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How to identify climate signals within a GIS site catchment analysis

In the River Oder region, an abandonment of the settlements of the migration period has been identified. As the archaeological finding site analysis shows, the region was virtually uninhabited from 450 to 700 AD. Was an ecological crisis the reason for that exodus? Unfortunately, we have only very few scientific data sets from the German-Polish border region. So I had to find new ways to generate arguments and answer this question. By a systematic site catchment analysis I could find out signals of the paleoclimate. They are the evidence of dramatic climate fluctuations. And this is the biggest reason of the emigration of the inhabitants. At the same time the results of the site catchment analysis are the base for a predictive modeling with has clearly defined areas of high and low probabilities of finding sites.

In the context of the present study, an analysis in a GIS of sites from the Iron Age to the Early Middle Ages was applied to the River Oder Region. A site catchment analysis of the topographical setting, the soil and broader parameters was conducted as a GIS examination. In this the spatial data information in a probable operating radius around the respective settlements of the individual periods was collected and evaluated statistically. In this way, statistically significant climate proxies on the relative humidity index and temperature pattern of the paleoclimate could be demonstrated. Through the use of weighted average means it was possible to describe climate signals of the compared periods. The quantitative analysis of the data of more than 500 finding sites allows identifying significant signals. As a result I found out that at the end of the Iron Age and at the beginning of the migration period, dramatic climate fluctuations are recognized. The climate fluctuations are the main reason for emigration out of this region. In the migration period, and again at the end of the Iron Age, the region was virtually uninhabited for 250 years. The data from the site catchment analysis is in a next step the base for a predictive modeling with has clearly defined areas of high and low probabilities of finding sites.

A site catchment analysis of the topographical setting, the soil and broader parameters was conducted as a GIS examination, in which the spatial data information in a probable operating radius around the respective settlements of the individual periods was collected and evaluated statistically. In this way, statistically significant climate proxies on the relative humidity index and temperature pattern of the paleoclimate could be demonstrated. In addition, the deciding location factors of the soil and the geoecological environment of the settlement as well as distortionary anthropogenic and natural superimpositions were discussed. The ecological indicator values were rearranged into concise categories in a transformation process in consideration of their usability and informative value for matters concerning prehistoric, agronomically orientated cultures and checked for climate signals.  The identified climate signals do not represent absolute data, but rather indirect, relative data, which permit comparative statements concerning the previous and subsequent level.

With the use of comparative climate research, palynology, dendrochronology, the status of glaciers, river levels and models of paleotemperature, the climate signals that were produced in the context of the GIS environmental analysis could be verified. In this way, the probability and concision of the environmental analysis developed here and its particularly detailed chronological value were substantiated.

The final step of the GIS analysis is based on Voronoi diagrams of the sites mapped as prehistoric space models. They show concepts of space in time. In a cartographic reconstruction of settlement clusters, the relationship between the anthropogenically influenced agricultural area and extensive natural forest areas was visualised. These methods are a part for the predictive modeling to clarify for example the most interesting regions of the settlements in the migration period.

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Generierung von neuem Wissen in der Digitalen Archäologie: Site Catchment Analysis der Völkerwanderungszeit im Odergebiet in einem GIS

Die Digitale Archäologie ist ein Oberbegriff mehrerer Teildisziplinen, die verstärkt digitale Methoden in Forschung und Lehre der Altertumswissenschaften einsetzen. Darunter ist die Geoarchäologie einzuordnen, die sich primär mit Geo-Fragestellungen im archäologischen Kontext beschäftigt. Im Rahmen der fokussierten geoarchäologischen Untersuchungen ist der grundlegenden Frage nach dem Verhältnis prähistorischer Siedler zu ihrem Umfeld nachgegangen worden. Dabei wurden Verfahren einer Umfelduntersuchung (Site Catchment Analyses) entwickelt, die standardisiert in ein Geographisches Informationssystem (GIS) eingebunden sind. Die Archäo-Daten aus den Fundstellenarchiven der archäologischen Facheinrichtungen wurden im GIS mit den kartographischen Geo-Raumdaten der Geobasisdienste (via WMS- World Map Server) zusammengebracht und systematisch analysiert.

In einer ersten Analyse-Stufe konnte im GIS, neben ansprechenden Visualisierungen, auch eine Modellierung des prähistorischen Raumes anhand von Besiedlungsintensitäten, Kontaktsphären und Besiedlungsmustern im zeitlichen Verlauf durchgeführt werden. Im zweiten Schritt wurden darüber hinaus im Rahmen der Site Catchment Analyses neue Daten zu den Fundstellen gewonnen, die in einer mit jedem Fundpunkt verknüpften Datenbank eingepflegt worden sind und die Basis für folgende statistische Verfahren boten.
Innerhalb der Untersuchung zeigten sich anhand der Daten aus der Umfelduntersuchung im zeitlichen Verlauf stark unterschiedliche Ansprüche der Siedler an ihr direktes und weiteres Wohnumfeld. Gleichzeitig waren jedoch innerhalb einer Zeitstufe die Umfeldansprüche erstaunlich homogen. Bei zugrundeliegender Annahme einer weitgehend stabilen Wirtschaftsweise von der römischen Kaiserzeit bis zum Frühmittelalter (basierend auf den vorliegenden Befunden in der Archäo-Datenbank), ist dies als deutliches Signal von Klimafluktuationen zu werten.
In einem dritten Schritt wurden diese thesenhaften Zusammenhänge von Siedlungsstandortwahl und Klimaveränderungen mit auf naturwissen­schaftlichem Wege gewonnenen Klimaproxis verglichen, wobei es zu einer grundsätzlichen Bestätigung der Klimasignale basierend auf der Umfeldanalyse kann, was das Funktionieren der Methode belegt.
In weiteren Testregionen wird nun die erarbeitete Methode erneut angewandt, um regionale Effekte besser zu identifizieren und um prähistorische Raumkonzepte fallbeispielhaft aufzuzeigen. So ist grundsätzlich zwischen Regionen in inneren Barbaricum, Grenzregionen zum ehemaligen Römischen Reich und Regionen innerhalb des Römischen Reiches zu unterschieden. Im Barbaricum scheinen die Siedlungsstandortwahlen viel stärker von geoökologischen Faktoren geprägt gewesen zu sein, da die wirtschaftliche Grundlage primär auf Ackerbau und Viehzucht beruhte. Im Einflussbereich des Römischen Reiches ist oft der Handel eine ökonomische Basis vieler Siedlungen. Innerhalb des Römischen Reiches deutet sich durch die Romanisierung der Bevölkerung, auch im ländlichen Bereich, eine viel systematischere Raumerschließung an, die teils von standörtlichen Geoökofaktoren recht unabhängig sein kann. In Folgeuntersuchungen wird genau diesen Fragen nachgegangen: Es werden dabei mögliche Konzepte der Raumerschließung im zeitlichen Verlauf und in regionaler Ausprägung methodisch standardisiert (und damit vergleichbar) konsequent in einem GIS analysiert.

Alle Interessierten sind herzlich zum Vortrag im Kolloquium Digital Humanities der Universität Trier am 09.01.2013 (8:30 Uhr, Raum A 338) eingeladen.

http://www.coli.uni-saarland.de/~csporled/trier/DHKolloq.html

http://kompetenzzentrum.uni-trier.de/de/extra/aktuell/

http://armin-volkmann-geoarchaeology.de