En arqueología , el estudio geofísico son técnicas de detección física terrestres que se utilizan para obtener imágenes o mapas arqueológicos. La teledetección y los estudios marinos también se utilizan en arqueología, pero generalmente se consideran disciplinas separadas. Otros términos, como "prospección geofísica" y "geofísica arqueológica" son generalmente sinónimos.
El estudio geofísico se utiliza para crear mapas de características arqueológicas del subsuelo . Los elementos son la parte no transportable del registro arqueológico , ya sean estructuras en pie o rastros de actividades humanas dejadas en el suelo . Los instrumentos geofísicos pueden detectar características enterradas cuando sus propiedades físicas contrastan de manera mensurable con su entorno. En algunos casos también se pueden detectar artefactos individuales, especialmente metales. Las lecturas tomadas siguiendo un patrón sistemático se convierten en un conjunto de datos que se puede representar como mapas de imágenes. Los resultados de la encuesta se pueden utilizar para guiar la excavación y brindar a los arqueólogos una idea del patrón de las partes no excavadas del sitio. A diferencia de otros métodos arqueológicos , el estudio geofísico no es invasivo ni destructivo. Por esta razón, a menudo se utiliza cuando el objetivo es la preservación (en lugar de la excavación) y para evitar la alteración de sitios culturalmente sensibles como los cementerios . [1]
Aunque los estudios geofísicos se han utilizado en el pasado con éxito intermitente, es muy probable que se obtengan buenos resultados cuando se aplican adecuadamente. Es más útil cuando se utiliza en un diseño de investigación bien integrado donde las interpretaciones pueden probarse y refinarse. Tanto el diseño como la interpretación del estudio requieren un conocimiento del registro arqueológico y de cómo se expresa geofísicamente. La instrumentación, el diseño de estudios y el procesamiento de datos apropiados son esenciales para el éxito y deben adaptarse a la geología y el registro arqueológico únicos de cada sitio. [ cita necesaria ] En el campo, el control de la calidad de los datos y la precisión espacial son fundamentales.
Los métodos geofísicos utilizados en arqueología están en gran medida adaptados de los utilizados en la exploración minera, la ingeniería y la geología . Sin embargo, el mapeo arqueológico presenta desafíos únicos que han estimulado un desarrollo separado de métodos y equipos. En general, las aplicaciones geológicas se ocupan de detectar estructuras relativamente grandes, a menudo lo más profundamente posible. Por el contrario, la mayoría de los sitios arqueológicos están relativamente cerca de la superficie, a menudo dentro del metro superior de la tierra. Los instrumentos suelen estar configurados para limitar la profundidad de la respuesta y resolver mejor los fenómenos cercanos a la superficie que probablemente sean de interés. Otro desafío es detectar características sutiles y a menudo muy pequeñas (que pueden ser tan efímeras como manchas orgánicas de postes de madera podridos) y distinguirlas de rocas, raíces y otros "desordenes" naturales. Para lograr esto se requiere no sólo sensibilidad, sino también una alta densidad de puntos de datos, generalmente al menos una y a veces docenas de lecturas por metro cuadrado.
Los más comúnmente aplicados a la arqueología son los magnetómetros , los medidores de resistencia eléctrica , el radar de penetración terrestre (GPR) y los medidores de conductividad electromagnética (EM) . Estos métodos pueden resolver muchos tipos de características arqueológicas, son capaces de realizar estudios de alta densidad de muestras en áreas muy grandes y de operar en una amplia gama de condiciones. Si bien los detectores de metales comunes son sensores geofísicos, no son capaces de generar imágenes de alta resolución. Otras tecnologías establecidas y emergentes también están encontrando uso en aplicaciones arqueológicas.
Los medidores de resistencia eléctrica pueden considerarse similares a los óhmetros utilizados para probar circuitos eléctricos. En la mayoría de los sistemas, se insertan sondas metálicas en el suelo para obtener una lectura de la resistencia eléctrica local. Se utilizan diversas configuraciones de sondas, la mayoría con cuatro sondas, a menudo montadas en un marco rígido. También se han desarrollado sistemas acoplados capacitivamente que no requieren contacto físico directo con el suelo. Los elementos arqueológicos se pueden cartografiar cuando tienen mayor o menor resistividad que su entorno. Una base de piedra podría impedir el flujo de electricidad, mientras que los depósitos orgánicos dentro de un basurero podrían conducir la electricidad más fácilmente que los suelos circundantes. Aunque generalmente se usan en arqueología para mapeo en planta, los métodos de resistencia también tienen una capacidad limitada para discriminar la profundidad y crear perfiles verticales (consulte Tomografía de resistividad eléctrica ).
