UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI
MILANO
FACOLTÀ DI SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE E NATURALI
DIPARTIMENTO DI SCIENZE DELLA TERRA "A. DESIO"
CORSO DI DOTTORATO DI RICERCA IN
SCIENZE NATURALISTICHE ED AMBIENTALI - CICLO XX
IL REMOTE SENSING PER LO
STUDIO GEOMORFOLOGICO
E GEOARCHEOLOGICO DI ZONE ARIDE.
TESI DI DOTTORATO DI RICERCA DI
ALESSANDRO PEREGO
Matr. R05795
RELATORE
PROF. MAURO CREMASCHI
COORDINATORE DEL DOTTORATO
PROF. ANDREA TINTORI
ANNO ACCADEMICO 2006/2007
DISCUSSIONE FINALE SVOLTA IL 19 GENNAIO 2009
Abstract
- THE REMOTE-SENSING FOR
GEOMORPHOLOGICAL AND GEOARCHAEOLOGICAL STUDIES IN ARID ZONES
This work deals with satellite data interpretation in order to detect
geomorphological features in arid and semiarid areas. Particular
attention is given to palaeofluvial traces. The studies cover three
places with archaeological evidences useful to date the
palaeoenvironmental changes.
Wadi Tanezzuft in south-western Libya is a good example of hyperarid
environment due to the tropical high pressure. The landscape shows bare
rock, dune fields, wide playas and a long valley bottom filled with
palaeofluvial sediments. The absence of vegetation allows using
satellite imagery to detect the geological features of the surfaces.
The band ratios on multispectral data (Landsat, ASTER) are useful to
evidence the presence of some elements such as fine sediment in
palaeolakes and alluvium, iron-oxides in palaeodunes and desert varnish
more developed on palaeosurfaces. The comparison of images available
since the '70s shows the environmental changes in the past 30 years and
allows recognizing the active geomorphological elements. The single
palaeofluvial bars in the wadi bottom and the branches of the
palaeolacustrine deltas can be seen in high resolution imagery (SPOT,
PRISM, Ikonos) while the gravel belt representing the palaeoriver's bed
is better visible in L-band radar data (PALSAR) even if partially
covered by thin aeolian sand sheets. The digital elevation model (SRTM
DEM) is used to delimitate the hydrological basin and identify the
structural depression where the palaeoriver ended its course.
Thanks to these observation integrated with data collected during the
field survey a geomorphological map of Wadi Tanezzuft has been
realized. Archaeological sites spatially associate with palaeofluvial
traces indicate fluvial activity during the Early-Middle Olocene.
The surroundings of Tell Beydar, in north-eastern Syria, present a
semiarid environment with a low relief landscape. The digital elevation
model (SRTM DEM) is very useful to detect tells (artificial mounds with
archaeological significance) end extract hydrographical network but
vertical errors in the DEM can create problems. So, above all, a method
to "clean" the DEM with SAGA GIS software is proposed then the
comparison with palaeofluvial traces recognized on satellite imagery
(SPOT and DOI) allow seeing the improvements brought by the cleaning
procedure (--> SRTM
DEM destriping with SAGA GIS: consequences on drainage network
extraction). The association of tells with the hydrological network
indicates the fluvial activity during the Bronze Age.
The Murghab "delta" is a fluvial megafan in south-eastern Turkmenistan.
The climate is hyperarid but the water brought by the artificial
Karakum Canal allows the cultivation in the most part of the fan.
Processing the SRTM DEM put in evidence the relief of many
palaeofluvial ridges often associated with archaeological site already
known by scholars. Data by field investigation indicates the alluvial
deposition stopped in the distal part of the fan after the Bronze Age
while in the apical part it persisted until the Middle Age. Moreover
the DEM allow studying the features in the mountain basin; curvature
and slope parameters identify badlands forms developed on friable
terrains which represent the principal source of the sediments
deposited on the fan during the Holocene.
La fascia arida che decorre dal Nord Africa alla Cina interessando il
Vicino Oriente e l'Asia Centrale ha registrato significativi
cambiamenti ambientali nel corso dell'Olocene, in grado di influenzare
le comunità umane che vi risiedevano. Il clima asciutto subentrato
mediamente nell'Olocene medio, con conseguente rallentamento
dell'alterazione chimica e dell'erosione da acque correnti e lo scarso
sfruttamento dei territori aridi da parte dell'uomo hanno consentito il
preservarsi di forme relitte ed altre testimonianze del cambiamento
delle condizioni ambientali. Nello studio geomorfologico e
geoarcheologico di tali aree il lavoro di terreno è indispensabile per
raccogliere informazioni puntuali/locali (dati archeologici, sezioni
stratigrafiche, elementi databili...) e forme di dettaglio (come
singole barre fluviali). Per osservare morfologie su scala più ampia
che possono estendersi per alcuni chilometri (come il pattern disegnato
dall'insieme delle barre fluviali) e per studiare la disposizione delle
informazioni puntuali in rapporto con il territorio è utile la "vista
dall'alto" consentita dal telerilevamento. Nel caso delle aree qui
esaminate le condizioni geografiche e politiche possono creare
rilevanti difficoltà logistiche all'organizzazione del lavoro di
terreno, per cui è necessario ricavare il maggior numero di
informazioni anche dai dati telerilevati mediante efficaci tecniche di
interpretazione. Tali informazioni sono utili anche nella preparazione
delle indagini sul campo aiutando ad individuare le aree di maggiore
interesse soprattutto dove la cartografia tradizionale è carente.
