Er hat die „Verlorene Stadt“ der Maya im Regenwald entdeckt und sich dabei auf eine kostenlose Karte verlassen?

Der Archäologe Takeshi Inomata von der University of Arizona ist dieser Tage ganz aufgeregt. Er erforscht die antike Maya-Zivilisation und hat vor Kurzem ein lange verschollenes Maya-Relikt entdeckt, was einen bedeutenden Durchbruch in der Erforschung der Maya-Zivilisation als Ganzes darstellt.

Die Schatzkarte, die ihn zu dieser „verlorenen Stadt“ führte, war tatsächlich eine völlig kostenlose Online-Karte.

Takeshi Noda entdeckt mithilfe kostenloser Karten eine Maya-Ruine | uanews.arizona.edu

Maya-Ruinen in kostenlosen Lidar-Karten

Die Geschichte beginnt in den 1980er Jahren. Takeshi Noda war damals Doktorand. Obwohl sich die Mainstream-Forschung damals auf die Blütezeit der Politik und Wirtschaft der Maya-Zivilisation (zwischen 250 und 900 n. Chr.) konzentrierte, interessierte sich Takeshi Noda mehr für die Ursprünge der Maya-Kultur. Sobald er in der Lage war, selbstständig zu forschen, konnte er es kaum erwarten, mit dem Projekt zu beginnen.

Es ist verständlich, dass niemand die Ursprünge erforscht hat – es fehlen archäologische Beweise aus der Zeit der Entstehung der Zivilisation und es gibt keine großflächigen Relikte, sodass alles bei Null beginnen muss. Erst 2005 begannen er und seine Frau, die Anthropologin Daniela Triadan von der University of Arizona, mit der Ausgrabung der antiken Stadt Ceibal im guatemaltekischen Petén-Regenwald. Dort entdeckten sie einige der ältesten bekannten Maya-Bauwerke.

Dr. Takeshi Noda und Dr. Yadan Cui glauben, dass die früheste Maya-Zivilisation von Anfang an von den Olmeken beeinflusst wurde und dass die Beziehung zwischen den beiden bis zum Ursprung der mesoamerikanischen Zivilisation zurückverfolgt werden kann. Um die Beziehung zwischen den beiden Kulturen weiter zu erforschen, ist es notwendig, das Gebiet zwischen der antiken Stadt Ceibal und dem kulturellen Zentrum der Olmeken zu untersuchen.

Das Problem besteht darin, dass dieses Gebiet zu groß ist. Es erstreckt sich von Veracruz (Mexiko) im Norden bis nach Guatemala im Süden, eine Luftlinie von mehr als 800 Kilometern, die für die meisten Archäologenteams unerreichbar ist. Der größte Teil dieses Gebiets besteht aus unbewohntem tropischen Regenwald. Archäologische Arbeiten an diesen Orten sind eine sehr gefährliche Herausforderung, da sie das Tragen schwerer Messgeräte und Wanderungen durch den Dschungel erfordern. Es kann mehrere Jahre dauern, ein einzelnes Relikt zu finden, was es zu einer sehr zeit- und arbeitsintensiven Aufgabe macht.

Takeshi Noda begann schon früh darüber nachzudenken, ob es möglich sei, vorhandene Karteninformationen mit technischen Mitteln auszuwerten. Die meisten Leute denken dabei wahrscheinlich an GPS-Satellitenkarten – tatsächlich können heutige Satellitenkarten eine Genauigkeit von einem Meter aufweisen und sogar Autos am Boden sind deutlich zu erkennen. Für Archäologen besteht das Problem mit Satellitenkarten jedoch darin, dass sie zu flach sind. Die meisten Ruinen liegen versteckt im Regenwald und sind überhaupt nicht zu erkennen.

