Ancient water systems by Amos Frumkin
Dating an ancient spring tunnel using archaeological artefacts functioning as nuclei of cave pearls. 163. Yechezkel, A., Vaknin, Y., Cooper‐Frumkin, S., Ryb, U., Shaar, R., Gadot, Y. and Frumkin, A Archaeometry., 2024
Cave pearls are spherical concentric speleothems growing radially around nuclei in shallow pools ... more Cave pearls are spherical concentric speleothems growing radially around nuclei in shallow pools saturated with calcite. They are very rare in the Southern Levant. We present a unique assemblage of 50 cave pearls found in the Iron Age Joweizeh artificial spring tunnel in the Jerusalem Hills of Israel. Some of these deposits represent the first global evidence of formation on archaeological artefacts: pottery sherds and ancient plaster. Multi-analyses were conducted to date and characterize the different nuclei and pearls. Charcoal samples extracted from the plaster nuclei of two pearls were 14 C dated to the Hellenistic period. Two pearls were formed on sherds of Hellenistic lamps. XPS found Co colour remains, suggesting both had been imported. The Hellenistic date is also supported by archaeomagnetic dates of seven other pottery nuclei. Most Hellenistic remains are probably the outcome of a renovation campaign in the tunnel. Four pearls were sampled for stable isotopes (δ 13 C and δ 18 O). The range of δ 18 O values from the Joweizeh pearls is compatible with the Holocene Soreq and Jerusalem caves' records. The δ 13 C differences between Joweizeh and Soreq indicate local changes in the overlying vegetation throughout history. The various lines of evidence enabled us to characterize the pearls' formation process, reconstruct the Joweizeh spring tunnel's hydraulic environment and detect changes that occurred in its water flow regime throughout history.
אטלס מערות מדבר יהודה, 2015
אטלס מערות מדבר יהודה. מאגנס והמרכז לחקר מערות, ירושלים, 2015
נקרות צורים, 2021
יחזקאל ופרומקין 2021. מכלול ייחודי של חמישים פניני מערה מנקבת עין ג'וויזה.
תקציר
פנינת מערות היא ... more יחזקאל ופרומקין 2021. מכלול ייחודי של חמישים פניני מערה מנקבת עין ג'וויזה.
תקציר
פנינת מערות היא סוג של ספלאותם בעל צורה כדורית הגדל
בצורה רדיאלית. לרוב, פניני מערות מתגבשות מסביב לגלעין
קטן המצוי בברכה רדודה רוויה בתמס של קלציט או ארגוניט.
ספלאותם זה נפוץ במערות רבות בעולם אך נדיר למדי במערות
ארצנו. במאמר זה מתואר מכלול ייחודי של 50 פניני מערות
שנמצאו בנקבת עין ג'וויזה.
ייתכן, ולראשונה בעולם, נמצאו פנינים שהתגבשו על גלעינים
מעשי יד אדם מן העת העתיקה, כמו על שברי חרסים וטיח
קדום. במאמר מתואר ניסיון לתארך את זמן היווצרותן של
פנינים אלו - ובהתאמה את זמן שימושה של הנקבה בשיטות
תארוך רדיומטריות-אורניום טוריום ואיזוטופים יציבים של
פחמן וחמצן. שיטות אלו הניבו הצלחה חלקית בלבד, בין היתר
בשל נקבוביות רבה בפנינים.
טיפולוגית, נכון לתאר את רוב פניני המערות מעין ג'וויזה
כ'פיזוליטים' - בשל צורתן, קוטרן, מידת נקבוביותן, ובעיקר
בשל הסביבה שאנו משערים שהושקעו- בסמוך לסכרי קלציט
שרבים מהם תועדו בנקבה. מכך שלפנינים אלו פני שטח
גבשושיים, ניתן להסיק שהן נוצרו תחת זרימה איטית של מים
בנקבה. בנוסף, פניני המערות שנמצאו מתאפיינות בקצב גידול
גבוה, דבר המוסבר באחוז גבוה של קלציט במי התמס בנקבה,
ומצב של על-רוויה משמעותית, בשל פליטה מהירה של פחמן
דו חמצני.
Geoarcheology, 2021
Yechezkel, A., Negev, Y., Frumkin, A. and Leibner, U., 2021. The Shaft Tunnel of the Biar aqueduc... more Yechezkel, A., Negev, Y., Frumkin, A. and Leibner, U., 2021. The Shaft Tunnel of the Biar aqueduct of Jerusalem: Architecture, hydrology, and dating. Geoarcheology. DOI: 10.1002/gea.21875.
