Abstract English

Palaeomagnetic measurements of heated archaeological structures are able to resolve the Earth’s magnetic field’s secular variation on timescales in the order of several decades. This allows the prolongation of spherical harmonic models which have been obtained from his-torical direct measurements of the magnetic field for the past 400 years to a time interval of several millennia. Crucial for such modeling and its temporal resolution is a sufficiently dense data base, especially for archaeointensity. While Western, Central and Southern Europe are well covered with a directional data set for at least the past 2000 years, the amount of inten-sity data is still poor and values show a lot of scatter. Sufficiently dense and precise data cover only the past 700 years. The main goal of the project is to carry out archaeointensity measurements on archaeological sites with known archaeodirection. It is intended to enhance for the past 3500 years the archaeomagnetic full vector data set of Central Europe from one or two values per century to about five full archaeomagnetic vectors. This aim will be achieved by first testing and then applying a new method for palaeointensity determination which is able to avoid disturbing chemical alterations and allows for correction of domain effects. Compared to the classical Thellier method it requires only about one third of the heating steps. Therefore, palaeointensity determination is much quicker. The new method also can use material which fails to provide results with the Thellier method. Obtaining such a dense full vector archaeomagnetic data set will provide the data base for improved modeling of the magnetic field during the past 3500 years and increase precision and scope of archaeo-magnetic dating. In this time interval five ‘archaeomagnetic jerks’ occurred defined by sudden changes in the movement of the archaeodirection. Only one of them, around 800 AD seems to be correlated with significantly enhanced archaeointensity. The archaeomagnetic jerk at 900 BC is characterized by a large and rapid loop the Eastern declinations up to 70° and positions of the virtual geomagnetic poles at relatively low latitudes around or less than 60°N. At the same time the archaeointensity decreases to about 2/3 of the present value followed by a rapid increase to the double value. These features are documented in several sites in Austria, Ger-many and France, but require further confirmation. The strong increase of archaeointensity lasting from 800 to 500 BC is correlated with increasing rainfall and a change to colder climate all over Europe. The same is true for the archaeointensity maximum found around 800 AD. Both time intervals are also correlated with lower rates of radiocarbon production which lead to long plateaus in the radiocarbon calibration curve. Accordingly, links between the Earth’s magnetic field and processes in the high atmosphere governing radionuclide or cloud production become more obvious. However, an increasing archaeomagnetic data base for better constraining of global magnetic field models is still needed.

Abstract German

Mit Hilfe von paläomagnetische Messungen an geheizten archäologischen Strukturen, die das Erdmagnetfeld aufgezeichnet haben, kann seine Säkularvariation mit einer Zeitauflösung im Bereich von Jahrzehnten erfasst werden. Dies erlaubt die Beschreibung des Erdmagnetfeldes mit Kugelfunktionsmodellen, die aus historischen Daten der vergangen 400 Jahre gewonnen wurden, für die letzten Jahrtausende fortzusetzen. Unentbehrlich für solche Modellierungen ist eine genügend dichte Datenbasis, insbesondere für die Archäointensität. Während West-, Mittel- und Südeuropa für die letzten 2000 Jahre gut mit Archaeorichtungen abgedeckt sind, ist der Anteil an Intensitäten eher gering und sie zeigen eine große Streuung. Genügend dicht und präzise sind bisher nur die Daten für die vergangenen 700 Jahre. Hauptziel des Projekts ist es, an Fundstellen, für die Archäorichtungen bekannt sind, Messungen der Archäointensität durchzuführen. Hiermit soll der Datensatz an archäomagnetischen Gesamtvektoren Mitteleuropas für die letzten 3500 Jahre von ein bis zwei Werten pro Jahrhundert auf etwa fünf Werte pro Jahrhundert vergrößert werden. Dieses Ziel soll mit Hilfe einer neuen Paläointensitätsmethode erreicht werden, die zunächst getestet werden soll. Die Methode erlaubt chemische Alterationen zu vermeiden und Domäneneffekte zu korrigieren. Verglichen mit der klassischen Thelliermethode benötigt die neue Methode weniger als ein Drittel der Heizschritte. Die Paläointensität ist sehr viel schneller zu bestimmen und es kann auch Material verwendet werden, das mit der Thelliermethode keine Ergebnisse liefert. Der angestrebte große Datensatz an archäomagnetischen Gesamtvektoren wird die Datenbasis für ein verbessertes Modell des Erdmagnetfeldes für die letzen 3500 Jahre liefern und die Genauigkeit und den Anwendungsbereich der archäomagnetischen Datierung wesentlich vergrößern. In diesem Zeitintervall traten fünf ‚archäomagnetische Jerks’ auf, die über schnelle Änderungen in der Bewegung des Richtungsvektors definiert sind. Der Jerk um 800 n. Chr. korreliert mit einer Erhöhung der Archäointensität, während der bei 900 v. Chr. durch eine große Schleife östlicher Deklinationen von bis zu 70° gekennzeichnet ist. Die Positionen der virtuellen geomagnetischen Pole liegen bei relativ niedrigen geographischen Breiten bei oder unterhalb von 60°N. Zur gleichen Zeit sinkt die Archäointensität auf etwa zwei Drittel des heutigen Wertes und steigt dann schnell auf etwa das Doppelte des heutigen Wertes an. Diese erhöhte Säkularvariation ist in Fundstellen in Österreich, Deutschland und Frankreich dokumentiert, und soll weiter untersucht werden. Der starke Anstieg der Archäointensität zwischen 800 und 500 v. Chr. korreliert mit einem feuchteren und kälteren Klima in Mitteleuropa. Dies gibt auch für die erhöhten Archäointensitäten um 800 n. Chr. In beiden Zeitintervallen wird außerdem eine erniedrigte 14C-Produktion beobachtet, die zu Plateaus in der 14C-Kalibrationskurve führt. Dies erhärtet mögliche Zusammenhänge zwischen dem Erdmagnetfeld und Prozessen in der Atmosphäre, die die Radionuklidproduktion oder Wolkenbildung steuern. Allerdings ist eine wesentlich verbesserte Datenbasis für entsprechende globale Erdmagnetfeldmodelle erforderlich. Das Projekt soll mit der gezielten Gewinnung archäomagnetischer Richtungen von Fundstellen, die in die vorchristliche Zeit oder die Völkerwanderungszeit datieren, Lücken im mitteleuropäschen Datensatz der archäomagnetischen Richtungen füllen. Hierfür stehen bereits Proben von ca. 30 französischen bzw. deutschen Befunden aus diesen Zeiten zu Verfügung. Mit dem erweiterten europäischen archäomagnetischen Datensatz soll untersucht werden, ob ‚archäomagnetische Jerks’ zeitgleich in Mitteleuropa auftreten. Der Zusammenhang mit der Intensität soll durch die Messung von archäomagnetischen Gesamtvektoren untermauert werden. Hierzu sollen Archäointensitäten von Fundstellen bestimmt werden, für die die Richtung bereits vorliegt. Wenn das Material des Befundes selbst für die Intensität ungeeignet ist, soll auf deplaziertes Material, wie Scherben oder Ziegel aus dem Fundzusammenhang zurückgegriffen werden, die in enge zeitliche und räumlichen Herkunft haben. Ein solcher Gesamtvektordatensatz erlaubt, den Zusammenhang zwischen Archäorichtung und –intensität direkt zu untersuchen. Weiterhin können die Messfehler der archäomagnetischen Datierung durch Untersuchung der Intensität reduziert werden.