Es gibt auch einen Kartentyp, der leistungsfähiger und genauer ist als GPS: Lidar. Mit dieser Art von Karte lassen sich äußerst detaillierte Informationen zur Topografie gewinnen, das einzige Problem ist jedoch, dass sie zu teuer ist. Eine kommerzielle Lidar-Karte von weniger als 100 Quadratkilometern kostet mehr als 60.000 US-Dollar und übersteigt damit die Forschungsmittel der Archäologieabteilung.

Doch für Takeshi Noda änderte sich die Lage plötzlich zum Besseren: Er fand tatsächlich kostenlose Ressourcen im Internet! Es stellte sich heraus, dass die mexikanische Regierung dieses Gebiet bereits untersucht hatte und alles öffentlich zugänglich ist.

Als Takeshi Noda von Rodrigo Liendo, einem Archäologen der Nationalen Autonomen Universität von Mexiko, eine Lidar-Karte von ganz Südmexiko erhielt, war er so aufgeregt, dass er nicht wusste, was er sagen sollte. Die 2011 vom mexikanischen Nationalen Institut für Statistik und Geographie veröffentlichte Karte umfasst 11.500 Quadratkilometer der mexikanischen Bundesstaaten Tabasco und Chiapas. In Tabasco befinden sich die Olmeken-Ruinen von San Lorenzo.

Dr. Takeshi Noda konnte auf der Karte deutlich die Umrisse unzähliger archäologischer Stätten erkennen. Bisher hat er damit die Standorte von 27 bislang unbekannten zeremoniellen Zentren der Maya identifiziert, die einen Architekturtyp aufweisen, den Archäologen noch nie zuvor gesehen haben. Einige der Plattformen in diesen Ruinen sind bis zu 1,6 Kilometer lang.

„Wenn man auf der Plattform läuft, merkt man nicht, dass man auf den Überresten einer antiken Stadt läuft, weil sie so groß ist, dass sie wie ein Teil der natürlichen Landschaft aussieht. Aber jetzt können wir besser erkennen, wie die gesamte Gesellschaft aussah“, sagte Dr. Takeshi Noda.

Maya-Ruinen La Carmelita von Takeshi Noda entdeckt | Nationales Zentrum für luftgestützte Laserkartierung

So sehen die Ruinen in Wirklichkeit aus und unterscheiden sich nicht von anderen Orten | Noda Takeshi

Diese Stätten könnten Licht auf die Ursprünge der Maya-Zivilisation werfen, und genau diese Erforschung interessiert Noda am meisten. Derzeit gräbt Takeshi Nodas Team das größte religiöse Reliquienzentrum aus, das auf der Lidar-Karte entdeckt wurde, und hofft, dort mehr über die frühesten religiösen Rituale der alten Maya zu erfahren. Die mexikanische Regierung erweitert diese kostenlose Karte ständig, um neue Gebiete abzudecken.

Lidar, ein guter Freund der Archäologen

Die Anwendung von Lidar im Bereich der Archäologie begann im frühen 21. Jahrhundert. Insbesondere bei Ruinen, die unter dichter Vegetation verborgen sind, erspart die Lidar-Technologie Archäologen viele mühsame Wanderungen und Vermessungen im Dschungel. Mithilfe der Lidar-Technologie müssen Archäologen jetzt nur noch das Ziel finden, bequem dorthin fliegen und die Vermessungs- und Kartierungsarbeiten in wenigen Tagen abschließen.

Arlen Chase, ein Archäologe am Pomona College, war einer der ersten Anwender von Lidar. Mithilfe der Lidar-Technologie kartierte er 2009 die Maya-Stadt Caracol in Belize. Sein Sohn Adrian Chase promoviert derzeit an der Arizona State University. Dabei vergleicht er mithilfe der Lidar-Technologie die Wohnfläche von über 4.000 Häusern in Caracol, um Rückschlüsse auf das Ausmaß der sozialen Ungleichheit zu dieser Zeit zu ziehen (da heute wohlhabendere Bewohner größere Häuser haben).