Abstract
The Biar aqueduct is the most sophisticated of the aqueducts supplying water to Jerusalem during classical periods. It includes the Biar spring, an underground Shaft Tunnel ∼3 km long harvesting groundwater (cuniculus), a dam, a surface channel, and a tunnel traversing a ridge. We conducted a survey of the Biar underground Shaft
Underground Aqueducts Handbook, 2016
Yechezkel, A., and Frumkin, A., 2016. Spring Tunnels (Niqba’), The Jerusalem Hills Perspective, I... more Yechezkel, A., and Frumkin, A., 2016. Spring Tunnels (Niqba’), The Jerusalem Hills Perspective, Israel. In: Angelakis, A.N., Chiotis, E., Eslamian, S. and Weingartner, H. eds. Underground Aqueducts Handbook. CRC Press. https://books.google.gr/books?id=NeCVDQAAQBAJ&printsec=frontcover&hl=el&source=gbs_atb#v=onepage&q&f=false
International Journal of Speleology 28B, 1999
Frumkin, A., 1999, Interaction between karst, water, and agriculture over the climatic gradient o... more Frumkin, A., 1999, Interaction between karst, water, and agriculture over the climatic gradient of Israel: International Journal of Speleology, v. 28B, 1, p. 99-110.
Abstract
The dry climate of Israel and the karstic nature of its rocks have always imposed human innovation for utilisation of water resources and agriculture. Large perennial karst springs are available only in the lowlands, but sophisticated water supply systems were built both in the lowland and highland regions. Marl layers interbedded within carbonates give rise to local perched springs and allow terrace construction. Deforestation has taken place for some 4000 years, causing intense soil erosion, but terraces have reduced this impact.
Cura Aquarum In Israel II, Schriften der DWhG, Band 21, 2014
Frumkin, A, 2014. Bedrock Water Tunnels in the Southern Levant: Deviations, Surveying Techniques ... more Frumkin, A, 2014. Bedrock Water Tunnels in the Southern Levant: Deviations, Surveying Techniques and Shaft Construction. In: Ohlig, C. & Tsuk, T., eds, Cura Aquarum In Israel II, Schriften der DWhG, Band 21, Siegburg, ISBN 978-3-86948-333-7, p. 43-52.
Israel Exploration Journal, 2023
Elmakayes, Y., Ben-Shlomo, D., Frumkin, A., 2023. A New Look at the Water Systems at Khirbet el-Ḥ... more Elmakayes, Y., Ben-Shlomo, D., Frumkin, A., 2023. A New Look at the Water Systems at Khirbet el-Ḥamam (Narbata). Israel Exploration Journal 73: 56-72.
S=Abstract
Khirbet el-Ḥamam is a site in northwestern Samaria whose remains, dating from the tenth century BCE to the second century CE, indicate that it was a substantial settlement in the region. Adam Zertal, the original excavator, identified it as biblical Arubboth. This article presents an updated description of the site's Hellenistic-Roman period reservoirs, only partially described in previous research, and an analysis of the water system's strategic importance during the Roman siege of the town. In addition, an earlier, previously unknown water system is presented, which is suggested to belong to the Iron Age II town. Examining the reservoirs as strategic urban assets provides an updated perspective on the site's history.
J. of Roman Archaeology, 2002
אמות המים הקדומות בארץ ישראל, 1989
The Roman city Flavia Neapolis (Hebrew—Shechem; Arabic—Nablus) and its predecessor Hel-lenistic M... more The Roman city Flavia Neapolis (Hebrew—Shechem; Arabic—Nablus) and its predecessor Hel-lenistic Ma'abarta, is a continuously active city, located close to Israel's water divide. The city prospered due to water abundance from local springs, associated with its setting along the natural outlet of the karstic aquifer of Mt. Gerizim, the holy site of the Samaritans. Complicated tunnel systems were constructed for water distribution and consumption during the Hellenistic-Roman
Frumkin, A., 2012. Subterranean water systems of the larger springs of Shechem (Neapolis, Nablus). In: Tavger, A., Amar, Z., Bilig, M., Eds., In the Highland's Depth: Ephraim Range and Binyamin Research Studies 2, p. 141-149 (Hebrew). פרומקין, ע. 2012, מערכות מים תת-קרקעיות במעיינות הגדולים של שכם. במעבה ההר 2: 141-149
Frumkin, A., Shimron, A., and Rosenbaum, J., 2003, Radiometric dating of the Siloam Tunnel, Jerusalem: Nature, v. 425, p. 169-171
קמרונות חביתיים בנויים על גבי מנהרות ונקבות צרות שרוחבן 50 – 70 ס"מ, באזור ההר נבנו
לרוב באבני גז... more קמרונות חביתיים בנויים על גבי מנהרות ונקבות צרות שרוחבן 50 – 70 ס"מ, באזור ההר נבנו
לרוב באבני גזית עשויות גיר או דולומיט, מסותתות היטב בגימור משובח. במיוחד בולטים
קמרונות כאלה במתקני מים מרכזיים של הערים שכם וירושלים וכן בנקבות של מעיינות
בסביבת ערים אלו. קמרונות כאלה אינם מחויבי המציאות מבחינה קונסטרוקטיבית מאחר
שניתן לקרות את החללים הצרים בפחות מאמץ בעזרת לוחות אבן. קמרונות חביתיים צרים
קיימים בעיקר במתקנים שתוארכו לתקופה ההלניסטית והרומית. הקמרונות הצרים שנבנו
בתקופה הרומית מייצגים אולי אפנת בנייה יוקרתית ואיכותית, כפי שניתן ללמוד מספרו
של ויטרוביוס.
