UAV-Based Thermal Remote Sensing in Desert Environments: Methodological Framework and Experimental Analysis of the Casma Valley Geoglyphs, Peru
Questo studio utilizza l'imaging termico basato su UAV ad altissima risoluzione per dimostrare che i geoglifi desertici in Perù esibiscono una significativa rilevabilità termica durante specifici periodi diurni, sfidando il presupposto tradizionale secondo cui i rilievi notturni siano invariabilmente ottimali e stabilendo un quadro basato sui processi per interpretare le firme termiche archeologiche in base alle proprietà dei materiali e alle dinamiche ambientali.
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Per decenni, gli archeologi alla ricerca di città perdute o antiche strade in paesaggi aridi si sono affidati a una semplice regola empirica: aspettare che il sole tramonti. La logica è intuitiva. Durante il giorno, il sole cuoce il terreno, creando un caos di punti caldi e freddi che può nascondere indizi sottili. Di notte, la terra si raffredda e i materiali che sono stati sepolti o costruiti diversamente rispetto al loro ambiente rilasciano il calore accumulato a velocità differenti. Questa differenza crea un contrasto termico, un debole bagliore o un'ombra nella luce infrarossa che rivela la forma di ciò che giace sotto la superficie. Per anni, questa finestra notturna è stata considerata l'unico momento affidabile per trovare queste caratteristiche nascoste utilizzando telecamere a sensore termico.
Tuttavia, la tecnologia utilizzata per catturare queste firme termiche è cambiata drasticamente. I vecchi sensori erano spesso troppo grossolani per vedere i dettagli fini, specialmente quando il sole era alto e il terreno era un amalgama di calore intenso. Oggi, piccoli droni dotati di telecamere termiche altamente sensibili possono volare bassi e catturare immagini con una precisione centimetrica. Questo salto tecnologico ha spinto a una riconsiderazione delle vecchie regole. I ricercatori si stanno chiedendo se la stretta dipendenza dai voli notturni sia ancora necessaria, o se gli strumenti moderni possano rivelare segreti antichi anche nella luce accecante di mezzogiorno. La risposta è importante non solo per trovare nuovi siti, ma anche per comprendere come diversi tipi di strutture antiche interagiscano con il proprio ambiente nel corso di un singolo giorno.
Nella Valle di Casma, nel nord del Perù, un team di ricercatori ha messo alla prova questa domanda. Si sono concentrati su un paesaggio punteggiato da geoglifi, enormi disegni incisi sul suolo desertico da popolazioni antiche. Questi disegni rientrano in due categorie principali: i geoglifi positivi, che sono costruiti accumulando pietre o terra per creare forme in rilievo, e i geoglifi negativi, che sono scavati rimuovendo lo strato superficiale del suolo per esporre una superficie di colore più chiaro sottostante. Il team ha scelto questa posizione perché l'ambiente desertico, con la sua vegetazione rada e le estreme escursioni termiche, funge da laboratorio naturale dove il comportamento termico di questi materiali può essere osservato senza l'interferenza di piante o umidità.
I ricercatori hanno fatto volare un drone dotato di una telecamera termica sopra la stessa area tre volte in un giorno: poco prima dell'alba, a mezzogiorno e subito dopo il tramonto. Hanno inoltre acquisito immagini standard a luce visibile e dati multispettrali per confrontare come le caratteristiche apparissero in diverse condizioni. Il loro obiettivo era tracciare come la visibilità di queste linee e forme antiche cambiasse mentre il sole si muoveva attraverso il cielo e il terreno si riscaldava e si raffreddava. Erano particolarmente interessati a vedere se i due diversi tipi di geoglifi — quelli costruiti in rilievo e quelli scavati — reagirebbero in modo differente al ciclo quotidiano del calore.
I risultati hanno sfidato la convinzione radicata che i rilievi diurni siano inutili per l'archeologia termica. Contrariamente alle aspettative, i voli di mezzogiorno hanno catturato immagini chiare di quasi ogni caratteristica che il team stava cercando. Quando i ricercatori hanno elaborato i dati del volo di mezzogiorno, le immagini termiche hanno rivelato le spirali di pietra in rilievo e le forme rettangolari scavate con una chiarezza che rivaleggiava con i tradizionali scatti notturni. Questo reperto suggerisce che i sensori moderni ad alta risoluzione siano abbastanza sensibili da rilevare le sottili differenze nel modo in cui i materiali accumulano e rilasciano calore, anche quando il sole è al suo apice. La vecchia ipotesi secondo cui il riscaldamento solare mascheri sempre i segnali archeologici sembra essere un limite della vecchia tecnologia piuttosto che una legge fondamentale della fisica.
Eppure, lo studio ha rivelato che l'ora del giorno conta ancora, ma in modo più sfumato rispetto a quanto precedentemente pensato. I diversi tipi di geoglifi non apparivano tutti uguali in ogni ora. Le spirali di pietra in rilievo, ad esempio, erano molto chiare prima dell'alba e a mezzogiorno, ma diventavano molto più difficili da vedere dopo il tramonto. Questo accade perché le pietre, avendo assorbito calore durante il giorno, si sono raffreddate rapidamente una volta tramontato il sole, fondendosi temporaneamente con il terreno circostante. Al contrario, le forme scavate, che espongono uno strato di terra differente, rimanevano visibili dopo il tramonto e prima dell'alba, sebbene il loro contrasto cambiasse. Questo comportamento distinto significa che un singolo orario di volo potrebbe mancare determinate caratteristiche a seconda di come sono state costruite. Un rilievo condotto solo di notte potrebbe mancare una spirale di pietra, mentre un rilievo condotto solo a mezzogiorno potrebbe faticare a distinguere una linea scavata da una traccia moderna.
I ricercatori hanno anche testato vari modi per elaborare i dati grezzi al fine di far risaltare le linee nascoste. Hanno scoperto che semplicemente regolando la luminosità e il contrasto delle immagini si ottenevano risultati, ma uno strumento più potente era un metodo statistico che analizzava come i pixel vicini fossero correlati tra loro. Analizzando queste relazioni spaziali locali, il team è riuscito a rinforzare le forme coerenti dei geoglifi e a filtrare il rumore casuale. Questo approccio si è rivelato particolarmente efficace per i voli notturni, dove il contrasto generale era inferiore, permettendo alle forme distinte dei disegni antichi di emergere dallo sfondo.
In definitiva, lo studio dimostra che non esiste un unico momento "perfetto" per far volare un drone termico per scopi archeologici. Al contrario, l'approccio migliore consiste nel volare in momenti diversi della giornata per catturare l'intera gamma dei comportamenti termici. Il volo di mezzogiorno, un tempo scartato perché troppo luminoso per essere utile, è ora mostrato essere una parte critica del processo, capace di rivelare caratteristiche che potrebbero essere invisibili in altri momenti. La ricerca fornisce un nuovo quadro per la ricerca del patrimonio culturale nelle terre aride, allontanandosi da regole rigide su quando cercare e muovendosi verso una strategia più flessibile che tenga conto dei materiali specifici e dei metodi di costruzione dei siti studiati. Comprendendo come queste antiche strutture "respirano" con il giorno e la notte, i ricercatori possono ora mapparle con maggiore velocità e precisione, assicurando che queste fragili tracce del passato non vadano perse tra le sabbie mobili del tempo.
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