Eine KI-gestützte Suche half Archäologen, in Peru 303 bislang unbekannte Nazca-Bodenbilder zu entdecken. Die Feldarbeit dauerte nur sechs Monate und vergrößerte den bekannten Bestand figürlicher Geoglyphen beinahe auf das Doppelte. Anders als die berühmten Riesenlinien sind die neu bestätigten Motive kleine Reliefbilder, die nahe alter Wege liegen. Das Computersystem lieferte Suchhinweise; erst die Prüfung vor Ort machte aus Verdachtsflächen archäologische Funde.
Die Nazca-Bodenbilder der Pampa zählen zu den bekanntesten archäologischen Zeugnissen Südamerikas. Ihre langen Linien, geometrischen Flächen und Tierumrisse prägen das Bild, das viele Menschen mit der Nazca-Wüste verbinden. Besonders bekannt ist der Kolibri, dessen Vogelform schon auf Luftaufnahmen gut zu erkennen ist. Anders als diese Linienbilder gehören die neu untersuchten Motive zu einer Gruppe, deren Konturen am Boden viel weniger auffallen. Eine internationale Arbeitsgruppe unter Leitung von Masato Sakai von der Yamagata University setzte dafür künstliche Intelligenz ein. Vor dieser Arbeit hatten Archäologen über fast ein Jahrhundert 430 figürliche Geoglyphen erfasst; danach umfasste der Katalog 733.
An der Untersuchung wirkten neben der japanischen Yamagata University auch die Université Paris 1 Panthéon-Sorbonne, das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt und IBM Research mit. Yamagata University veröffentlichte am 24. September 2024 eine gemeinsame Mitteilung zur KI-gestützten Nazca-Suche. Die Feldarbeit erstreckte sich über sechs Monate und verband Luftbildanalyse mit archäologischen Kontrollen im Gelände. Die Ergebnisse erschienen am 23. September 2024 in den Proceedings of the National Academy of Sciences.
Geoglyphen sind Motive, die Menschen durch gezieltes Verändern der obersten Stein- oder Kiesschicht einer Landschaft herstellen. Sie entfernen dunkle Steine, legen dadurch helleren Untergrund frei oder häufen Material zu sichtbaren Konturen auf. Die PNAS-Studie unterscheidet in der Nazca-Pampa geometrische Muster und figürliche Darstellungen. Zu den geometrischen Formen gehören lange Linien und große Trapeze; figürliche Geoglyphen zeigen Menschen, Tiere, Pflanzen oder Werkzeuge. Innerhalb dieser Bildgruppe trennen die Forscher wiederum große Linienbilder von kleineren Reliefbildern.
Im Maßstab unterscheiden sich beide Formen deutlich. Figürliche Linienbilder sind laut Studie durchschnittlich 90 Meter lang, während Relief-Geoglyphen im Schnitt etwa neun Meter groß sind. Als großes Linienbild gehört der berühmte Kolibri nicht zu den neu entdeckten Motiven. Kleine Reliefbilder bestehen dagegen aus vergleichsweise kurzen Konturen, die sich aus dem Muster des Wüstenbodens herauslösen müssen. Gerade nach langer Verwitterung können ihre Linien und Flächen aus der Luft nur schwer von natürlichen Unregelmäßigkeiten zu unterscheiden sein.
Sämtliche neu bestätigten Figuren gehören zu dieser kleineren Relief-Gruppe. Manche stellen menschenähnliche Gestalten dar, andere Tiere oder Szenen, in denen Menschen und Tiere miteinander verbunden sind. Zu den Motiven gehören außerdem einzelne Köpfe, domestizierte Kameliden, Vögel, katzenartige Tiere und Schwertwale. Eine Berichterstattung des Smithsonian Magazine hebt Schwertwale mit messerartigen Gegenständen hervor; Sakai verweist dabei auf ähnliche Szenen auf Nasca-Keramik. Der Befund ergänzt daher nicht einfach die bekannten großen Tierfiguren im Wüstensand. Sie lenkt den Blick auf eine zweite, weniger auffällige Bildwelt, die offenbar eng mit dem Wegenetz der damaligen Bewohner verbunden war.
