I løpet av to hektiske sesonger i 2001 og 2002 ble det gjennomført arkeologiske utgravinger på Melkøya utenfor Hammerfest i Finnmark. Utgravingsprosjektet anvender GIS og digitale metoder for innsamling og analyse av fortidig bosetting og landskap.

Anja Roth Niemi, Tromsø Museum - Universitetsmuseet.

Bakgrunn
Statoil bygger nå et anlegg for nedkjøling og utskiping av gass fra Snøhvitfeltet i Barentshavet på Melkøya som ligger utenfor Hammerfest. Før utbygginga kunne starte måtte området befares av arkeologer for å undersøke eventuelle forekomster av automatisk freda kulturminner på øya. Det viste seg at øya oppviste en rekke spor etter bosettinger fra eldre steinalder rundt 10.000 f.kr. og fram til århundrene etter Kristi fødsel, spor som etter Kulturminneloven krever søknad om frigivelse før de kan berøres av utbygging. Slik frigivelse ble gitt Statoil under forutsetning av at Statoil finansierte utgravingen av kulturminnene. I løpet av 2001 og 2002 ble utgravingene gjennomført under ledelse av Tromsø Museum - Universitetsmuseet.

Disse utgravingene er de største som er gjennomført i landsdelen og omfattet deltagelse av over 80 arkeologer og studenter fra 11 nasjoner. 4 lokaliteter ble gravd ut under prosjektet (fig 1). Størrelsen på prosjektet tilsa at det var behov for å involvere nyere tekniske løsninger i gjennomføringen av utgravingene. Det ble blant annet vektlagt å anvende digitale metoder for dokumentasjon og analyse bosettingssporene, men også for dokumentasjonen av et landskap som har vært i stadig endring gjennom forhistoria. I denne delen av prosjektet har GIS spilt en stor rolle i hvordan vi nå kan håndtere og analysere den store mengden data som funnene fra den 10.000 år lange bosettingsperioden oppviser.

Figur 1
De utgravde områdene på Melkøya og Meland

Arkeologi og GIS
Mye av informasjonen som utgravingspraksisen fokuserer på har en romlig karakter, og innenfor arkeologien har dette romlige aspektet vært helt sentralt i forsøkene på å forstå fortidige samfunn. Kulturkomplekser, lokaliteter, strukturer, enkeltgjenstander, spredning av avslag, og uttak av prøver har alle felles at de befinner seg i en konkret romlig posisjon. Gjennom å studere mønstre, eller fravær av mønstre, i den romlige distribusjonen kan de ulike lokalitetene, strukturene og gjenstandene relateres til hverandre. Vi kan dermed trekke slutninger om når de ulike elementene har vært i bruk og i mange tilfeller hvilken funksjon de har hatt.

De seinere åra har moderne datateknologi også gjort sitt inntog i arkeologiens verden. Fordelene ved å anvende digitale metoder innen arkeologisk forskning er mange. Der blyant, papir og målebånd tidligere var viktige, men tidkrevende, redskaper kan vi nå ved hjelp av totalstasjon og GPS dokumentere store mengder av informasjon rundt funn, strukturer, landskap og prøveuttak på en millimeternøyaktig og etterprøvbar måte.

Videre gir GIS oss anledning til å se ulike funnkategorier i sammenheng med strukturer og landskap for slik å oppnå en større forståelse av det helhetlige fortidige samfunnet. Gjennom GIS kobles informasjon om funnomstendigheter, funntyper og - kategorier med kart, tegninger, ortofoto og innmålinger slik at topografisk og arkeologisk data kan kombineres. I ArcView blir ulike temalag som høydemålinger av terrenget, ulike strukturer som tufter, kokegroper, hellegroper, ryddede flater og lignende, uttakssteder for vitenskaplige prøver, tidligere registreringer og spredning av ulike funnkategorier kombinert og analysert i forhold til hverandre. Gjennom kobling av topografiske kart og felttegninger til funndatabasen kan vi visualisere funndistribusjonen innenfor et område, sammenligne distribusjonen mellom ulike områder, samt sammenligne spredningen av ulike funnkategorier. Dessuten produseres ulike landskapsmodeller som anvendes for å forstå sammenhengen mellom topografiske attributter og arkeologiske strukturer i området som har blitt undersøkt.

I kjernen av GIS ligger jo prinsippet om at geografisk plassering er helt vesentlig for analysen som skal utføres. Og akkurat dette er jo det største fokus i arkeologiske utgravinger: nøyaktig dokumentasjon av gjenstanders, strukturers og landskapets romlige plassering og utforming.

