
proefschrift "The chemical analysis of prehistoric bones. A paleodietary and ecoarcheological study of Bronze Age West Friesland". Na dit pionierende
werk duurde het exact 21 jaar alvorens weer op grotere schaal isotopenonderzoek op Nederlands archeologisch materiaal werd uitgevoerd (Van de Locht & Kars,
2008a,b). Anno 2018 kunnen we stellen dat archeologisch onderzoek naar menselijke en dierlijke resten ten opzichte van een decennium geleden een extra
dimensie erbij heeft gekregen. Het fysisch antropologisch en archeozoölogisch onderzoek vormen nog steeds de basis, maar met de toepassing van DNA- en
isotopenonderzoek zijn we in staat om op individueel en op populatieniveau meer inzicht te krijgen in verwantschappen, paleodieet en herkomst.
De presentatie gaf inzicht in de (on)mogelijkheden van isotopenonderzoek om de geologische herkomst van een individu -menselijk of dierlijk- te bepalen.
Waar komen wij vandaan en welke weg is bewandeld? Onze botten, tanden, nagels en haren bestaan uit bouwstenen die wij via onze voeding binnen krijgen.
Strontium is in vele opzichte identiek aan calcium, en reageert er dus mee. Bij de realisatie van ons bot en het tandglazuur wordt soms strontium in de
kristalstructuur opgenomen. En de 87Sr/86Sr ratio zal hetzelfde zijn als het eten dat je tijdens het mineralisatieproces hebt genuttigd. Wij zijn dus
letterlijk wat wij eten. Gebaseerd op dit principe kunnen we in de archeologie, maar ook in de forensische wetenschappen, het element strontium gebruiken
om onze geologische herkomst te onderzoeken. Aan de hand van strontiumisotopenonderzoek, waarbij naar de ratio tussen de isotopen 86Sr en 87Sr wordt
gekeken, kan onderzocht worden via de kiezen waar iemand geboren is (de voorste kies 0-3 jaar), de tweede kies (2,5 tot 8 jaar) de achterste kies (8-16 jaar)
dus de eerste 16 jaar van zijn leven heeft doorgebracht, en de laatste maanden van het leven gewoond heeft. Door analyses uit te voeren op muizentanden uit
heel Nederland heeft Lisette een overzichtskaart gemaakt van Nederland.
Deze mogelijkheid om een "levensgeschiedenis" te reconstrueren heeft ervoor gezorgd dat strontiumisotopenonderzoek een van de meest succesvolle en meest
toegepaste technieken in de bioarcheologie is. Ook in Nederland is het aantal projecten waarbij strontiumisotopenonderzoek wordt toegepast sinds 2008
explosief gestegen. Een van deze projecten is project Bastion Baselaar in 's-Hertogenbosch. Begin maart 2011 werd op Bastion Baselaar, als voorbereiding
voor het verplanten van een oude taxusboom, rond de wortelkluit een smalle sleuf gegraven. De kraanmachinist stuitte daarbij onverwacht op enkele menselijk
botten en waarschuwde de politie. Toen deze had geconstateerd dat het niet om recent botmateriaal ging werd de afdeling bouwhistorie, archeologie en
monumenten (BAM) van de gemeente 's-Hertogenbosch ingeschakeld die meteen een archeologisch proefonderzoek startte. Al snel bleek het om een kuil te gaan
waarin dicht op elkaar gepakt en in meerdere lagen op elkaar een groot aantal skeletten lag; een massagraf dus. Het massagraf bestond uit minimaal zes
lagen van opgestapelde lichamen. Door isotopen onderzoek is gebleken dat het gaat om skeletten, afkomstig van Franse soldaten uit de periode 1794-1795.
Het uitgevoerde isotopenonderzoek had derhalve als doel om de hypothese dat deze individuen van Franse komaf waren te verifiëren of te falsifiëren.
Grondradaronderzoek
De laatste spreker is Ruud Hemelaar. Ruud is actief in de Werkgroep Innovatieve Meettechnieken in de Archeologie ofwel WIMA van de Archeologische Vereniging
Kempen- en Peelland. Met grondradaronderzoek in combinatie met historisch onderzoek verkrijg je vrij snel een, op volledig non-destructieve wijze,
bodemopbouw in beeld.
Het doel van de presentatie was te laten zien dat de inzet van de Erfgoedradar nieuwe kansen voor vrijwilligers in de archeologie biedt. Door wetgeving en
economische omstandigheden zijn de mogelijkheden voor amateurarcheologen om op te graven of deel te nemen aan archeologisch (gravend) onderzoek beperkt.
Met behulp van de Erfgoedradar kunnen amateurarcheologen zelf non-invasief onderzoek naar de aanwezigheid van archeologische sporen en resten uitvoeren.
Grondradaronderzoek kan efficiënt door amateurarcheologen met beperkte financiële middelen worden ingezet om zelf non-destructief onderzoek te uit te
voeren. Sinds 2014 is de WIMA actief op het gebied van grondradar binnen de archeologie en heeft inmiddels ruim 75 projecten succesvol afgerond. Deze
kennis en ervaring heeft geleid tot het opstellen van een concreet stappenplan om daarmee het onderzoek succesvol te maken.
De resultaten van deze projecten laten zien dat de Erfgoedradar in staat is onder diverse omstandigheden antwoord te geven op een scala van onderzoeksvragen.
Niet alleen grote structuren zoals fundamenten en restanten van kastelen, kerken en historische landschappelijke elementen maar ook de minder bekende
structuren waaronder grafheuvels en karrensporen kunnen met de erfgoedradar in kaart worden gebracht.