Los instrumentos de conductividad electromagnética (EM) tienen una respuesta comparable a la de los medidores de resistencia (la conductividad es la inversa de la resistencia). Los elementos arqueológicos subterráneos se detectan creando un campo magnético bajo tierra mediante la aplicación de una corriente eléctrica que tiene una frecuencia y magnitud conocidas a través de una bobina emisora. Las corrientes provocan una corriente secundaria en conductores subterráneos que es captada por una bobina receptora. Los cambios en la conductividad subterránea pueden indicar características enterradas. [2] [3] Aunque los instrumentos de conductividad EM son generalmente menos sensibles que los medidores de resistencia a los mismos fenómenos, tienen una serie de propiedades únicas. Una ventaja es que no requieren contacto directo con el suelo y pueden usarse en condiciones desfavorables para los medidores de resistencia. Otra ventaja es la velocidad relativamente mayor que los instrumentos de resistencia. A diferencia de los instrumentos de resistencia, los conductímetros responden fuertemente al metal. Esto puede ser una desventaja cuando el metal es ajeno al registro arqueológico, pero puede resultar útil cuando el metal es de interés arqueológico. Algunos instrumentos de conductividad EM también son capaces de medir la susceptibilidad magnética , una propiedad que está adquiriendo cada vez más importancia en los estudios arqueológicos.
Los magnetómetros utilizados en estudios geofísicos pueden usar un solo sensor para medir la intensidad total del campo magnético, o pueden usar dos (a veces más) sensores separados espacialmente para medir el gradiente del campo magnético (la diferencia entre los sensores). En la mayoría de las aplicaciones arqueológicas se prefiere esta última configuración ( gradiómetro ) porque proporciona una mejor resolución de fenómenos pequeños cercanos a la superficie. Los magnetómetros también pueden utilizar una variedad de tipos diferentes de sensores. Los magnetómetros de precesión de protones han sido reemplazados en gran medida por instrumentos de cesio y fluxgate más rápidos y sensibles.
Cada tipo de material tiene propiedades magnéticas únicas, incluso aquellos que no consideramos "magnéticos". Diferentes materiales bajo tierra pueden causar perturbaciones locales en el campo magnético de la Tierra que son detectables con magnetómetros sensibles. Los magnetómetros reaccionan muy fuertemente al hierro y al acero, al ladrillo, al suelo quemado y a muchos tipos de rocas, y los elementos arqueológicos compuestos de estos materiales son muy detectables. Cuando no se encuentran estos materiales altamente magnéticos, a menudo es posible detectar anomalías muy sutiles causadas por suelos alterados o materiales orgánicos en descomposición. La principal limitación del estudio con magnetómetro es que las características sutiles de interés pueden quedar oscurecidas por materiales geológicos o modernos altamente magnéticos.
El radar de penetración terrestre (GPR) es quizás el más conocido de estos métodos (aunque no el más aplicado en arqueología). El concepto de radar es familiar para la mayoría de la gente. En este caso, la señal del radar (un impulso electromagnético) se dirige al suelo. Los objetos del subsuelo y la estratigrafía (capas) provocarán reflejos que serán captados por un receptor. El tiempo de viaje de la señal reflejada indica la profundidad. Los datos se pueden trazar como perfiles o como mapas en planta que aíslan profundidades específicas.
GPR puede ser una herramienta poderosa en condiciones favorables (los suelos arenosos uniformes son ideales). Es único tanto por su capacidad para detectar algunos objetos espacialmente pequeños a profundidades relativamente grandes como por su capacidad para distinguir la profundidad de fuentes de anomalías. La principal desventaja del GPR es que está severamente limitado por condiciones que no son ideales. La alta conductividad eléctrica de los sedimentos de grano fino (arcillas y limos) provoca pérdidas conductivas de intensidad de la señal; Los sedimentos rocosos o heterogéneos dispersan la señal GPR.
Los detectores de metales utilizan inducción electromagnética para detectar metales. Aunque otros tipos de instrumentos (en particular, magnetómetros y medidores de conductividad electromagnética) tienen cierta sensibilidad al metal, los detectores de metales especializados son mucho más eficaces. Los detectores de metales están disponibles en diferentes configuraciones, que varían en sofisticación y sensibilidad. La mayoría tiene cierta capacidad para discriminar entre diferentes tipos de objetivos metálicos.
