En arqueología , la prospección geofísica consiste en técnicas de detección física terrestre que se utilizan para la obtención de imágenes o cartografía arqueológica. La teledetección y las prospecciones marinas también se utilizan en arqueología, pero generalmente se consideran disciplinas separadas. Otros términos, como "prospección geofísica" y "geofísica arqueológica", suelen ser sinónimos.
El estudio geofísico se utiliza para crear mapas de las características arqueológicas del subsuelo . Las características son la parte no portátil del registro arqueológico , ya sean estructuras en pie o rastros de actividades humanas que quedan en el suelo . Los instrumentos geofísicos pueden detectar características enterradas cuando sus propiedades físicas contrastan de manera mensurable con sus alrededores. En algunos casos, también se pueden detectar artefactos individuales, especialmente metales. Las lecturas tomadas en un patrón sistemático se convierten en un conjunto de datos que se pueden representar como mapas de imágenes. Los resultados del estudio se pueden utilizar para guiar la excavación y para dar a los arqueólogos una idea de los patrones 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 la preservación (en lugar de la excavación) es el objetivo, y para evitar la perturbación de sitios culturalmente sensibles , como los cementerios . [1]
Aunque en el pasado se han utilizado estudios geofísicos con éxito intermitente, es muy probable que se obtengan buenos resultados si se aplican de forma adecuada. Resultan más útiles cuando se utilizan en un diseño de investigación bien integrado en el que se pueden probar y refinar las interpretaciones. Tanto el diseño como la interpretación de los estudios requieren un conocimiento del registro arqueológico y de cómo se expresa geofísicamente. La instrumentación, el diseño de los estudios y el procesamiento de datos adecuados son esenciales para el éxito y deben adaptarse a la geología y al registro arqueológico únicos de cada yacimiento. [ cita requerida ] En el campo, el control de la calidad de los datos y la precisión espacial son fundamentales.
Los métodos geofísicos utilizados en arqueología son en gran medida adaptaciones de los utilizados en la exploración minera, la ingeniería y la geología . Sin embargo, la cartografía arqueológica 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. En contraste, la mayoría de los sitios arqueológicos están relativamente cerca de la superficie, a menudo dentro del metro superior de la tierra. Los instrumentos a menudo se configuran para limitar la profundidad de respuesta para 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 "desorden" natural. Para lograr esto se requiere no solo sensibilidad, sino también una alta densidad de puntos de datos, generalmente al menos una y, a veces, docenas de lecturas por metro cuadrado.
Los magnetómetros , los medidores de resistencia eléctrica , los georradar (GPR) y los medidores de conductividad electromagnética (EM) son los métodos que se aplican con más frecuencia en arqueología . Estos métodos pueden resolver muchos tipos de características arqueológicas, son capaces de realizar estudios de alta densidad de muestras en áreas muy extensas y de funcionar 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 ohmímetros que se utilizan para probar circuitos eléctricos. En la mayoría de los sistemas, se insertan sondas de metal en el suelo para obtener una lectura de la resistencia eléctrica local. Se utilizan diversas configuraciones de sonda, 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. Las características arqueológicas se pueden cartografiar cuando tienen una resistividad mayor o menor que sus alrededores. Una base de piedra puede impedir el flujo de electricidad, mientras que los depósitos orgánicos dentro de un basurero pueden conducir la electricidad con mayor facilidad que los suelos circundantes. Aunque generalmente se utilizan en arqueología para el mapeo de vistas 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). Las características arqueológicas subterráneas 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 de envío. Las corrientes estimulan una corriente secundaria en los 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 se pueden utilizar 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 medidores de conductividad responden fuertemente al metal. Esto puede ser una desventaja cuando el metal es ajeno al registro arqueológico, pero puede ser 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 utilizar un solo sensor para medir la intensidad total del campo magnético, o pueden utilizar 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 la última configuración ( gradiómetro ) porque proporciona una mejor resolución de fenómenos pequeños cercanos a la superficie. Los magnetómetros también pueden utilizar una variedad de diferentes tipos de sensores. Los magnetómetros de precesión de protones han sido reemplazados en gran medida por instrumentos de cesio y de compuerta de flujo más rápidos y sensibles.
Cada tipo de material tiene propiedades magnéticas únicas, incluso aquellas que no consideramos "magnéticas". 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 las características arqueológicas compuestas por estos materiales son muy detectables. Donde 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 de la prospección con magnetómetros es que las características sutiles de interés pueden quedar ocultas por materiales geológicos o modernos altamente magnéticos.