אופקים בגיאוגרפיה
Over 190 Spring tunnels have been developed during the course of history in the Land of Israel. T... more Over 190 Spring tunnels have been developed during the course of history in the Land of Israel. The vast majority of these tunnels are located within Israel central mountain range and especially in the Jerusalem Hills. Spring Tunnels are closely associated with the development of irrigated agriculture systems, landscape design and the establishment of rural settlements. This phenomenon probably dates back to the Iron Age II)2700 years BP(. This study presents for the first time a comprehensive picture of this phenomenon using advanced research tools such as GIS. This article is based on statistical comparison of 21 different parameters of two kind of springs in the Jerusalem Hills: 69 with tunnels and 61 without tunnels. The selected parameters are divided into three categories: Geological-geomorphological characteristics)formation, soil group, dip(, physical-hydrological characteristics)slope, precipitation, discharge etc.(and spatial characteristics)elevation differences with nearest ridge / stream channel, distance from Jerusalem, etc.(. The results of this study emphasize the spatial aspects of this phenomenon. There is a clear connection between the Old City of Jerusalem and the spring tunnels in its vicinity. Among the geological formations in which springs are found, many tunnels discharge from the Moza formation. The study also highlights the many physical advantages that exist in the eastern sections of the Soreq, Refaim and Kesalon
Environmental Archaeology, 2023
Maintaining a proper water supply is a subject of constant concern in arid and semi-arid regions ... more Maintaining a proper water supply is a subject of constant concern in arid and semi-arid regions of the world, including the Mediterranean Basin and, more specifically, Western Samaria. Solutions such as cisterns, reservoirs, water tunnels, and springs were developed and perfected throughout history to enable a regular supply of water to the local population. The case of Deir Sam'an is particularly interesting, as it seems the site's water storage capability is much larger than needed during its activity in the Roman-Byzantine period. At the site, located in Western Samaria, several Roman-Byzantine water systems were found including reservoirs and large cisterns. Its main water system, which is still operating, enables a reliable estimate of the available water amount to the site residents in antiquity. In the winter of 2020-2021, the daily precipitation volume and the annual rise in pool levels were measured and compared with the water amount at the end of the summer. The results validated that the water storage capability far exceeds the estimated demand of Deir Sam'an's population. This paper suggests that a large amount of water was utilized by the Byzantine Empire as a strategic management tool of settlement in the area to attract its preferred population to the Western Samaria region.
Ancient tunnels are some of the best sites to test ancient engineering techniques. several late H... more Ancient tunnels are some of the best sites to test ancient engineering techniques. several late Hellenistic (?)roman period water tunnels in israel are studied in order to identify surveying problems associated with two types of shafts, inferred by deviations in the meeting points of the digging teams. in general, vertical shafts are better than inclined shafts in terms of tunnel survey and construction. However, there must be a reason why inclined shafts were preferred (over vertical ones) in some occasions. A possible reason for this could be the need for people to descend down the shafts for regular maintenance of the tunnel where this was needed. studied inclined shafts had steps which allowed easier access down the shafts into the tunnel. However, inclined shafts gave rise to surveying problems and associated deviations in the underlying tunnel. The meeting of the two digging teams could be assisted by acoustic communication, which was an ancient practice in israel, utilized already in iron Age (~700 Bce) tunneling. Keywords: water tunnel, survey errors, shaft, Jerusalem low-level aqueduct, caesarea water system.
