Universität zu Köln

Hinojosa Prieto, Hector Roberto (2016). Local Site Effects in Archaeoseismology: Examples from the Mycenaean Citadels of Tiryns and Midea (Argive Basin, Peloponnese, Greece). PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

The archaeological community has gained knowledge on how to document and diagnose damage by earthquake shaking to ancient man-made structures and how to estimate the intensity of past earthquakes, but has paid little attention to local site effects and its implications for the dynamic response of those structures. Qualitative studies of damage by earthquakes to ancient constructions surpass the amount of research on local site effects in the archaeoseismological literature. Yet, archaeoseismic observations are often based on a limited part of the mesoseismal area, on loosely constrained dated events, and sometimes on ambiguous evidence of earthquake damage. This mix of factors may lead to imprecise estimates of the size of past earthquakes and/or unrealistic earthquake environmental impacts if local site effects are ignored or over/undervalued. Hence, it is important not to rely solely on intensities based on archaeologically documented coseismic damage without a quantitative estimate of local site effects. The present multidisciplinary study focuses on the Mycenaean citadels of Tiryns and Midea located in the Argive Basin (Peloponnese, Greece). The study is a key contribution to archaeoseismology because it provides a quantitative and deterministic method for estimating ancient local site effects and seismic hazard at an archaeological site. The proposed method permits the calculation of site-specific ground-motions, which are transformable into intensity values. The method requires input from archaeological, geoarchaeological, geophysical, geological, geotechnical, and historical studies. The over-or-underestimation of local site effects is minimized by removing accrued soils younger than the ancient walking horizon of interest. The method is applicable to archaeological sites worldwide with clear or unclear evidence of ancient earthquake damage, is scalable to any area size, and can help to decide on the location of new excavations targeting earthquake damage. The estimation of local site effects is carried out by computing synthetic seismograms for a reference rock-site located at each citadel, which are then used to accelerate regolith models for calculating surface amplifications factors and related ground-motions. Earthquake source parameters of the hypothetical earthquakes are constrained from a seismotectonic model of the area. This study shows how to estimate ancient local site effects to test the Mycenaean earthquake hypothesis, which is based solely on archaeological and geomorphological field observations. The hypothesis suggests repeated earthquake damage to the Cyclopean fortification walls and enclosed buildings of Tiryns, Midea, and Mycenae during the end of the Late Bronze Age (LBA). The hypothesis has lacked evidence of written records of ancient earthquakes and of a town-wide devastation pattern; has left unexplained the strength and location of the potential causative earthquake(s); and has ignored the impact of local site effects. The results of the present study reveal new findings: the Tiryns and Midea citadels settled on weathered hard limestone while the outer constructions settled on cohesive-or-granular soils with variable shear strength and seismic site class categories corresponding to a lower and higher seismic hazard, respectively. Data from two field campaigns during the project coupled with available upfront information from the geophysical, geological, and geotechnical literature and developed subsurface models show that the LBA ground conditions outside the fortification walls had a higher hazard than inside the walls, but archaeological findings do not reflect this. Active seismic sources at a distance greater than 40 km play a minor role. Local seismic sources in the Argolis are however critical, but are not confirmed seismically active. These findings weaken the plausibility of the Mycenaean earthquake hypothesis for Tiryns and Midea.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language In der Archäologie beschäftigten sich in den letzten Jahrzehnten eine ganze Reihe von Arbeiten mit der Dokumentation und Analyse potentieller Erdbebenschäden an archäologischen Befunden. Dabei wurden aber lokale seismische Standorteffekte kaum oder gar nicht berücksichtigt, obwohl diese im Hinblick auf Erdbebenschäden an bestehenden und antiken Bauwerken eine wichtige Rolle spielen. Qualitative Studien von Erdbebenschäden sind in diesem Bereich deutlich häufiger als quantitative Betrachtungen. Archäoseismologische Studien basieren häufig auf kleinräumigen Untersuchungen innerhalb der mesoseismischen Zone von Erdbeben und auf nur schwer zu datierenden Schadensbildern, die zudem nicht immer eindeutig seismogenen Ursprungs sind. Diese Ausgangslage kann mitunter zu fehlerbehafteten Abschätzungen der Stärke prähistorischer Erdbeben führen, besonders, wenn die lokalen Standorteffekte unberücksichtigt bleiben. In dieser multidisziplinären Studie wird eine quantitative deterministische Methode entwickelt, um seismische Standorteffekte in archäoseismischen Untersuchungen zu berücksichtigen. Dabei werden standortspezifische Seismogramme simuliert, die es gestatten, die Intensität der Bodenbewegungen zur Zeit des potentiellen Erdbebenschadens abzuschätzen. Es werden neben archäologischen Daten geoarchäologische, geophysikalische, geologische und geotechnische Untersuchungen berücksichtigt. Zur Abschätzung realistischer Standorteffekte müssen Bodenschichten, die nach Eintritt des Schadens akkumuliert sind, im Modell entfernt werden. Die Methode kann auf unterschiedlichste archäologische Stätten angewandt werden und wird hier am Beispiel des mykenischen Palastes von Tiryns und der Akropolis von Midea in der Argolis, Peleponnes (Griechenland) entwickelt. Basierend auf archäologischen und einigen geomorphologischen Beobachtungen wurde vor mehr als 20 Jahren die Hypothese entwickelt, dass beide Zitadellen am Ende der späten Bronzezeit durch mehrfache Erdbebeneinwirkung zerstört wurden. Bauwerksschäden wurden dabei nur an Bauten innerhalb der kyklopischen Befestigungsmauern beider Zitadellen gefunden, aber bisher nicht an Bauten außerhalb, wie etwa der ausgedehnten Unterstadt von Tiryns. Ausgehend von eigenen, während zweier Feldkampagnen vor Ort erfassten und der Literatur entnommenen geophysikalischen, geologischen und geotechnischen Daten wurden Untergrundmodelle entwickelt, die zeigen, dass zur späten Bronzezeit auf Grund der lokalen Untergrundverhältnisse die seismische Gefährdung außerhalb der Befestigungsmauern deutlich höher lag als innerhalb, was sich aber so nicht in den archäologischen Befunden widerspiegelt. Seismische Quellen in Entfernungen größer als 40 km spielen dabei eine untergeordnete Rolle. Die lokalen Störungen der Argolis sind hingegen nicht gesichert als seismisch aktive Störungen zu betrachten, was die Plausibilität der Erdbebenhypothse im Hinblick auf Tiryns und Midea weiter schwächt. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Hinojosa Prieto, Hector Roberto hector.hinojosa@hotmail.com UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-66506
Date:	9 March 2016
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Geosciences > Institute of Geology and Mineralog
Subjects:	Earth sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Archaeoseismology English Greeece English Tiryns and Midea Citadels English
Date of oral exam:	18 January 2015
Referee:	Name Academic Title Hinzen, K.-G. Prof. Dr. Melles, M. Prof. Dr.
Funders:	Fritz Thyssen Foundation (Az. 10.11.2.39), Gerda Henkel Foundation (AZ 25/F/11)
Projects:	HERACLES Project
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/6650