Datafangst og databehandling
Fig 2 viser en oversikt over prosessen måledata, tegninger og funn gjennomgår i Melkøyprosjektet. For datafangst i felt, i form av innmåling og dokumentasjon av strukturer, topografi og funn, falt valget på anvendelse av en Sokkia Set500 totalstasjon, med SDR33 datalogger. Årsaken til at totalstasjon ble fortrukket framfor GPS er at vi ønsket et redskap som kunne gi oss så nøyaktige målinger som mulig i alle tre dimensjoner, uten at kostnadene ble for store. Totalstasjonen fungerte fint også i ekstreme værsituasjoner, som det naturlig nok var mange av så langt mot nord.

Figur 2
Prosessene tegninger og kart, måledata og funn gjennomgår fra felt til publikasjon

Dataene blir bearbeidet i ArcView 3.2 med 3D Analyst og Spatial Analyst. Her blir de innmålte dataene koblet mot digitalt kartgrunnlag og funndatabasen, som utgjøres av titusenvis av poster der funnene er katalogiserte etter en spesielt utarbeidet nøkkel. Denne koblingen gjør at vi har tilgang til opplysninger om funnomstendigheter, type råstoff, type redskap og lignende, som geografisk stedfestet informasjon. Dette fordrer imidlertid konvertering mellom de digitale kartdata i nasjonalt koordinatsystem (NGO) og det lokale koordinatsystemet som ble anvendt under utgravingene, og som alle funn var registrerte i. Dette blir hovedsakelig gjort gjennom anvendelse av ulike scripts i ArcView.

Ved hjelp av Spatial Analyst og 3D Analyst blir fordelingen av funn videre analysert i forhold til de enkelte strukturer og i forhold til landskapet. I denne prosessen anvender vi også Surfer fra Golden Software.

Kartproduksjon og kontroll
En stor fordel ved å anvende GIS er muligheten til fortløpende å produsere kart som viser omfanget av utgravingene, og som løpende kan holdes oppdatert i forhold til funnmengden mens utgravingene pågår. Gjennom ArcView visualiseres enkelt det utgravde feltet og de arkeologiske funnene, slik at vi kan få indikasjoner på hvor konsentrasjoner av funn finnes, og hvor det kan være nødvendig å utvide utgravingsområdet. Vi kan dermed holde kontroll på hvor det arkeologiske materialet befinner seg i landskapet.

Videre brukes GIS til å holde kontroll på omfanget av utgravingene, både når det gjelder beregninger av hvor stort areal som er avdekket, men også når det gjelder volumet på massene som fjernes under utgravingene. Gjennom å sammenligne utgravingsområdet på topografisk kartverk med oppmålinger av topografien som framkommer etter utgraving, gjennom en såkalt cut/fill-analyse, kan vi kalkulere hvor mye masse som er fjernet. Ut fra denne modellen ble det beregnet at på en av lokalitetene som omfattet 3040 m2, ble et volum på ca 1200 m3 fjernet under utgravingene.

Distribusjonsanalyser
GIS-egenskapen til å kombinere informasjon om fysisk plassering og informasjon om egenskaper gir en spesielt fordelaktig mulighet når det gjelder visualisering og analyse av funnspredning innenfor en struktur eller et område. Gjennom GIS kan vi utføre spørringer som kombinerer ulike funnkategorier, råstofftyper og strukturer for slik å undersøke om det eksisterer skjulte mønstre i den romlige distribusjon.

Figur 3 viser spredning av enkelte funnkategorier og avslag (rester etter redskapsproduksjon) på lokaliteten Kilden i forhold til ildstedene. Avslagene er representert med blå konturer, mens de røde sirklene representerer ildsteder. Det er tydelig at ildstedene har vært helt sentrale for organiseringen av oppholdet på denne lokaliteten. For nærmere å forstå den romlige organiseringa av aktiviteter kan videre vi forsøke å relatere noen sentrale funnkategorier til ildstedsstrukturene og avslagsspredningen, slik som pilespisser, keramikk, kjerner og skrapere. Distribusjonsmønsteret sammen med funnenes karakter og sammensetning kan tyde på at man på denne lokaliteten brukte ildstedene i prosesser tilknyttet produksjon og reparasjon av pilespisser.

