Hur studerar du forntida städer när de är dolda från synen, täckt av hundratals eller tusentals år av mänsklig utveckling av städernas tillväxt?

För arkeologer som oss, det är ett ständigt dilemma.

Nyligen, vi gick samman med arkeologer och geovetare i Danmark och Tyskland för att ta oss an denna utmaning.

För första gången, vi har kartlagt arkeologiska och icke-arkeologiska särdrag av den antika staden Gerasa (dagens Jerash i norra Jordanien) med extrem noggrannhet och precision.

Vi kombinerade historiska bilder med toppmodern flygfotografering och modern luftburen laserskanning, att vrida tillbaka tiden och rekonstruera landskapet och arkeologiska särdrag som inte längre är synliga på grund av modern stadsutveckling.

Denna kombination av äldre och nya data avslöjade förlorade monument, som hittills inte har registrerats ordentligt i det arkeologiska arkivet, inklusive möjliga akvedukter och vattenkanaler. Och antyder att sätten att hantera vatten i forntida Gerasa förändrades djupt över tiden, till följd av förändrade bosättningsmönster och sätt att sköta inlandet.

En viktig stad som förstördes av en jordbävning

Gerasa var en viktig stad i det östra romerska riket, tills den förstördes av en förödande jordbävning 749 e.Kr.

Den innehöll fantastiska monument och strukturer, som vittnar om ett levande stadsliv påverkat av många kulturer under loppet av århundraden. Den antika staden täckte en yta på cirka 90 ha, omringad av mer än 4 kilometer stadsmurar.

Efter jordbävningen, livet minskade i staden och först under den mellersta islamiska perioden (med början på 1100-talet e.Kr.) skedde bosättning i större skala igen.

En populär plats för arkeologientusiaster från 1800-talet

De första utgrävningarna har dokumenterats ha ägt rum i Gerasa 1907. Dessa tidiga utgrävningar avslöjade en fantastisk mosaik, som idag är spridd över världen i ett antal samlingar, inklusive Pergamonmuseet i Berlin. Det vittnar om nivån av hantverk i romerska perioden Gerasa.

Många europeiska resenärer besökte platsen på 1800- och 1900-talen och flera beskrivningar av många förlorade monument finns i berättelser om dessa resor, som ger en inblick i det nutida samhället och livet i och runt Gerasa.

De första stora utgrävningarna i Gerasa var, dock, genomfördes så sent som på 1920- och 1930-talen av en amerikansk-brittisk arkeologisk mission ledd av Yale-forskaren C. H. Kraeling. Sedan dess, flera team har arbetat i Gerasa, men fortfarande är stora delar av staden arkeologiskt outforskade och hotas nu av modern förstörelse, såsom plundring och modern utveckling runt platsen.

En förbryllande sida

2011 etablerade vi det dansk-tyska Jerash Northwest Quarter Project. Och från dag ett, vi blev förbryllade över flera av de arkeologiska fynden i Gerasa.

Monumentala vattencisterner hittades stängda och ur bruk, vilket tyder på stadsförlust eller åtminstone betydande förändringar i förvaltningen av offentliga arbeten, samtidigt som den inhemska bosättningen blomstrade under senantik och tidiga islamiska perioder.

Dessa arkeologiska fynd tydde på att avgörande förändringar ägde rum i landskapet runt det antika Gerasa (moderna Jerash) på 500- till 800-talen e.Kr. men vi kunde inte peka ut dem bara genom de utgrävda fynden.

Vill du utforska området runt Gerasa, vi slog oss ihop med Søren Munch Kristiansen från Center for Urban Network Evolutions and GeoScience vid Aarhus Universitet, Danmark, samt David Stott från Archaeological IT och Moesgaard Museum, och vi gjorde också ett besök på Royal Jordanian Geographic Society.

Vi lärde oss att LiDar-data för användning i arkeologiska projekt kunde nås via Department of Antiquities of Jordan. Så, med tillstånd i hand, vi köpte LiDar-data, och teamet började samla in historiska fotografier som går tillbaka mer än ett sekel. Vi fick också satellitbilder som dokumenterar dagens utveckling på Jerash.

Genom att kombinera LiDar-data med satellitbilderna och de historiska fotografierna, vi kunde identifiera tidigare okända strukturer, inklusive möjliga akvedukter, kanaler, fjädrar, och cisterner, och kartlägga dem i förhållande till möjliga vattenförsörjningsområden inom staden.

Vi saknade den "stora bilden" av förändring i Gerasa

Det dansk-tyska Jerash Northwest Quarter Project startade som en storskalig tvärvetenskaplig utgrävning för att utforska det cirka 4 hektar stora Northwest Quarter, ligger på den högsta berggrundspunkten i den muromgärdade staden.

Sedan dess, vi har systematiskt registrerat bevis på stadens stadsutveckling, och vi har nu publicerat flera studier som en del av projektet, som fokuserar på en mängd olika aspekter av stadslivet i antiken och bortom i staden Gerasa. Men hittills, ingen hade lyckats måla upp en korrekt "stor bild" när man tittade på staden på ett mer holistiskt sätt.

Dessa senaste resultat – baserade på att integrera historiska flygfoton och modern teknik – ger ytterligare insikter i Gerasas urbana layout och infrastruktur.

Det har till exempel blivit tydligt att sätten att hantera vatten i inlandet runt Gerasa hade förändrats dramatiskt över tiden, och att dessa förändringar kan ha berott på klimatfaktorer. Sådana förändringar tillskrivs ofta 800-talet e.Kr. som resultat av den förödande jordbävningen 749 e.Kr. men våra nya data tyder på att de faktiskt började århundraden tidigare än man tidigare trott.

Ett högteknologiskt tillvägagångssätt kan hjälpa till att bevara antika platser

Det nya med vårt tillvägagångssätt är att det integrerar foton från första världskriget, samtida mm-precis 3-D-laserskanning, och årtionden av utspridda arkeologiska utgrävningsdata för att producera en detaljerad karta över hur en hel antik stad i Mellanöstern såg ut innan modern förstörelse och urbana intrång började.

I många delar av världen, befolkningstillväxt och klimatförändringar utgör akuta risker för kulturarv. Arkeologer och kulturarbetare är i en kapplöpning mot klockan för att dokumentera och förstå livet i tidigare samhällen innan de historiska lämningarna förstörs oåterkalleligt.

Icke-invasiva tillvägagångssätt för kartarkeologi är en avgörande del av denna strävan, tillåter oss att vrida tillbaka tiden och dokumentera förstörda och förlorade monument som förbinder oss med det förflutna. Vidare, de erbjuder åtkomst till dokument med flera lager och multi-temporala webbplatser, ger kredit till alla perioder.

Vår studie visar att det är en viktig väg framåt att föra samman forskare och experter från en mängd olika discipliner, särskilt på platser där modern stadsutveckling sker snabbt och delvis okontrollerat. Ett sådant tvärvetenskapligt synsätt erbjuder ett särskilt viktigt stöd för pågående eller planerade arkeologiska arbeten.

Denna berättelse är återpublicerad med tillstånd av ScienceNordic, den pålitliga källan för engelskspråkiga vetenskapsnyheter från de nordiska länderna. Läs originalberättelsen här.