Trends and perspectives of space-borne SAR remote sensing for archaeological landscape and cultural heritage applications

This paper provides an overview of the opportunities that image analysts, archaeologists and conservation scientists currently have to use space-borne Synthetic Aperture Radar (SAR) imagery for prospection of cultural landscapes and investigation of environmental, land surface and anthropogenic processes that can alter the condition of heritage assets. The benefits of the recent developments in SAR satellite sensors towards higher resolution (up to less than 1 m) and shorter revisiting times (up to a few days) are discussed in relation to established techniques using the two key SAR parameters – amplitude and phase. Selected case studies from Middle East to South America illustrate how SAR can be effectively used to detect subtle archaeological features in modern landscapes, monitor historic sites and assess damage in areas of conflict. These examples form the basis to highlight the current trends in archaeological remote sensing based on space-borne SAR data in the era of the European Space Agency's Sentinel-1 constellation and on-demand high resolution space missions such as TerraSAR-X

Assessment of Landscape Processes, Forms and Features in the Lake Manyara Region, East African Rift Valley

The rift valleys of the East African Rift Systems form two branches (Eastern and Western rift). Within the Eastern rift, there is a southward propagation in the onset of volcanism, and hence rifting that has led to the formation of a narrow graben commonly referred to as the Gregory rift (in Tanzania). The endorheic basin at its southern end where the present saline Lake Manyara was formed. The lakes largest tributary is the Makuyuni River that is providing fresh water from northwest volcanic highlands. Along the Makuyuni River, where first and second tributaries cut deep into the sediments, the landscape is dominated by erosion features. These sediments reveal exposed and outcropping artefacts and fossils, which have been found starting in the 1930s in archaeological and paleontological expeditions. In the close vicinity of Makuyuni town, two hominin bearing sites were discovered in 2008. As few is known about the landscape itself, this study has set its focus on the surrounding landscapes of Makuyuni and its geomorphic implications. Key drivers of landscape development in Northern Tanzania are the tectonics and tectonically induced processes. The thus disrupt drainage networks and analyses thereof can reveal the effects on the morphology of stream longitudinal profiles. These transformations in turn, have an impact on driving river incision, in general on linear erosion phenomena. The triggered rill and gully erosion features will eventually lead to soil loss. Gully erosion is a major threat concerning landscape degradation in semiarid ecosystems, as they remove fertile topsoil and as such prevent agricultural use. The study showed, that most of the gully systems are there for decades and in stable conditions. There are, however, areas of exposed risk for erosion. A detailed examination of soil loss areas, innovative automatic surface runoff detector (SRD) devices have been installed. They measure runoff height and duration. This data contribute to a better understanding of the water cycle as well as to soil functions in semiarid environments. The specific research questions have been considered in five different publications that describe the applied methodologies and results in detail. In order to understand the different geomorphic processes, different methods and scales have been used. Field surveying was an important factor and surface runoff, soil characteristics and erosion phenomena have been sampled and measured. Specifically, this study examined rill and gully erosion features and underwent a detailed mapping around Makuyuni in order to describe and understand the occurring landscape systems. Laboratory procedures involved soil parameter analysing and digital data analysis involved digital elevation model analysis, remote sensing imagery, sophisticated statistical models and in the end a detailed geomorphic map compiling of the greater area. Many studies have focused on partial aspects of geomorphic processes. The frame-work of this doctoral thesis seeks to answer a holistic approach, in order to understand, interpret and discuss related geomorphic processes, their spatial extents and locations. This work contributes to the knowledge of present geomorphic processes and features and the landscape evolution within the Lake Manyara area in Northern Tanzania. The above mentioned methods and analyses may be applicable to similar areas in the African rift.Der große Ostafrikanische Grabenbruch teilt sich im südlichen Äthiopien in zwei Hauptsysteme, den östlichen und den westlichen Graben. Im östlichen Graben nehmen die vulkanischen Aktivitäten und daher auch die aktive Grabenbildung nach Süden zu, was zu der heutigen Bildung einer engen Grabenschlucht geführt hat, das sogenannte Gregory Rift in Tansania. An dessen südlichem Ende hat sich ein endorheisches Becken gebildet, wo sich heute der flache Salzsee Manyara befindet. Sein größter Zubringer ist der Fluss Makuyuni, welcher Frischwasser aus den vulkanischen Hochlanden nordwestlich des Beckens mit sich führt. Entlang diesen Flusses haben sich weitere Verzweigungen tief in die Sedimente gegraben; die Landschaft wird von Erosionsformen dominiert. In diesen Sedimenten zeigen sich nun freigelegte Artefakte und Fossilien, welche seit den 1930er Jahren bei archäologischen wie paläontologischen Expeditionen entdeckt wurden. In der Nähe der Siedlung Makuyuni wurden 2008 zwei Knochenreste von frühen Hominiden gefunden. Wenig Forschung gibt es über die Landschaft selber, die vorliegende Arbeit beschäftigt sich daher mit der Umgebung Makuyunis und seinen geomorphologischen Eigenschaften. Wesentlich für die Formung der Landschaft Nordtansanias sind die tektonischen und tektonisch-getriebenen Prozesse. Die dadurch gestörten Abflussnetzwerke und deren Analysen können die Auswirkungen auf die Morphologie der Abflusslängsprofile aufzeigen. Diese Veränderungen wiederum wirken sich auf die Einschneidungsdynamiken der Flüsse und Bäche aus, generell also auf lineare Abflussprozesse. Die so entstehenden Rillen- und Gullyerosionsformen führen zu Bodenverlusten. Die Gullyerosion ist eine der größten Naturgefahren in semiariden Ökosystemen, da sie große Teile des Oberbodens abtragen und so die Landschaft einer agrarischen Nutzung entziehen. Die Arbeit konnte aufzeigen, dass viele der Gullysysteme seit mehreren Jahrzehnten bestehen und stabil sind. Es gibt jedoch Bereiche, die von potentiellen Abtragungsrisiken betroffen sind. Um diese Bodenabtragungen genauer zu untersuchen, wurde mit innovativen Oberflächenabflussdetektoren gearbeitet. Diese messen den Oberflächenabfluss in seiner Höhe und Dauer. Diese Daten tragen zu einem besseren Verständnis des Wasserkreislaufes sowie allgemein zu Bodenfunktionen semiarider Ökosysteme bei. Die jeweiligen Forschungsfragen wurden in fünf Artikeln abgehandelt, diese beschreiben die angewandten Methoden und Resultate im Detail. Um die verschiedenen geomorphologischen Prozesse zu untersuchen, wurde mit verschiedenen Methoden und verschiedenen Skalen gearbeitet. Die Feldarbeit nahm einen wichtigen Teil ein und es wurden u.a. Oberflächenabfluss, Bodenwerte und Erosionsformen beprobt und vermessen. Im Speziellen wurden auf die Rillen- und Gullyerosion eingegangen sowie auf eine detaillierte Kartierung der Umgebung Makuyunis um die verschiedenen Landschaftssysteme zu beschreiben und zu verstehen. Im Labor wurden die Bodenproben analysiert und mit den digitalen Geländemodellen, den Fernerkundungsdaten und statistischen Methoden wurden einzelne Studien durchgeführt und am Ende eine geomorphologische Karte des Gebiets erarbeitet. Viele Studien untersuchten Teilbereiche geomorphologischer Prozesse. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde daher ein ganzheitlicher Ansatz verfolgt, um die geomorphologischen Prozesse, ihre räumliche Ausdehnung und Verortung zu verstehen, zu interpretieren und die wissenschaftlichen Erkenntnisse als Ganzes zu diskutieren. Diese Arbeit trägt daher zu neuem Wissen aktueller geomorphologischer Prozesse und Formen sowie der Landschaftsentwicklung als solche in der Umgebung des Manyarasees in Nordtansania bei. Die dabei verwandten Methoden und Analysen sind in ähnlichen Ökosystemen entlang des Ostafrikanischen Grabens anwendbar

