Zasady działania i metodyka użycia wykrywaczy metali w warunkach leśnych na przykładzie Puszczy Boreckiej

Za oknami jesień w pełni, a to oznacza rozpoczęcie sezonu powierzchniowego. W związku z tym zachęcamy do zapoznania się z materiałem nt. zasad działania i metodyki użycia wykrywaczy metali w warunkach leśnych.

Metodyka prospekcji terenowej w poszukiwaniu nowych i analizie zasięgu znanych stanowisk archeologicznych na terenie Puszczy Boreckiej opiera się w znacznej mierze na wykorzystaniu detektorów metali, obsługiwanych przez zespół doświadczonych operatorów. Proces badawczy rozpoczyna się od analizy map LiDAR i typowania interesujących lokacji na podstawie dotychczasowych doświadczeń zespołu i analogii ze znanymi już stanowiskami archeologicznymi. Na tym etapie szacowane jest prawdopodobieństwo, czy dany teren jest dogodny pod względem osadniczym, analizowane jest jego ukształtowanie, zajmowany obszar, odległość od wód stojących i cieków wodnych. Określane jest także położenie względem znanych stanowisk archeologicznych. Jeśli mamy osadę, a nie znamy lokalizacji powiązanego z nią cmentarzyska – szukamy terenu spełniającego określone warunki, które mogłyby być dogodne do jego lokalizacji. Podobnie postępujemy w odwrotnej sytuacji.

Prospekcja terenowa nie ogranicza się wyłącznie do wytypowanych wcześniej miejsc. Im poświęca się najwięcej uwagi, ale sprawdzane jest też ich otoczenie, bliższa i dalsza okolica. Systematycznie badane są też przestrzenie niewyróżniające się niczym szczególnym, ale nadające się do pełnienia funkcji szlaków komunikacyjnych lub miejsc doraźnej działalności człowieka. Podczas badań terenowych wzrokowo oceniane jest też ukształtowanie terenu i wyszukiwane są obiekty, które mogą być związane z pradziejową aktywnością ludzi. Informacje te trafiają do późniejszej analizy dokonywanej przez specjalistów i są uwzględniane w planowaniu dalszych prac badawczych.

Poszukiwania odbywają się w różnych okresach roku i w różnych warunkach wilgotności gleby. Każda z pór roku ma swoje wady i zalety. Czas od późnej jesieni do wczesnej wiosny to brak wegetacji pozwalający na łatwą wzrokową ocenę terenu i dostrzeżenie subtelnych znaków, jak np. skupiska kamieni mogące świadczyć o obecności kurhanów. Jeśli zima była śnieżna, to wiosną pozostałości wysokich traw i innych roślin o miękkich łodygach są przyciśnięte do ziemi, co umożliwia bardzo niskie prowadzenie cewki wykrywacza i pozytywnie wpływa na głębokość detekcji. Lato z kolei umożliwia dostęp do terenów, które w innych okresach roku są podmokłe lub zalane. W takich miejscach oczywiście nie spodziewamy się znaleźć śladów osadniczych, ale zdarzają się tam interesujące luźne znaleziska (np. krzyżackie monety 😉 ). 

Wilgotność gleby też ma istotne znaczenie – w wilgotnej ziemi skuteczność detektorów metali rośnie. Jeśli mamy do czynienia z przedmiotem położonym na głębokości będącej na granicy możliwości detekcyjnych wykrywacza, taki „zastrzyk” dodatkowej czułości może być decydujący. Na skuteczność detekcji oprócz wilgotności wpływają też inne czynniki: 

• konsystencja gruntu (ubity, spulchniony);
• to, jak długo przedmiot leży w ziemi i w jakim stopniu ziemia wokół niego nasyciła się produktami korozji; 
• prędkość działania elektroniki detektora;
•  tryb pracy detektora – statyczny lub dynamiczny;
• stopień dyskryminacji;
• ustawiona czułość – wbrew pozorom nie zawsze im większa, tym lepiej; 
• wysokość i prędkość, z jaką operator prowadzi cewkę;
• częstotliwość pracy wykrywacza; 
• kształt, wielkość, masywność przedmiotu i materiał, z jakiego jest wykonany; 
• to, czy przedmiot trafił do ziemi w stanie nienaruszonym, czy został wcześniej poddany działaniu wysokiej temperatury; 
• kąt pod jakim przedmiot znajduje się w ziemi względem cewki detektora. 

Zdarzają się sytuacje, w których przy specyficznym ułożeniu przedmiotu przy podejściu z jednego kierunku jest on dobrze wykrywany, a przy podejściu pod kątem 90 stopni sygnał drastycznie słabnie lub ginie całkowicie. Podobnie dzieje się z drobnymi przedmiotami, które długo zalegały w jednym miejscu w glebie – produkty korozji stopniowo nasycają otoczenie takiego przedmiotu i po pewnym czasie dają one mocniejszy sygnał niż dany przedmiot (tzw. efekt halo). Możemy spotkać się więc z sytuacją, że obiecujący cel przestanie być wykrywany po wykopaniu dołka i zruszeniu ziemi otaczającej przedmiot. 

