Interdisciplinary three-dimensional investigation of the Early Prehistoric deposits of Fumane Cave (Verona, Italy)

The study is focused on implementation of integrated, three-dimensional geophysical and topographical surveys investigation of Early Prehistoric sites on the example of Fumane Cave (Verona, Italy). The methods applied include electrical resistivity tomography (ERT), seismic surface waves (HVSR), laser scanner and photogrammetry. The study involved the use of two resistivity arrays, Wenner-Schlumberger (WSC) and Pole-Pole (PP), both for the shallow resolution in the first 2-3 meters of the deposit and to get information about the total depth and the position of bedrock. Seismic surface-waves may show amplitude resonances at certain frequencies depending on the thickness and elastic parameters of near-surface layers seismic velocity variations and can provide information about the geometry of the bedrock. Two and three-dimensional inversion models provided suggestive resistivity images, that provided detailed information about deposit’s texture spatial characteristics, indicating areas of low resistivity values where potential archaeological materials may be found. Moreover, the maximum depth of the deposits is believed to be around 4-5 m based on the Pole-Pole resistivity images, while the maximum depth of investigation was around 8 meters confirmed by seismic data. Furthermore, by comparing the resistivity, seismic and archaeological data, it is possible to characterise better the nature of sedimentary infill and to locate different post depositional processes involved into the creation of cave deposit. Laser scanner and photogrammetric survey provided georeferenced, high-resolution, three-dimensional, morphologically accurate model of the cave and stratigraphy profiles, serving as a starting point for the modelling of the geophysical data. Furthermore, the detailed survey of the surfaces, such as cave walls, stratigraphy sections and excavation sections, is an important aspect of archaeological data collection, investigation, interpretation and archiving of the site.  

La tesi è focalizzata sulla realizzazione delle indagini geofisiche e topografiche tridimensionali, applicabile sui siti preistorici e basate sull’esempio della Grotta di Fumane (Verona, Italia). I metodi applicati includono la tomografia di resistività elettrica (ERT), le onde sismiche di superficie (HVSR), laser scanner e fotogrammetria. Lo studio ha coinvolto l'uso delle due configurazioni elettrodiche, Wenner-Schlumberger (WSC) e PolePole (PP), sia per avere maggiore risoluzione nei primi 2-3 metri del deposito, sia per ottenere informazioni sulla profondità totale del deposito e la posizione del sostrato roccioso. Le onde sismiche superficiali possono mostrare il rapporto di ampiezza fra gli elementi orizzontali e verticali del moto secondo lo spessore e parametri elastici di strati in prossimità della superficie, variazioni di velocità e fornire informazioni sulla geometria della roccia. Modelli d’inversione 2D e 3D hanno prodotto le immagini suggestive di resistività, che hanno fornito informazioni sul sottosuolo, indicando le aree di bassi valori di resistività che potenzialmente possono contenere il materiale archeologico. Inoltre, la profondità massima dei depositi si crede di essere circa 4-5 metri sulla base delle immagini di resistività Polo-Polo, mentre la profondità massima d’indagine era di circa 8 metri, confermata anche dai dati sismici.  Confrontando i dati della resistività, sismici e archeologici, è possibile caratterizzare meglio la natura del riempimento e di localizzare diversi processi post-deposizionali coinvolti nella creazione del deposito. Laser scanner e rilievo fotogrammetrico hanno fornito il modello tridimensionale della grotta e delle colonne stratigrafiche ad alta risoluzione, che rappresentano il punto di partenza per la modellazione dei dati geofisici. Inoltre, l'indagine dettagliata delle superfici, come pareti della grotta, colonne stratigrafia e le sezioni di scavo, hanno un aspetto importante per la documentazione archeologica, future ricerche, l'interpretazione e l'archiviazione del sito.