Southern African Geomorphology

This book covers the geomorphology and landscape evolution of South Africa, focusing on arid landscapes, fluvial systems, karst, Quaternary landscapes, macro-scale geomorphic evolution, coastal geomorphology and applied geomorphology. It would appeal to postgraduate students in Physical Geography (Geomorphology) and Physical Geology and all academics in the earth sciences

Rock glaciers

Rock glaciers, a key element of alpine mountain geomorphic systems, consist of coarse surface debris that insulates an ice-core or ice-debris mixture. Rates of movement of active rock glaciers vary from 1 to more than 100 cm yr–1. Rock glaciers exist in all major mountain ranges where permafrost occurs but are more common in dryer climates with high talus accumulation rates. New geospatial techniques, high-resolution data sources, and improved technology will contribute to a better understanding of these landforms. This chapter provides an in-depth summary of important research findings pertaining to rock glaciers and offers insight to future research.Preprin

Remote Sensing and Geosciences for Archaeology

This book collects more than 20 papers, written by renowned experts and scientists from across the globe, that showcase the state-of-the-art and forefront research in archaeological remote sensing and the use of geoscientific techniques to investigate archaeological records and cultural heritage. Very high resolution satellite images from optical and radar space-borne sensors, airborne multi-spectral images, ground penetrating radar, terrestrial laser scanning, 3D modelling, Geographyc Information Systems (GIS) are among the techniques used in the archaeological studies published in this book. The reader can learn how to use these instruments and sensors, also in combination, to investigate cultural landscapes, discover new sites, reconstruct paleo-landscapes, augment the knowledge of monuments, and assess the condition of heritage at risk. Case studies scattered across Europe, Asia and America are presented: from the World UNESCO World Heritage Site of Lines and Geoglyphs of Nasca and Palpa to heritage under threat in the Middle East and North Africa, from coastal heritage in the intertidal flats of the German North Sea to Early and Neolithic settlements in Thessaly. Beginners will learn robust research methodologies and take inspiration; mature scholars will for sure derive inputs for new research and applications