El radar de penetración terrestre (GPR) es quizás el más conocido de estos métodos (aunque no es el que más se aplica en arqueología). El concepto de radar es familiar para la mayoría de las personas. En este caso, la señal del radar (un pulso electromagnético) se dirige al suelo. Los objetos del subsuelo y la estratigrafía (capas) causarán reflejos que serán captados por un receptor. El tiempo de viaje de la señal reflejada indica la profundidad. Los datos pueden representarse como perfiles o como mapas en planta que aíslan profundidades específicas.
El GPR puede ser una herramienta poderosa en condiciones favorables (los suelos arenosos uniformes son ideales). Es único tanto en su capacidad para detectar algunos objetos espacialmente pequeños a profundidades relativamente grandes como en su capacidad para distinguir la profundidad de las 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) causa pérdidas conductivas de la intensidad de la señal; los sedimentos rocosos o heterogéneos dispersan la señal del GPR.
Los detectores de metales utilizan la inducción electromagnética para detectar metales. Aunque otros tipos de instrumentos (en particular, los magnetómetros y los 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 se pueden utilizar para crear mapas directamente, pero si se utilizan de manera sistemática pueden ser una herramienta útil en la investigación arqueológica. A veces, se conectan registradores de datos externos a estos 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 cooperativos entre operadores aficionados capacitados y equipos académicos en el campo. [6]
Aunque no se utilizan con tanta frecuencia en arqueología, existen detectores de metales sofisticados que tienen una sensibilidad mucho mayor que los modelos portátiles. Estos instrumentos son capaces de registrar datos y discriminar objetivos de forma sofisticada. Se pueden montar en carros con ruedas para la recopilación de datos de prospección.
El lidar ( Light Radar ) es una tecnología de teledetección óptica que puede medir la distancia a un objetivo iluminándolo con luz , a menudo utilizando pulsos de un láser . El 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 forestal [7] y el suministro de una descripción general de características amplias y continuas que pueden ser indistinguibles en el terreno. El lidar también puede proporcionar a los arqueólogos la capacidad de crear modelos digitales de elevación (DEM) de alta resolución de sitios arqueológicos que pueden revelar microtopografía que de otro modo estaría oculta por la vegetación. Los productos derivados del lidar se pueden integrar fácilmente en un sistema de información geográfica (GIS) para su análisis e interpretación.
La recolección de datos es muy similar independientemente del instrumento de detección en particular. El estudio generalmente implica caminar con el instrumento a lo largo de travesías paralelas muy espaciadas, tomando lecturas a intervalos regulares. En la mayoría de los casos, el área que se va a estudiar se delimita en una serie de "cuadrículas" de estudio cuadradas o rectangulares (la terminología puede variar). Con las esquinas de las cuadrículas 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 un mapeo de alta resolución. Se han desarrollado sistemas de estudio con sistemas de posicionamiento global (GPS) integrados, pero en condiciones de campo, los sistemas actualmente disponibles carecen de la precisión suficiente para el mapeo arqueológico de alta resolución. Los instrumentos geofísicos (en particular, los detectores de metales) también pueden usarse para "escanear" áreas de interés de manera menos formal.
El procesamiento de datos y la creación de imágenes convierten los datos numéricos en bruto en mapas interpretables. El procesamiento de datos suele implicar la eliminación de valores atípicos y ruido estadísticos, y la interpolación de puntos de datos. Se pueden diseñar filtros estadísticos para realzar las características de interés (según el tamaño, la intensidad, la orientación u otros criterios) o suprimir fenómenos naturales o modernos que oculten la realidad. El modelado inverso de las características arqueológicas a partir de datos observados cobra cada vez mayor importancia. Los datos procesados suelen representarse como imágenes, como mapas de contorno o en falso relieve. Cuando los datos geofísicos se representan gráficamente, el intérprete puede reconocer de forma más intuitiva los 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 las décadas de 1940 y 1950. Se emplea cada vez más en otras partes del mundo y con mayor éxito a medida que las técnicas se adaptan a condiciones regionales únicas.
En las primeras encuestas, las mediciones se registraban individualmente y se representaban gráficamente a mano. Aunque a veces se obtenían resultados útiles, las aplicaciones prácticas estaban limitadas por la enorme cantidad de trabajo que requería. El procesamiento de datos era mínimo y las densidades de muestra eran 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 de los equipos de topografía y la automatización han hecho posible la rápida topografía de grandes áreas. La rápida recolección de datos también ha hecho posible alcanzar las altas densidades de muestra necesarias para resolver características pequeñas o sutiles. Los avances en el procesamiento y el software de imágenes han hecho posible detectar, mostrar e interpretar patrones arqueológicos sutiles dentro de los datos geofísicos.
Una visión general de los métodos geofísicos en arqueología se puede encontrar en los siguientes trabajos: