Final Report English:

Variation of archaeomagnetic intensity since 1500 BC

The project’s results contribute to two different scientific fields. On one hand, the geophysical aspect is that a considerably enlarged data set of geomagnetic vectors of the time interval 1500 BC to 2003 AD provides a better knowledge of geomagnetic field variations for the past 3500 years. This data set overlaps with direct historical observations of the geomagnetic field. This allows for access to the reliability of so-called archaeomagnetic measurements, which retrieve information on the geomagnetic field vector by investigation of any kind of ovens, baked clay, bricks and pottery found in archaeological excavations. On the other hand, a soon as the temporal variation of the geomagnetic field is known for a certain region, it can be used to determine the age of other, undated archaeological features containing baked material. This is a well established method when the direction of the geomagnetic field can be used. The challenge of the project was to increase the data set on geomagnetic field strength, which is much more difficult to measure. For this purpose a new method was tested on a large number of archaeological features. Although this new method is not much quicker or more successful than established methods, it has the advantage to provide smaller errors and it gives a better access on reliability of the data. The newly obtained data further support that very strong variations of the archaeomagnetic field strength (strong increase followed by a decrease) occurred in two time intervals around 800 BC and 800 AD, each lasting several centuries. Especially for these time intervals also new directional data have been obtained in the project and help to define the geomagnetic field variations much better. They show that also strong movements in geomagnetic direction occurred in these two periods. Both time intervals are coincident with long plateaus of the radiocarbon calibration curve and hence very imprecise 14C-ages are systematically obtained in these two important archaeological periods, which are the transition from Bronze to Iron Age and the early Medieval. The strong geomagnetic variations are now sufficiently well characterized, that they can be used for archaeomagnetic dating in Central Europe and help to improve archaeological chronologies. The data are as well important for the geophysical aspect of geomagnetic field modeling. Crucial for such modeling and its temporal resolution is a sufficiently dense data base, which due to the project’s results is now available for Central Europe for the first time. This will lead to a better understanding of strong geomagnetic variations on time scales of decades to millennia.

Final Report German:

Die Variation der archäomagnetischen Intensität seit 1500 v. Chr.

Die Ergebnisse des Projekts tragen zu zwei wissenschaftlichen Feldern bei. Einerseits zur Geophysik, wobei ein bedeutend größerer Datensatz an geomagnetischen Feldvektoren für das Zeitintervall von 1500 v. Chr. bis 2003 n. Chr. eine verbesserte Kenntnis der geomagnetischen Feldvariationen für die vergangenen 3500 Jahre erlaubt. Dieser Datensatz überlappt mit direkten historischen Aufzeichnungen des Erdmagnetfeldes. Dies erlaubt die Verlässlichkeit von sogenannten archäomagnetischen Messungen, die Information über den geomagnetischen Feldvektor aus der Untersuchung von allen Arten von Öfen, gebranntem Ton, Ziegeln und Töpferwaren ziehen, besser einzuschätzen. Andererseits kann, sobald die zeitliche Änderung des geomagnetischen Feldes für eine bestimmte Region bekannt ist, diese zur Alterbestimmung archäologischer Befunde mit gebranntem Material herangezogen werden, deren Alter unbekannt ist. Diese Methode ist gut etabliert, sofern die Richtung des geomagnetischen Feldes benutzt werden kann. Die Herausforderung des Projekts war jedoch, mehr Daten über die Stärke des geomagnetischen Feldes zu gewinnen, deren Bestimmung wesentlich schwieriger ist. Hierzu wurde eine neue Methode an einer großen Zahl archäologischer Befunde getestet. Obwohl die neue Methode letztlich nicht wesentlich schneller oder erfolgreicher als etablierte Methoden ist, hat sie den Vorteil kleinerer Messfehler und eine bessere Einschätzung der Zuverlässigkeit der Daten zu ermöglichen. Die neu gewonnenen Daten untermauern weiter, dass sehr starke Variationen der archäomagnetischen Feldstärke in zwei Zeitintervallen von jeweils einigen Hundert Jahren um etwa 800 vor und etwa 800 nach Chr. auftraten. Gerade in diesen Zeiträumen helfen auch neue Daten der Magnetfeldrichtung, die geomagnetischen Variationen besser zu erfassen und sie zeigen, dass auch starke Bewegungen der Magnetfeldrichtung auftraten. Die beiden Zeitintervalle fallen mit zwei langen Plateaus der Radiokarbon-Kalibrationskurve zusammen, weswegen 14C-Alter in diesen für die Archäologie wichtigen Zeiträumen sehr ungenau sind. Es handelt sich um den Übergang von der Bronze- zur Eisenzeit und das Frühmittelalter. Die starken geomagnetischen Variationen sind nun genügend genau erfasst, um sie für die archäomagnetische Datierung in Mitteleuropa zu benutzen und so bei der Verbesserung archäologischer Chronologien zu helfen. Die Daten sind auch wichtig für die Geophysik und die Modellierung des geomagnetischen Feldes. Entscheidend für solche Modellierungen und ihre Zeitauflösung ist eine genügend dichte Datenbasis, die nun durch die Ergebnisse des Projekts erstmalig für Mitteleuropa zur Verfügung steht. Hieraus lässt sich eine besseres Verständnis starker, geomagnetischer Variationen auf Zeitskalen von Jahrzehnten bis Jahrtausenden ziehen.