Die Form allein verrät das Alter der Zeichnungen nicht. Archäologen nutzen Keramikfragmente, die auf oder nahe den Geoglyphen gefunden wurden, und vergleichen die Motive mit bekannten Darstellungen. Die Nutzung der Nazca-Pampa für Bodenbilder begann nach bisherigen Untersuchungen spätestens im ersten Jahrhundert vor Christus und reichte in manchen Bereichen bis ins fünfzehnte Jahrhundert nach Christus. Reliefbilder werden aufgrund ihrer Motive und Herstellungstechniken der frühen Nasca-Zeit oder einer noch älteren Phase zugeordnet. Die unterschiedlichen Datierungsansätze sprechen gegen die Vorstellung, alle Bilder seien in einem einzigen Bauprojekt entstanden.
Für die Suche nutzte das Team hochauflösende Luftbilder, die Flugzeuge aufgenommen hatten. Mit einer effektiven Bodenauflösung von zehn Zentimetern pro Pixel deckte das Bildmaterial ein Untersuchungsgebiet von 629 Quadratkilometern ab. Eine manuelle Sichtung jedes einzelnen Bildausschnitts hätte angesichts dieser Fläche sehr viel Zeit beansprucht. Deshalb zerlegte das Verfahren die Aufnahmen in kleine, überlappende Ausschnitte, die jeweils ungefähr elf mal elf Meter Wüstenboden zeigten. Anschließend bewertete das Modell ein Raster der Landschaft und markierte Bereiche, in denen eine Geoglyphe wahrscheinlich erschien.
Besonders schwierig war die geringe Zahl bereits bekannter Reliefbilder. Für ein gewöhnliches Bilderkennungsmodell wären normalerweise sehr viele Beispiele pro Motivklasse nötig. Dafür verwendete das Team ein neuronales Netz, das zuvor anhand gewöhnlicher Fotografien trainiert worden war, und passte es anschließend an die archäologischen Luftbilder an. Aus den vorhandenen Geoglyphen gewann das Team viele kleine Trainingsausschnitte, statt jedes Motiv nur als vollständiges Bild zu verwenden. So konnte das System auch schwache Konturen lernen, obwohl die archäologische Vergleichssammlung begrenzt blieb.
Klassische Objekterkennung arbeitet häufig mit rechteckigen Rahmen um mögliche Objekte. Das hier verwendete Modell berechnete stattdessen eine fortlaufende Wahrscheinlichkeitskarte mit einer Rasterauflösung von fünf Metern. Aus dieser Karte erzeugte die Software mögliche Umrisslinien. Fachleute sichteten die vorgeschlagenen Stellen anschließend am Bildschirm und ordneten sie nach ihrer Aussicht auf einen echten Fund. Aus 47.410 geprüften Kandidatenfeldern wählten sie 1.309 besonders vielversprechende Positionen aus. Bei der anschließenden Feldarbeit besuchte das Team 341 Stellen zu Fuß und dokumentierte die bestätigten Figuren zusätzlich aus der Luft.
Damit wird deutlich, weshalb künstliche Intelligenz in diesem Fall keine archäologische Arbeit ersetzte. Durch seine Vorschläge lenkte das System die Aufmerksamkeit auf schwer erkennbare Bildbereiche, während Menschen die Hinweise sichteten und im Gelände überprüften. Vor Ort mussten die Feldmannschaften beurteilen, ob eine vermeintliche Figur tatsächlich aus bewusst veränderten Steinen bestand. Dabei konnten sie auch Formen erkennen, die der Algorithmus nicht einzeln markiert hatte. Erst die Kombination aus Bildanalyse, menschlicher Vorauswahl und Geländeprüfung machte aus den Suchvorschlägen belastbare Funde.
Bei genauer Aufschlüsselung der Funde wird sichtbar, wie eng die einzelnen Arbeitsschritte zusammenhingen. Individuell hatte das Modell 178 der bestätigten Figuren als einzelne Kandidaten vorgeschlagen. Weitere 125 waren nicht individuell markiert worden, obwohl die KI-gestützte Suche zu ihrer Entdeckung beigetragen hatte. 66 dieser nicht einzeln markierten Bilder gehörten zu Gruppen, in denen die KI mindestens eine Geoglyphe angezeigt hatte. Weitere 59 entdeckten die Archäologen während der Feldarbeit ohne passenden KI-Hinweis oder außerhalb der vorgeschlagenen Bildbereiche.
Damit beschreibt die Gesamtzahl den Erfolg einer KI-gestützten Suchstrategie und nicht bloß automatische Treffer einer Software. Solch ein Algorithmus kann eine verdächtige Kontur hervorheben, aber nicht allein entscheiden, ob Menschen sie geschaffen haben. Wind, Bodenfarbe, Steine und natürliche Rinnen können auf Luftbildern ebenfalls Linien oder Figuren bilden. Am Fundort mussten die Archäologen deshalb prüfen, ob die Form tatsächlich aus einer gezielten Veränderung der Oberfläche hervorging. Diese Unterscheidung ist besonders wichtig, wenn ein Verfahren künftig auch in anderen archäologischen Landschaften eingesetzt werden soll.