Vor der Einführung von Lidar wäre eine solche Stapelanalyse nahezu unmöglich gewesen. Im Jahr 2013 entdeckten der Archäologe Damian Evans und sein Team von der Universität Sydney mithilfe der Lidar-Technologie die antike Stadt Mahendraparvata in Kambodscha, die 1.200 Jahre lang still gewesen war.

Was ist LiDAR?

Lidar, kurz für Light Detection and Ranging, ist ein Fernerkundungsverfahren, das Licht in Form von gepulsten Lasern zur Messung variabler Entfernungen nutzt. LiDAR-Instrumente bestehen hauptsächlich aus Lasern, Scannern und speziellen GPS-Empfängern (Global Positioning System). Viele von ihnen werden heute mit Flugzeugen und Hubschraubern transportiert.

Im Jahr 2015 schloss das Team von Takeshi Noda mit Hilfe von Mitarbeitern des National Center for Airborne Laser Mapping (NCALM) an der Universität von Houston die Kartierung und Lidar-Datenerfassung eines 470 Quadratkilometer großen Gebiets rund um die antike Stadt Sebar in nur sechs Tagen ab.

Sie platzierten die Lidar-Ausrüstung in einem kleinen Flugzeug und schwebten 700 Meter über dem Regenwald. Wenn Laser einer bestimmten Wellenlänge von einem luftgestützten Sender ausgesendet werden, durchdringen einige von ihnen das dichte Blätterdach des Regenwaldes und erreichen das Ziel. Der Lichtstrahl wird von der Oberfläche, auf die er trifft, reflektiert und kehrt zum Empfangssensor zurück. Aus der zwischenzeitlich erfassten Zeit lässt sich die Distanz zwischen Ziel und Lasersender berechnen und damit die dreidimensionale Form des Bodens erfassen. Dies ähnelt einem Physikproblem aus der Mittelstufe: Wenn man die Lichtgeschwindigkeit und die Hin- und Rücklaufzeit von der Lichtquelle zu einem bestimmten Punkt kennt, berechnet man die Entfernung zwischen der Lichtquelle und dem Zielort.

Bei Gebieten mit unterschiedlicher Vegetationsdichte und Höhenlage müssen die Mitarbeiter zudem die Flughöhe und die Frequenz der Laseremission entsprechend anpassen. Im zentralen Bereich der Stadt Sebar wird aus Höhen von 700 Metern, 600 Metern und 400 Metern ein „Kombinationsschlag“ aus Impulsen unterschiedlicher Frequenz abgefeuert, der die Waldschichten durchdringt und äußerst subtile archäologische Merkmale für diesen Ort freilegt.

Die Form der Ruinen lässt sich aus den zahlreichen Daten nicht intuitiv ableiten. Zu diesem Zeitpunkt wird das digitale Höhenmodell (DEM) als Hilfe benötigt.

DEM ist eine Methode zum Ausdrücken von Objekten durch die Verwendung von Geländehöhendaten, d. h. Daten, die durch Laserscanning von einem Flugzeug aus gewonnen werden, um eine digitale Simulation des Bodengeländes zu erreichen. Nach der Datenverarbeitung erhielt das Forschungsteam ein Modell mit einer horizontalen Auflösung von 0,5 Metern nach Entfernung der Vegetation. Auf dem Bildschirm erschien ein verlorenes antikes Relikt.

Modell der nackten Erde, nachdem Lidar-Daten durch das DEM gelaufen sind

Lidars ultimatives Geschenk an die Menschheit

Die LiDAR-Technologie bietet Archäologen nicht nur neue Möglichkeiten zur Analyse der antiken Welt, sondern ermöglicht es auch den Menschen, die Veränderungen ihrer Perspektiven in Gegenwart und Zukunft zu betrachten – können wir mithilfe von Laserscanning detaillierte Karten des gesamten Landes auf der Erde zeichnen?