Framstilling av grafiske spredningskart gir oss både overblikk over lokalitetene men får oss også til å stille nye spørsmål rundt årsakene bak tilstedeværelsen eller fraværet av mønstre i den romlige plasseringen til funn og strukturer. Slike distribusjonsanalyser er ikke nytt innen arkeologien, men GIS forenkler kraftig prosedyrene for kombinasjon av ulike nivåer med informasjon som tidligere måtte gjennomføres manuelt.

Figur 3
Distribusjon av avslag (blå konturer, ekv. 10, min.0) og utvalgte funnkategorier på lokaliteten Kilden

Landskapsmodellering
Digitale metoder er også nyttige på en større skala. Like viktig som å forstå distribusjon av funn og strukturer innenfor lokaliteten er det å forstå årsakene som ligger bak valget for plassering av strukturene og selve bosettinga i det større landskapet.

For å forsøke å komme nærmere en forståelse av sammenhengen mellom det fortidige landskapet og den fortidige bosettinga ville vi dokumentere landskapet slik det så ut da tuftene var i bruk. Dette betydde at topografien slik den framstod etter at det meste av flere tusenvis av års torvvekst var fjernet, måtte dokumenteres.

På en av lokalitetene ble det derfor gjort topografiske oppmålinger ved hjelp av totalstasjon. Målingene ble blant annet brukt til å lage tredimensjonale modeller (TIN) av landskapet slik det framstod etter at jordmassene var fjernet under utgravingene. Resultatet har blitt at vi nå for det første har en detaljert og navigerbar framstilling av landskapet slik det så ut etter avtorving. Uten innmålingene ville vi måtte nøyd oss med fotos og beskrivelser av det utgravde feltet og terrenget der. For det andre forenkler modellene relasjonen mellom bosettingene og landskapet, slik det framstod for menneskene som bevegde og bosatte seg i det i forhistorien.

Detaljer i topografien som ikke er synlige på det topografiske kartgrunnlaget, som jo er konstruert ut fra overflatedata, trer fram på terrengmodellene, og disse detaljene kan relateres til hvordan man valgte å plassere husene i steinalderen (fig 4). I den nedre delen av Sundfjæra ser vi at tuftene nesten utelukkende er plassert mellom framskytende bergkammer og tett inntil bergvegger i øst og i vest. Disse topografiske elementene, som ikke var synlige på overflata og derfor ikke på det digitale kartgrunnlaget, har sannsynligvis vært anvendt som konstruksjonselementer, slik som bærere av tverrliggere for tak og støtteelementer for vegger. Topografien har gitt tuftene ly, men har altså også blitt innlemmet i datidens arkitektur.

Figur 4
Terrengmodell av lokaliteten Sundfjæra sett fra havet, konstruert på basis av topografiske målinger etter fjerning av jordmasser. Arkeologiske strukturer markert med rødt

Massive torvvekst har vært en av landskapsendringene som har skjedd på Melkøya gjennom forhistorien. Den andre landskapsendringa utgjøres av det endrede forholdet mellom hav og land som har forårsaket en forskyvning av strandlinja på flere titalls meter gjennom steinalderen.

For å forstå årsakene bak plassering av kystnære og maritimt orienterte bosettinger gjennom forhistorien er det helt vesentlig at bosettingene relateres til det daværende havnivået. Ved å konstruere tredimensjonale modeller gjennom ArcView og 3D Analyst der havnivået endres samtidig som de relevante bosettingene plottes inn, er det mulig å lage grafiske framstillinger av hvordan landskapet så ut på et visst tidspunkt og studere plassering av bosettinger i forhold til havnivå. Vi produserer også animasjoner av hvordan landskapet, havnivået og bosettingenes lokalisering endrer seg over tid. I formidlingsøyemed blir terrengmodellene eksportert som VRML-filer som vil bli lagt ut på prosjektets hjemmeside, slik at publikum selv kan ta en tur gjennom landskapet på Melkøya, som i dag er planert og erstattet av betong og gasstanker.

De fleste større arkeologiske forskningsprosjekter i Norge satser nå på anvendelse av digitale metoder og GIS for dokumentasjon og analyse av funn og landskap som avdekkes under utgravinger. GIS, i form av håndtering, integrering og analyse av romlig data og arkeologisk data, har absolutt et stort potensial for den arkeologiske disiplinen. Mulighetene som ligger i GIS og digitale metoder er mange, og disse vil bli langt flere og mer omfattende, også i arkeologiens verden, i tida som kommer.