Los arqueólogos utilizan ampliamente los detectores de metales portátiles comunes. La mayoría de estos instrumentos no crean un conjunto de datos registrados y, por lo tanto, no pueden usarse para crear mapas directamente, pero usados de manera sistemática pueden ser una herramienta útil en la investigación arqueológica. A veces, se adjuntan registradores de datos externos a dichos detectores que recopilan información sobre los materiales detectados y las coordenadas GPS correspondientes para su posterior procesamiento. El uso indebido de estos instrumentos en sitios arqueológicos por parte de cazadores de tesoros y coleccionistas de artefactos ha sido un problema grave en la preservación arqueológica [4] [5] sin embargo, están surgiendo esfuerzos de cooperación entre operadores aficionados capacitados y equipos académicos en este campo. [6]
Aunque no se utilizan con tanta frecuencia en arqueología, se encuentran disponibles detectores de metales sofisticados que tienen una sensibilidad mucho mayor que los modelos portátiles. Estos instrumentos son capaces de registrar datos y discriminar objetivos sofisticados. Se pueden montar en carros con ruedas para la recopilación de datos de encuestas.
Lidar ( LIght raDAR ) es una tecnología óptica de detección remota que puede medir la distancia a un objetivo iluminándolo con luz , a menudo utilizando pulsos de un láser . Lidar tiene muchas aplicaciones en el campo de la arqueología, incluida la ayuda en la planificación de campañas de campo, el mapeo de características debajo del dosel del bosque [7] y la provisión de una descripción general de características amplias y continuas que pueden ser indistinguibles en el terreno. Lidar también puede brindar a los arqueólogos la capacidad de crear modelos de elevación digitales (DEM) de alta resolución de sitios arqueológicos que pueden revelar microtopografía que de otro modo estaría oculta por la vegetación. Los productos derivados de Lidar se pueden integrar fácilmente en un Sistema de Información Geográfica (SIG) para su análisis e interpretación.
La recopilación de datos es muy similar independientemente del instrumento de detección en particular. El levantamiento generalmente implica caminar con el instrumento a lo largo de recorridos paralelos estrechamente espaciados, tomando lecturas a intervalos regulares. En la mayoría de los casos, el área a inspeccionar se divide en una serie de "cuadrículas" de levantamiento cuadradas o rectangulares (la terminología puede variar). Con las esquinas de las rejillas como puntos de referencia conocidos, el operador del instrumento utiliza cintas o cuerdas marcadas como guía al recopilar datos. De esta manera, el error de posicionamiento se puede mantener dentro de unos pocos centímetros para el mapeo de alta resolución. Se han desarrollado sistemas de reconocimiento con sistemas integrados de posicionamiento global (GPS), pero en condiciones de campo, los sistemas actualmente disponibles carecen de precisión suficiente para realizar mapas arqueológicos de alta resolución. Los instrumentos geofísicos (en particular, detectores de metales) también se pueden utilizar para "escanear" áreas de interés de manera menos formal.
El procesamiento de datos y las imágenes convierten datos numéricos sin procesar en mapas interpretables. El procesamiento de datos normalmente implica la eliminación de valores atípicos y ruido estadísticos, y la interpolación de puntos de datos. Los filtros estadísticos pueden diseñarse para mejorar características de interés (según el tamaño, la fuerza, la orientación u otros criterios) o suprimir fenómenos modernos o naturales que oscurecen. El modelado inverso de características arqueológicas a partir de datos observados es cada vez más importante. Los datos procesados normalmente se representan como imágenes, mapas de contorno o en falso relieve. Cuando los datos geofísicos se representan gráficamente, el intérprete puede reconocer de manera más intuitiva patrones culturales y naturales y visualizar los fenómenos físicos que causan las anomalías detectadas.
El uso de estudios geofísicos está bien establecido en la arqueología europea, especialmente en Gran Bretaña, donde fue pionero en los años 1940 y 1950. Se emplea cada vez más en otras partes del mundo y cada vez tiene más éxito a medida que las técnicas se adaptan a condiciones regionales únicas.
En los primeros estudios, las mediciones se registraban individualmente y se trazaban a mano. Aunque en ocasiones se obtuvieron resultados útiles, las aplicaciones prácticas se vieron limitadas por la enorme cantidad de trabajo requerido. El procesamiento de datos fue mínimo y las densidades de muestra fueron necesariamente bajas.
Aunque la sensibilidad de los sensores ha mejorado y se han desarrollado nuevos métodos, los avances más importantes han sido el registro automatizado de datos y las computadoras para manejar y procesar grandes cantidades de datos. Las mejoras continuas en el rendimiento y la automatización de los equipos topográficos han hecho posible estudiar rápidamente grandes áreas. La rápida recopilación de datos también ha hecho que sea práctico lograr las altas densidades de muestra necesarias para resolver características pequeñas o sutiles. Los avances en el software de procesamiento e imágenes han hecho posible detectar, mostrar e interpretar patrones arqueológicos sutiles dentro de los datos geofísicos.
Se puede encontrar una descripción general de los métodos geofísicos en arqueología en los siguientes trabajos: