Neue Erkenntnisse aus den Geowissenschaften methodische Ansätze in der Archäologie

Abstract

Diese Dissertation ist gesperrt bis zum 01.01.2027!

Die Archäologie befindet sich an der Schnittstelle zwischen sozial-, anthropologisch- und naturwissenschaftlichen Ansätzen. Interdisziplinäre Methoden und Forschung haben in den letzten drei Jahrzehnten an Dynamik gewonnen. Obwohl dies kein neues Phänomen ist, fehlt es der Anwendung moderner quantitativer Methoden aus den Umwelt- und Geowissenschaften in der Archäologie oft an einer angemessenen theoretischen Grundlage, und sie werden in erster Linie als ergänzendes Analyseinstrument eingesetzt. Falsche Anwendung und nicht angepasste Methoden können zu unzuverlässigen Ergebnissen führen, während komplexe anthropogene Prozesse ohne spezielle Ansätze verborgen bleiben können.

Diese Dissertation verfolgt daher zwei Hauptziele: einen kritischen Überblick über neue Methoden in der Archäologie zu geben und die Relevanz methodischer Ansätze aus anderen Disziplinen für die Bearbeitung archäologischer Fragestellungen zu bewerten. Besonderes Augenmerk gilt dabei den Wechselwirkungen zwischen Mensch und Umwelt, mit einem Schwerpunkt auf der Bodendynamik im nördlichen Mesopotamien (Region Kurdistan, Irak), einer Region, in der die intensive Besiedlung während der Bronze- und Eisenzeit (2500–330 v. Chr.) eine ideale Fallstudie für quantitative Landschaftsansätze bietet. Diese Arbeit kombiniert eine systematische Übersicht über Anwendungen des maschinellen Lernens in der Archäologie, die Erstellung einen eigens erstellten, georeferenzierten Bodendatensatz, der aus Felduntersuchungen zusammengestellt wurde, sowie die Anwendung eines multimethodischen Ansatzes, der archäologische Vorhersagemodelle, traditionelle statistische Werkzeuge und unüberwachte Methoden kombiniert, um bisher wenig erforschte Beziehungen zwischen Menschen und Böden innerhalb der Landschaft zu identifizieren.

Neben den in dieser Arbeit ausführlich dargelegten theoretischen Überlegungen zu modernen Methoden lassen sich die Ergebnisse in zwei sich ergänzende Bereiche zusammenfassen. Aus methodischer Sicht wurde ein innovativer, reproduzierbarer und transparenter multimethodischer Rahmen entwickelt, indem geowissenschaftliche Ansätze angepasst und übernommen sowie ein neu entwickelter Bodenproxy – die Paläobodenmodellierung – integriert wurde, der für archäologische Anwendungen angepasst wurde. Umgekehrt wirkten sich Indizes, die die kurzfristige Bodendynamik widerspiegeln, negativ auf das Vorkommen von Fundstellen aus, was mit der Hypothese übereinstimmt, dass frühere Gesellschaften über Kenntnisse der Zusammenhänge zwischen Bodenbeschaffenheit und Klimamuster verfügten, die ihre Besiedlung der Landschaft leiteten. Obwohl kein klares zeitliches Muster festgestellt wurde, zeigen die Ergebnisse eine deutliche ökologische und anthropogene Dichotomie zwischen dem südlichen und dem nördlichen Teil des Untersuchungsgebiets. Diese lässt sich entweder durch kulturelle Unterschiede oder durch eine taphonomische Überlieferungsverzerrung erklären, die durch neu gesammelte Feldbeobachtungen untermauert wird. Insgesamt unterstreichen diese Ergebnisse sowohl das Potenzial als auch die Grenzen geowissenschaftlicher quantitativer Ansätze in der Archäologie und sprechen für deren Einbindung in explizite theoretische Rahmenkonzepte.

Archaeology is at the crossroads of social, anthropological, and natural sciences approaches. Interdisciplinary methods and research have gained momentum for the past three decades. Although not recent, the application of modern quantitative large scale methods derived from environmental and geosciences in archaeology, often lacks adequate theoretical grounding and is primarily used as a supplementary analytical tool. Misuses and unadapted methods may produce unreliable results, while complex anthropogenic processes can stay hidden without dedicated approaches.

This dissertation, therefore, seeks two main objectives: to provide a critical overview of new methods in archaeology and to assess the relevance of methodological approaches from other disciplines for addressing archaeological questions. Particular attention is given to environment-human interactions, with a focus on soil dynamics in northern Mesopotamia (Kurdistan Region, Iraq), a region where intensive settlement during the Bronze and Iron Ages (2500-330 BCE) offers an ideal case study for quantitative landscape approaches. This thesis combines a systematic review of machine learning applications for archaeology, the production of an original, georeferenced soil dataset compiled from field surveys and the application of a multimethod approach combining archaeological predictive modelling, traditional statistical tools, and unsupervised methods to identify previously underexplored relationships between humans and soils within the landscape.