Enviromental Archeology, 2021
About 210 spring tunnels were developed in Israel, most of them within its central mountain range... more About 210 spring tunnels were developed in Israel, most of them within its central mountain range and especially in the Jerusalem Hills. This phenomenon probably first appeared in Israel during Iron Age II, around the 8th century BCE. Spring tunnels are associated with the development of irrigated agricultural systems, landscape design and the establishment of rural settlements. This study presents for the first time a comprehensive statistical picture of this phenomenon, with particularly emphasis on the Jerusalem Hills. We have analysed statistically 21 different parameters of two types of springs in the Jerusalem Hills: 70 with tunnels and 60 without tunnels. The selected parameters fall into three categories: (1) geological-geomorphological (formation, surface slope and group, dip); (2) physicalhydrological (precipitation, discharge, etc.); (3) spatial (dispersion, springs elevation ASL, etc.). The results of this study emphasise the spatial aspects of this phenomenon, especially the accessibility to the Old City of Jerusalem. In addition, there is a clear connection between the karstic aquifer overlying the Moza geological formation and the spring tunnels. This study highlights the physical advantages of Jerusalem's hinterland at the eastern sections of the Soreq and Refaim river basins, consistent with the rich archaeological record in these areas.
Uploads
Ancient water systems by Amos Frumkin
תקציר
פנינת מערות היא סוג של ספלאותם בעל צורה כדורית הגדל
בצורה רדיאלית. לרוב, פניני מערות מתגבשות מסביב לגלעין
קטן המצוי בברכה רדודה רוויה בתמס של קלציט או ארגוניט.
ספלאותם זה נפוץ במערות רבות בעולם אך נדיר למדי במערות
ארצנו. במאמר זה מתואר מכלול ייחודי של 50 פניני מערות
שנמצאו בנקבת עין ג'וויזה.
ייתכן, ולראשונה בעולם, נמצאו פנינים שהתגבשו על גלעינים
מעשי יד אדם מן העת העתיקה, כמו על שברי חרסים וטיח
קדום. במאמר מתואר ניסיון לתארך את זמן היווצרותן של
פנינים אלו - ובהתאמה את זמן שימושה של הנקבה בשיטות
תארוך רדיומטריות-אורניום טוריום ואיזוטופים יציבים של
פחמן וחמצן. שיטות אלו הניבו הצלחה חלקית בלבד, בין היתר
בשל נקבוביות רבה בפנינים.
טיפולוגית, נכון לתאר את רוב פניני המערות מעין ג'וויזה
כ'פיזוליטים' - בשל צורתן, קוטרן, מידת נקבוביותן, ובעיקר
בשל הסביבה שאנו משערים שהושקעו- בסמוך לסכרי קלציט
שרבים מהם תועדו בנקבה. מכך שלפנינים אלו פני שטח
גבשושיים, ניתן להסיק שהן נוצרו תחת זרימה איטית של מים
בנקבה. בנוסף, פניני המערות שנמצאו מתאפיינות בקצב גידול
גבוה, דבר המוסבר באחוז גבוה של קלציט במי התמס בנקבה,
ומצב של על-רוויה משמעותית, בשל פליטה מהירה של פחמן
דו חמצני.
Abstract
The Biar aqueduct is the most sophisticated of the aqueducts supplying water to Jerusalem during classical periods. It includes the Biar spring, an underground Shaft Tunnel ∼3 km long harvesting groundwater (cuniculus), a dam, a surface channel, and a tunnel traversing a ridge. We conducted a survey of the Biar underground Shaft
Abstract
The dry climate of Israel and the karstic nature of its rocks have always imposed human innovation for utilisation of water resources and agriculture. Large perennial karst springs are available only in the lowlands, but sophisticated water supply systems were built both in the lowland and highland regions. Marl layers interbedded within carbonates give rise to local perched springs and allow terrace construction. Deforestation has taken place for some 4000 years, causing intense soil erosion, but terraces have reduced this impact.
S=Abstract
Khirbet el-Ḥamam is a site in northwestern Samaria whose remains, dating from the tenth century BCE to the second century CE, indicate that it was a substantial settlement in the region. Adam Zertal, the original excavator, identified it as biblical Arubboth. This article presents an updated description of the site's Hellenistic-Roman period reservoirs, only partially described in previous research, and an analysis of the water system's strategic importance during the Roman siege of the town. In addition, an earlier, previously unknown water system is presented, which is suggested to belong to the Iron Age II town. Examining the reservoirs as strategic urban assets provides an updated perspective on the site's history.
לרוב באבני גזית עשויות גיר או דולומיט, מסותתות היטב בגימור משובח. במיוחד בולטים
קמרונות כאלה במתקני מים מרכזיים של הערים שכם וירושלים וכן בנקבות של מעיינות
בסביבת ערים אלו. קמרונות כאלה אינם מחויבי המציאות מבחינה קונסטרוקטיבית מאחר
שניתן לקרות את החללים הצרים בפחות מאמץ בעזרת לוחות אבן. קמרונות חביתיים צרים
קיימים בעיקר במתקנים שתוארכו לתקופה ההלניסטית והרומית. הקמרונות הצרים שנבנו
בתקופה הרומית מייצגים אולי אפנת בנייה יוקרתית ואיכותית, כפי שניתן ללמוד מספרו
של ויטרוביוס.