Zum Zeitpunkt der Untersuchung waren 968 aussichtsreiche Kandidaten noch nicht im Gelände überprüft worden. Aus den bisherigen Erfolgsraten leiteten die Autoren ab, dass darunter mindestens 248 weitere figürliche Geoglyphen sein könnten. Diese Zahl ist eine Hochrechnung und kein bestätigter Fundbestand. Sie hängt davon ab, wie zuverlässig sich die bereits untersuchten Kandidaten auf die übrigen Fundstellen übertragen lassen. Zusätzliche Entdeckungen innerhalb von Bildgruppen oder unabhängig von KI-Vorschlägen sind in dieser Schätzung noch nicht enthalten.
Mit dem erweiterten Bestand konnten die Forscher die Bildmotive systematischer vergleichen. Insgesamt umfasst die untersuchte Gruppe nun 683 Relief-Geoglyphen, darunter die neu bestätigten Figuren und zuvor bekannte Beispiele. 81,6 Prozent dieser Reliefbilder zeigen Menschen oder Dinge, die von Menschen verändert wurden. Dazu gehören menschenähnliche Gestalten, abgetrennte Köpfe und domestizierte Kameliden. Dieser Prozentwert bezieht sich auf die gesamte ausgewertete Relief-Gruppe und nicht allein auf die neu entdeckten Bilder.
Zusammengenommen machen drei Motivgruppen die Zusammensetzung genauer sichtbar. Menschenähnliche Figuren stellen 33,8 Prozent der Relief-Geoglyphen, abgetrennte Köpfe 32,9 Prozent und domestizierte Kameliden 14,9 Prozent. Wilde Tiere spielen in dieser kleinen Bildgruppe eine deutlich geringere Rolle. Sie machen lediglich 6,9 Prozent aus und umfassen unter anderem Vögel, Katzen, Schlangen, Affen, Füchse, Schwertwale und Fische. Bei den großen Linienbildern ist das Verhältnis umgekehrt: Dort dominieren wilde Tiere und Pflanzen, während die typischen Menschen- und Kopf-Motive fehlen.
Einige Reliefbilder zeigen nicht nur einzelne Figuren, sondern zusammengehörige Szenen. Daneben fanden die Forschenden Gruppen mit Menschen, Tieren oder einer Kombination aus Gestalten und Köpfen. Solche Zusammenstellungen können eine Handlung oder eine soziale Situation darstellen, auch wenn sich deren genauer Ablauf heute nicht mehr rekonstruieren lässt. In ihrer Interpretation ordnet die Studie die Motive unter anderem menschlichen Aktivitäten und Darstellungen von Opferhandlungen zu. Ein einzelnes Bild belegt daher kein konkretes Ereignis an seinem Fundort.
Neben den Motiven untersuchte das Team, wo die Geoglyphen innerhalb der Nazca-Pampa liegen. Die Gruppen der Relief-Geoglyphen liegen im Mittel 43 Meter von alten, gewundenen Pfaden entfernt. Viele dieser Wege bilden ein dichtes Netz ohne klaren Anfang oder Endpunkt und entstanden vermutlich durch wiederholtes Gehen. Einzelne Figuren waren von den Pfaden aus sichtbar; bei Gruppen konnte manchmal erst das Herantreten an ein erstes Bild weitere Motive erschließen. Diese Lage spricht dafür, dass einzelne Menschen oder kleine Gruppen diese Bilder beim Unterwegssein betrachteten.
Anders liegen die großen Linien-Geoglyphen, die im Durchschnitt 34 Meter vom Netz aus geraden Linien und trapezförmigen Flächen entfernt sind. Dieses geordnete System unterscheidet sich deutlich von den verschlungenen Fußwegen. Nach der Interpretation der Autoren gehörten die großen Bilder zu einer geplanten Landschaft für gemeinschaftliche Zeremonien. Über dieses Wegenetz war das Tal des Río Ingenio mit dem Umfeld des Zeremonialzentrums Cahuachi und dem Zusammenfluss zweier Flüsse verbunden. Daraus schließen die Forschenden, dass Gruppen wahrscheinlich entlang dieser Routen zu bestimmten Orten pilgerten und dort Rituale vollzogen.