Kolejne komplikacje wprowadza gleba jako środowisko, w którym znajdują się poszukiwane przedmioty. Ziemia zawiera wiele minerałów i związków, które wykazują podwyższoną przewodność elektryczną lub właściwościami magnetycznymi. Takie wtrącenia są w stanie skutecznie zamaskować obecność niektórych przedmiotów lub drastycznie ograniczyć głębokość detekcji. Podobny negatywny wpływ na możliwość znalezienia drobnych przedmiotów wykonanych z metali kolorowych będzie miało sąsiedztwo przedmiotów wytworzonych ze stopów żelaza, niektórych kamieni, fragmentów cegieł lub ceramiki – wiąże się to z tzw. efektem maskowania, kiedy obiekt generujący silniejszy sygnał „oślepia” detektor i ukrywa mniejszy przedmiot. Z tego powodu istotne jest, aby po wydobyciu masywnego obiektu sprawdzić, czy w jego sąsiedztwie znajdują się mniejsze przedmioty. 

Aby zrozumieć w jaki sposób detektory metali reagują na warunki środowiskowe, należy uświadomić sobie, że nie wykrywają one bezpośrednio obecności metalu w ziemi, ale badają na zasadzie indukcji przewodnictwo elektryczne obiektów znajdujących się w obrębie działania cewki. Takim przewodnictwem charakteryzuje się też sam grunt, woda, niektóre minerały, związki metali i ich rudy.

Wykrywacze metali reagują także na pole elektromagnetyczne generowane przez kable i linie elektroenergetyczne, wszelkie urządzenia wytwarzające prąd i go przetwarzające oraz nadajniki fal radiowych (w tym telefony komórkowe). 

Detektory metali charakteryzują się wielką czułością, co czyni je wrażliwymi na czynniki zakłócające ich pracę. Jednocześnie ich zasięgi są bardzo ograniczone, z czego być może nie wszyscy zdają sobie sprawę, a im głębiej leży przedmiot, tym trudniej jest go wykryć. Z moich obserwacji wynika, że najwięcej znlezsik wydobywa się z głębokości do 15 cm, w przypadku bardziej masywnych obiektów metalowych i w sprzyjających warunkach ta głębokość oczywiście rośnie, ale np. znalezienie przedmiotu o wielkości współczesnej monety 5 zł na głębokości 30 cm uznałbym za spory sukces. 

Głębokość detekcji w głównej mierze zależy od konstrukcji wykrywacza i jego ustawień. Wynika to bezpośrednio z praw fizyki, na których opierają się te konstrukcje – fala elektromagnetyczna generowana przez wykrywacz jest tym słabsza, im większa jest odległość od cewki detekcyjnej, będącej w tym przypadku rodzajem anteny nadawczo-odbiorczej. Zjawisko to nasila się wraz ze wzrostem częstotliwości tej fali. Wyższa częstotliwość pozwala z kolei na uzyskanie większej rozdzielczości wykrywacza i zwiększa jego czułość na niewielkie lub położone blisko siebie przedmioty. Gdy chcemy szukać dużych obiektów znajdujących się głęboko, potrzebujemy urządzenia o dużej cewce, pracującego na niskiej częstotliwości, przy czym taka konfiguracja praktycznie uniemożliwi nam znalezienie kolorowej drobnicy. Jeśli natomiast interesują nas małe znaleziska w trudnym terenie (obecność metalowych śmieci, mineralizacja gruntu) odpowiednia będzie mała, precyzyjna cewka i wysoka częstotliwość pracy. 

Widać tutaj, jak poważnym ograniczeniem jest głębokość detekcji. O ile na polach ornych, gdzie ziemia podlega cyklicznemu przemieszczaniu, w każdym sezonie istnieje możliwość, że głębiej położone przedmioty znajdą się bliżej powierzchni, to w lesie taka sytuacja praktycznie nie występuje (wyjątkiem są obszary prac leśnych i wymiany drzewostanu). W dodatku w lesie mamy do czynienia z corocznym przyrostem warstwy humusu i roślinnością uniemożliwiającą prowadzenie cewki bezpośrednio nad gruntem. Oznacza to, że te cenne kilkanaście centymetrów zasięgu jest niwelowane przez warunki środowiskowe, więc mamy efektywną możliwość znalezienia przedmiotów leżących stosunkowo płytko pod warstwą humusu. Tutaj pomocne są wszelkie zjawiska, które wpływają na przemieszczanie gruntu, takie jak: działania gospodarcze (np. zrywka), wiatrołomy, działalność fauny (dziki, zwierzęta kopiące nory). Odsłonięta i wykopana gleba jest dodatkowo oceniana wzrokowo pod kątem obecności ceramiki lub fragmentów kości.