Professor Chris Fisher, ein Archäologe an der Colorado State University, drängt darauf, dies zu verwirklichen, und richtet ein „Erdarchiv“ ein. Das Projekt wurde von der gemeinnützigen Organisation CyArk inspiriert, die Lidar-Technologie nutzt, um kulturelle Relikte und Stätten in 3D aufzuzeichnen.

Lidar kann jedoch noch viel mehr als nur diese aufzeichnen.

Der Anwendungsbereich von Lidar ist sehr flexibel. Je nach Einsatzzweck werden auch die optischen Parameter der Laserentfernungsmessung angepasst. Beispielsweise werden bei der Geländevermessung üblicherweise Nahinfrarotlaser mit Wellenlängen von 1047 nm, 1064 nm, 1550 nm usw. verwendet; und bei der Höhenmessung des Meeres- und Flussbodens werden blaugrüne Laserbänder mit besserer Wasserdurchlässigkeit, beispielsweise 532 nm, verwendet.

Daher kann Lidar nicht nur Land scannen, sondern auch problemlos geografische Rauminformationen von Wasserumgebungen wie Eisflächen, Küstengebieten und Tiefsee erfassen. Die Erstellung einer 3D-Karte der gesamten Erde ist kein Traum mehr. Darüber hinaus ist die Auflösung der Daten bereits erstaunlich hoch. „Wir konnten etwas etwa 20 Zentimeter über dem Boden sehen, etwa so groß wie ein Baustein.“

LiDAR funktioniert gut an Land und auf Eisflächen, was wichtige praktische Auswirkungen auf Küstengebiete hat, die durch den steigenden Meeresspiegel bedroht sind, sowie auf die Erfassung des Amazonasbeckens.

Mithilfe von Lidar lassen sich unter anderem das Alter und die Komplexität eines Waldes ermitteln und die Landschaft rekonstruieren sowie ihre Veränderungen im Laufe der Zeit verfolgen. Bei Ökosystemen mit reichhaltigen Schichten und unterschiedlicher Verteilung, wie etwa Wäldern, kann die Lidar-Technologie herkömmliche zeit- und arbeitsintensive Felduntersuchungsmethoden ersetzen, um die oberirdische Biomasse von Wäldern zu schätzen. Was die riesigen weißen Polarregionen betrifft, kann Lidar die Dicke der Eisdecke überwachen und die Schneeansammlung auf den Polargletschern quantitativ analysieren und so den Zusammenhang zwischen dem Abschmelzen der Gletscher und globalen Temperaturänderungen ermitteln.

Professor Fisher hat dieses Projekt gefördert, um die Klimakrise anzugehen. Die Dokumentation aller Aspekte ist das ultimative Geschenk an künftige Generationen, bevor das bedrohte kulturelle Erbe – archäologische Stätten, Landschaften, aber auch das ökologische Erbe – Pflanzen, Tiere und die gesamte Landschaft, Geologie, Hydrologie usw. dieser Orte – radikal verändert wird.

Für uns ist Lidar wie ein Auge, das in die Vergangenheit blicken und die Zukunft aufzeichnen kann. Es kann das weite Land mit subtiler Präzision berücksichtigen und eine Brücke zwischen Vergangenheit und Zukunft bauen. Und das ist die Bedeutung der Wissenschaft.

Verweise

[1] https://www.nytimes.com/2019/10/08/science/archaeology-lidar-maya.html

[2] https://www.theguardian.com/science/2019/oct/11/ultimate-gift-to-future-generations-plan-to-laser-map-all-land-on-earth

[3] https://oceanservice.noaa.gov/facts/lidar.html

[4] https://doi.org/10.1371/journal.pone.0221943

[5] https://academic.oup.com/bioscience/article-pdf/52/1/19/26891841/52-1-19.pdf

[6] https://www.pnas.org/content/pnas/110/31/12595.full.pdf

[7] http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-85402-1015543026.htm

[8] http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZNTB201826009.htm

Autorin: Vivian

Herausgeber: Li Zi Li Zi SMS, Cloud