Für die kleinen Reliefbilder ergibt sich ein anderer Zusammenhang. Ihre Nähe zu informellen Pfaden passt zu der Möglichkeit, dass sie während alltäglicher Wege wahrgenommen wurden. Sinngemäß vergleichen die Autoren ihre Funktion mit visuellen Mitteilungen über menschliche Tätigkeiten, darunter Tierhaltung und den Umgang mit abgetrennten Köpfen. Dabei handelt es sich um eine Deutung aus räumlicher Verteilung und dargestellten Motiven, nicht um eine direkte Überlieferung der damaligen Betrachter. Die Motive allein überliefern keine wörtliche Botschaft der damaligen Bewohner.
Andere Geoglyphenlandschaften der Anden verdeutlichen, wie vielfältig solche Bodenmarkierungen sein können. Die Sajama-Linien in Bolivien bilden beispielsweise ein weit verzweigtes Netz aus geraden Wegen über ein Hochplateau. Ihre Funktion und Entstehung werden ebenfalls archäologisch untersucht, doch sie sind nicht mit den figürlichen Reliefbildern von Nazca gleichzusetzen. So wird sichtbar, dass Bodenzeichnungen sowohl einzelne Motive als auch großräumige Wege- und Ritualsysteme umfassen können.
Über die größere Zahl hinaus liegt die archäologische Bedeutung der Ergebnisse in den neuen räumlichen Zusammenhängen. Mit einer genaueren Karte werden die räumlichen Beziehungen zwischen kleinen Bildern, Fußwegen und großen Zeremonialachsen sichtbar. Dadurch können Forschende gezielter untersuchen, welche Motive zu welchen Nutzungsphasen gehören und wie Menschen die Landschaft durchquerten. Zugleich macht die Untersuchung deutlich, dass selbst in einer weltberühmten Fundregion noch zahlreiche archäologische Strukturen in hochauflösenden Luftbildern übersehen werden können. Ähnliche Fernerkundungsverfahren erschließen auch andere schwer zugängliche Landschaften, etwa bei der Kartierung bislang unbekannter Erdwerke im Amazonasgebiet.
Während derselben Feldkampagne dokumentierte das Team zusätzlich 42 neue geometrische Geoglyphen, die nicht zu den figürlichen Bodenbildern zählen. Auch diese Formen wurden mit Drohnenaufnahmen dokumentiert und ergänzen das Bild der archäologischen Landschaft. Diese Unterscheidung ist wichtig, weil Linien, Trapeze und Figuren unterschiedliche räumliche Beziehungen aufweisen. Werden sie in einer Karte zusammengeführt, können Archäologen prüfen, ob bestimmte Wege, Plätze und Motive gemeinsam genutzt wurden. Für die Datierung einzelner Bilder bleiben jedoch Fundkontexte und Keramikfragmente aus ihrer Umgebung entscheidend.
Geoglyphen sind trotz ihrer Größe und Bekanntheit empfindliche Zeugnisse, weil ihre Konturen unmittelbar an der Oberfläche liegen. UNESCO und peruanisches Kulturministerium schützen die Nazca-Landschaft; in der Vergangenheit wurden einzelne Zeichnungen unbeabsichtigt oder mutwillig beschädigt. Die Autoren nennen stärkere Extremwetterereignisse und mögliche Sturzfluten als wachsende Risiken für die Wüstenzeichnungen. Genauere Karten helfen, gefährdete Bereiche zu erkennen und Veränderungen systematischer zu dokumentieren. Damit wird die KI-Suche auch für den langfristigen Erhalt einer Landschaft relevant, deren Nutzung mindestens 2.000 Jahre zurückreicht.
Titelbild: Luftbild der bekannten Kolibri-Geoglyphe in der Nazca-Wüste von Diego Delso, Wikimedia Commons, Lizenz CC BY-SA 4.0, zugeschnitten.
Masato Sakai et al., AI-accelerated Nazca survey nearly doubles the number of known figurative geoglyphs and sheds light on their purpose, Proceedings of the National Academy of Sciences 121 (40), e2407652121; doi:10.1073/pnas.2407652121
Yamagata University, AI-accelerated Nazca survey nearly doubles the number of known figurative geoglyphs and sheds light on their purpose
Sonja Anderson, See Newly Discovered Nazca Drawings That Depict Llamas, Human Sacrifices and More, Smithsonian Magazine
Mit KI-Unterstützung erstellt
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