Zmierzam do tego, że biorąc pod uwagę te wszystkie czynniki, mimo szybkości i efektywności badań powierzchniowych przy wykorzystaniu detektorów metali, brak znalezisk w danym miejscu nie świadczy o braku zabytków w ziemi, a jedynie o potencjalnym wystąpieniu warunków niesprzyjających skutecznym poszukiwaniom. Dlatego tak ważna jest analiza terenu i szacowanie jego przydatności do wykorzystania przez dawnych mieszkańców. Jeśli wygląda on obiecująco, a badania powierzchniowe nie przyniosły jednoznacznego rozstrzygnięcia, należy je ponawiać co kilka tygodni lub miesięcy.

Trasy, którymi poruszają się operatorzy wykrywaczy w Puszczy Boreckiej, są rejestrowane za pomocą indywidualnych urządzeń GPS lub aplikacji na smartfonach, a następnie wprowadzane do wspólnej bazy danych wraz z lokalizacjami znalezisk. Dzięki temu wiemy, które rejony możemy uznać za przebadane skutecznie, a nad którymi należy jeszcze popracować. W miejscach szczególnie obiecujących ślady różnych osób wielokrotnie się na siebie nakładają. Nie jest to błąd w metodologii badań, ale świadome działanie mające, w świetle tego, co napisałem wcześniej, zwiększyć szanse znalezienia zabytków. 

Wykorzystujemy w badaniach różne modele wykrywaczy dynamicznych VLF (Very Low Frequency) różnych producentów (Garrett, Fisher, Rutus, Minelab, XP), więc ich charakterystyka pracy i wydajność w tych samych warunkach są różne. Nie ma przy tym podziału na detektory „gorsze” i „lepsze”, mimo że część tych urządzeń ma już swoje lata. Nawet sprzęt mniej zaawansowanej konstrukcji może w określonych warunkach poradzić sobie lepiej niż urządzenie wyższej klasy. Prostszy tor analizy sygnału często daje operatorowi więcej informacji niż zaawansowane algorytmy z licznymi filtrami, a mniejsza czułość zwiększa odporność na zakłócenia lub mineralizację. Liczą się tu przede wszystkim doświadczenie użytkownika i znajomość posiadanego sprzętu, która – przy świadomości jego wad i zalet – pozwala na optymalne wykorzystanie w konkretnych warunkach.

Istotnym elementem, który wpływa na użyteczność danego typu wykrywacza w badaniach archeologicznych na terenie Puszczy Boreckiej okazała się specyfika występującej tam ceramiki oraz duża liczba tzw. kamieni magnetycznych (zwykłe na pierwszy rzut oka kamienie, których skład mineralny wpływa na pracę wykrywacza). Jak wspomniałem wcześniej, ceramika i minerały są traktowane jako zakłócenia i producenci detektorów starają się wyeliminować ich wpływ zarówno bezpośredni (jako źródła sygnału), jak i pośredni (jako czynnika maskującego pożądane sygnały).

Obszar Puszczy Boreckiej jest stosunkowo mało zaśmiecony współczesnymi przedmiotami, a gleba w większości wykazuje niską mineralizację. Wśród śmieci dominują typowe dla każdego terenu kapsle i nakrętki od butelek, zrywki od puszek, drut, gwoździe i skoble będące pozostałościami ogrodzeń leśnych, pozostałości osprzętu wykorzystywanego podczas prac leśnych (w tym oporządzenia koni), ślady działań wojennych w postaci wystrzelonych łusek i pocisków broni ręcznej oraz, w niektórych miejscach, odłamki pocisków artyleryjskich. Zdarzają się również przedmioty osobiste, np. guziki, sprzączki i monety z okresu ostatnich 200 lat. Stosunkowo niewielka liczba tych przedmiotów, ich mała koncentracja, brak zakłóceń elektromagnetycznych i niska mineralizacja gleby, pozwalają na pracę wykrywaczy przy bardzo czułych ustawieniach. Standardem jest wyłączona dyskryminacja, a jednorodna gleba na dużych obszarach pozwala na dobre dostrojenie do gruntu. Urządzenia, które pozwalają na jednoczesną pracę w trybie dynamicznym i statycznym, można w tych warunkach efektywnie wykorzystywać. Dzięki tym czynnikom środowiskowym część urządzeń daje się dostroić do tego stopnia, że są w stanie sygnalizować płytko leżącą ceramikę, polepę i kamienie magnetyczne. Odkrycie to pozwoliło na skokowy wzrost skuteczności w lokalizowaniu śladów osadniczych, bruków kamiennych i niewidocznych spod ściółki kurhanów. Pojedyncze znaleziska przedmiotów metalowych nie świadczą o niczym, bo mogą być luźnymi zgubami, ale w połączeniu z dużą ilością ceramiki, polepy lub występowaniem bruków wskazują na możliwą lokalizację osad. W zależności od wielkości obszaru, na jakim występują takie sygnały, kolejnym etapem prac mających na celu weryfikację, z czym mamy do czynienia, są badania geofizyczne i wykopy sondażowe.