Le tecniche di telerilevamento hanno visto una continua e notevole
evoluzione soprattutto dal secondo dopoguerra, inizialmente per scopi
militari. I satelliti spia della serie CORONA acquisirono negli anni
'60 e '70 immagini su paesi dell'allora blocco sovietico o circostanti;
l'elemento sensibile era ancora una pellicola in bianco-nero.
Negli anni '70, col crescere delle applicazioni civili di monitoraggio
del territorio e l'introduzione di tecnologie digitali, il
telerilevamento assunse caratteristiche più moderne: di particolare
importanza è la multispettralità ovvero l'acquisizione su più bande
(intervalli di lunghezza d'onda) anche al di fuori dello spettro
visibile, il che consente una migliore caratterizzazione delle
superfici.
I dati radar dimostrarono la propria utilità a scopi civili tra gli
anni '70 e '80 con missioni sperimentali di breve durata, ma solo negli
anni '90 si realizzarono satelliti con orbita permanente mirati
all'acquisizione radar a media risoluzione.
Le immagini ottiche stereoscopiche ed i dati radar possono essere
inoltre utilizzati per ricavare le quote delle superfici realizzando
modelli digitali di terreno.
Nell'ultimo decennio, in seguito alla preoccupazione per il
riscaldamento globale, sono entrati in orbita numerosi satelliti
destinati allo studio dei cambiamenti ambientali (EOS, Earth Observing
System; http://eospso.gsfc.nasa.gov/.) ed i dati prodotti da missioni
di enti pubblici (come NASA ed ESA), sono disponibili a prezzi modesti
per scopi scientifici. Contemporaneamente sono nate missioni di
acquisizione satellitare ad opera di compagnie private che forniscono
immagini costose ma di elevato dettaglio (con risoluzione spaziale di 1
m o anche meno). Le odierne quantità e qualità dei dati telerilevati,
insieme al progresso di hardware e software necessari alla loro
elaborazione, rendono la fotointerpretazione una tecnica di notevole
rilevanza per lo studio del territorio.
Sono
stati individuati i dati più idonei agli studi geomorfologici di tre
aree campione e vengono proposti i metodi di elaborazione per estrarne
le informazioni necessarie. Si tratta di dati a media (10-100 m) ed
alta risoluzione (1-10 m) utili allo studio di terre emerse a scale
media e di dettaglio, in particolare:
dati
da radiazione riflessa:
- Corona;
- SPOT 5;
- PRISM;
- Ikonos;
- Landsat;
- ASTER; |
dati
da onde radar:
- X-SAR;
- SRTM;
- ASAR;
- PALSAR; |
modelli digitali del terreno:
- DEM SRTM |
Tenendo ben presente che il lavoro
di terreno rimane fondamentale e non può essere sostituito ma solo
integrato dai dati telerilevati, la fotointerpretazione è stata
affiancata, ove possibile, da dati di terreno preesistenti e nuove
indagini sul campo.
Sono state studiate tre aree che si
differenziano per condizioni ambientali e che richiedono dati e metodi
di analisi diversi. In ognuna di esse sono in corso sia indagini
geomorfologiche che geoarcheologiche.
Localizzazione delle aree oggetto di studio (immagine NASA Blue Marble
ottenuta con il software World Wind 1.4.)
La maggior parte del lavoro riguarda Wadi Tanezzuft in Libia, un ottimo
esempio di ambiente iperarido con morfologie relitte attribuibili a
climi più umidi. L'assenza di copertura vegetale rende l'area idonea
all'utilizzo di dati multispettrali per la caratterizzazione delle
unità geomorfologiche ed immagini ad alta risoluzione per lo studio di
dettaglio di particolari forme. Il buon livello di conoscenze pregresse
e la quantità di dati di terreno integrabili con quelli satellitari
hanno consentito la stesura della carta geomorfologica dello wadi a
media scala.
>>> Poster: Perego A., Cremaschi M., Zerboni
A. "Il telerilevamento nella ricostruzione della paleoidrografia
olocenica in zone aride. Il caso di studio di Wadi Tanezzuft, Libia
SO." Presentato alla 1° riunione GIT, San Leo (PU), 2006.
Lo studio su Wadi Tanezzuft è
inoltre incluso nei progetti di "categoria 1" dell'ESA (European Space
Agency; http://eopi.esa.int/esa/esa) ottenendo immagini Envisat e dati
dal nuovo satellite ALOS (>>> vai al progetto).
L'area circostante Tell Beydar in
Siria ed il conoide alluvionale del fiume Murghab in Turkmenistan
rappresentano rispettivamente un ambiente semiarido ed uno di
transizione da semiarido ad arido, entrambi con tracce paleofluviali.
In tali condizioni risulta di particolare interesse l'analisi dei
modelli digitali di terreno (DTM) per individuare paleocanali incisi o
pensili. Nel caso del fiume Murghab il DTM è stato utile anche per
ricavare alcuni dati sul bacino a monte del conoide.
Il lavoro è stato approvato
nell'ambito del programma O.A.S.I.S. (Optimising Access to Spot
Infrastructure for Science; http://medias.obs-mip.fr/oasis/) per la
fornitura di scene pancromatiche SPOT ad alta risoluzione.
Questo lavoro non pretende di
dare risposte conclusive ai problemi scientifici delle aree in esame,
le quali necessitano ulteriori studi, ma mostrare come i dati
satellitari siano d'aiuto alla loro soluzione e proporre metodi di
elaborazione per estrarne le informazioni necessarie.
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