Besides the theoretical considerations on modern methods detailed in this thesis, the results can be summarised along two complementary lines. From a methodological perspective, an innovative, reproducible, and transparent multimethod framework was developed by adapting and adopting geoscientific approaches and integrating a newly developed soil proxy -palaeosol modelling - adapted for archaeological applications. Regarding environment-human interactions, the results highlight the continued importance of previously identified factors influencing settlement location, as well as a positive correlation between site presence and long-term soil productivity indices, while short-term dynamic indices show an inverse relationship. Conversely, indices reflecting short-term soil dynamics presented a negative correlation with site occurrence, consistent with the hypothesis that past societies had knowledge of soil texture-climate patterns, guiding their occupation of the landscape. Although no clear temporal pattern was identified, the results reveal a marked environmental and anthropogenic dichotomy between the southern and northern parts of the study area. They might be explained either by cultural differences or by a taphonomic bias, informed by newly collected field observations. Overall, these findings underscore the potential and limits of geoscientific quantitative approaches in archaeology and advocate their integration within explicit theoretical frameworks.

L'archéologie se situe à l'intersection des approches des sciences sociales et des sciences naturelles. Les méthodes interdisciplinaires ont gagné en importance au cours des trois dernières décennies. Bien qu'utilisées depuis un certain temps, les méthodes dérivées des sciences environnementales ou des géosciences, une fois appliquées à des problématiques archéologiques, manquent souvent de fondement théorique et sont souvent utilisées comme un faire-valoir d'innovation. De mauvaises utilisations ou des méthodes inadaptées peuvent produire des résultats peu fiables, et des processus anthropiques analysés peuvent rester invisibles sans une technique adéquate.

Cette dissertation cherche ainsi à: d'une part, proposer un aperçu critique des nouvelles méthodes en science de l'archéologie et, d'autre part, caractériser l'intérêt des approches issues d'autres disciplines pour répondre à des questions archéologiques. Une attention particulière est donnée aux interactions entre environnement et humains avec une fenêtre d'observation sur les dynamiques des sols en Mésopotamie du nord (région du Kurdistan, Irak). La présence de nombreux sites de l'âge du Bronze à l'âge du Fer (2500-330 AEC) fait de cette zone un cas d'étude idéal pour développer une approche quantitative des paysages. Cette thèse combine une revue systématique, dans la littérature scientifique, de l'utilisation de l'apprentissage automatisé en archéologie et la production d’un jeu de données pédologiques original et géoréférencé, acquis lors de campagnes de terrain. Enfin, une stratégie multi-méthode combinant modèles archéologiques prédictifs, tests statistiques et méthodes non supervisées a été appliquée afin de relever les relations encore inexplorées entre humains et sols au sein d'un même paysage.

Au-delà des considérations théoriques sur les nouvelles méthodes décrites dans cette thèse, les résultats peuvent être résumés en deux points complémentaires. D'un point de vue méthodologique, un processus innovant et reproductible utilisant une approche dite multiméthodes a été développé à partir d'approches des géosciences et en intégrant un proxy pour les sols nouvellement développé - modélisation des paléosols - et adapté aux utilisations archéologiques. En ce qui concerne les interactions entre humains et environnements, les résultats montrent que des facteurs environnementaux déjà connus, ainsi que les indices de qualité du sol lié a des poropriétés physico-chimiques evoluant sur le temps long, influencent positivement la présence de sites sur l’ensemble des périodes étudiées. À l'inverse, les indices de sol associés à des dynamiques temporelles rapides exercent une influence négative sur la présence de sites. Cela permet de soutenir l'hypothèse selon laquelle les sociétés passées possédaient une forme de savoir sur la composition des sols et sur les facteurs climatiques influençant leur développement, çe savoir a pu orienter leurs stratégies d'occupation du territoire. Bien qu'aucune dynamique temporelle claire n'ait été identifiée, les résultats montrent une dichotomie à la fois environnementale et potentiellement anthropique entre le sud et le nord de la zone d'étude. Celle-ci peut s'expliquer par des différences culturelles ou par un biais taphonomique, nourri par de nouvelles observations de terrain. En somme, ces résultats soulignent aussi bien les apports que les limites des approches quantitatives issues des géosciences et ils permettent de préconiser leur utilisation une fois un cadre théorique clair mis en place.