Prospección geofísica (arqueología)

En arqueología , la prospección geofísica consiste en técnicas de detección física terrestre utilizadas para la obtención de imágenes o la cartografía arqueológica. La teledetección y las prospecciones marinas también se utilizan en arqueología, pero generalmente se consideran disciplinas distintas. Otros términos, como «prospección geofísica» y «geofísica arqueológica», suelen ser sinónimos.

El estudio geofísico se utiliza para crear mapas de rasgos arqueológicos subterráneos . Estos rasgos constituyen la parte no transportable del registro arqueológico , ya sean estructuras en pie o huellas de actividades humanas dejadas en el suelo . Los instrumentos geofísicos pueden detectar rasgos enterrados cuando sus propiedades físicas contrastan notablemente con su entorno. En algunos casos, también se pueden detectar artefactos individuales, especialmente de metal. Las lecturas tomadas de forma sistemática conforman un conjunto de datos que se puede representar como mapas de imágenes. Los resultados del estudio se pueden utilizar para guiar la excavación y para brindar a los arqueólogos información sobre la estructura de las partes no excavadas del sitio. A diferencia de otros métodos arqueológicos , el estudio geofísico no es invasivo ni destructivo. Por esta razón, se utiliza a menudo 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 la prospección geofísica se ha utilizado en el pasado con resultados intermitentes, es muy probable obtener buenos resultados cuando se aplica correctamente. Resulta más útil cuando se integra en un diseño de investigación bien estructurado que permite contrastar y perfeccionar las interpretaciones. Tanto el diseño de la prospección como su interpretación requieren conocimiento del registro arqueológico y su expresión geofísica. La instrumentación, el diseño de la prospección y el procesamiento de datos adecuados son esenciales para el éxito y deben adaptarse a la geología y el registro arqueológico únicos de cada yacimiento. En el campo, el control de la calidad de los datos y la precisión espacial son fundamentales.

Los métodos geofísicos empleados en arqueología se basan en gran medida en los utilizados en la exploración minera, la ingeniería y la geología . Sin embargo, la cartografía arqueológica presenta desafíos únicos que han impulsado el desarrollo de métodos y equipos específicos. En general, las aplicaciones geológicas se centran en la detección de estructuras relativamente grandes, a menudo a la mayor profundidad posible. En cambio, la mayoría de los yacimientos arqueológicos se encuentran relativamente cerca de la superficie, generalmente en el primer metro de tierra. Los instrumentos suelen configurarse para limitar la profundidad de respuesta y así obtener una mejor resolución de los fenómenos superficiales de interés. Otro reto consiste en detectar características sutiles y a menudo muy pequeñas —tan efímeras como las manchas orgánicas de postes de madera en descomposición— y distinguirlas de rocas, raíces y otros elementos naturales. Para lograrlo, se requiere no solo sensibilidad, sino también una alta densidad de datos, generalmente al menos una lectura por metro cuadrado, y a veces docenas.

Los instrumentos más utilizados en arqueología son los magnetómetros , los medidores de resistencia eléctrica , el radar de penetración terrestre (GPR) y los medidores de conductividad electromagnética (EM) . Estos métodos permiten identificar diversos tipos de estructuras arqueológicas, realizar estudios de alta densidad en áreas muy extensas y 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, tanto consolidadas como emergentes, también se están utilizando en aplicaciones arqueológicas.

Los medidores de resistencia eléctrica pueden considerarse similares a los ohmímetros 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, 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 pueden cartografiarse cuando presentan una resistividad mayor o menor que la de 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 con mayor facilidad que los suelos circundantes. Aunque generalmente se utilizan en arqueología para la cartografía en planta, los métodos de resistencia también tienen una capacidad limitada para discriminar la profundidad y crear perfiles verticales (véase 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 estructuras arqueológicas subterráneas se detectan creando un campo magnético bajo tierra mediante la aplicación de una corriente eléctrica de frecuencia y magnitud conocidas a través de una bobina emisora. Estas corrientes generan una corriente secundaria en los conductores subterráneos, que es captada por una bobina receptora. Los cambios en la conductividad subterránea pueden indicar la presencia de estructuras enterradas. ^{[ 2 ] [ 3 ]} Si bien los instrumentos de conductividad EM suelen ser menos sensibles que los medidores de resistencia a los mismos fenómenos, poseen varias propiedades únicas. Una ventaja es que no requieren contacto directo con el suelo y pueden utilizarse en condiciones desfavorables para los medidores de resistencia. Otra ventaja es su mayor velocidad en comparación con los instrumentos de resistencia. A diferencia de estos últimos, 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 cada vez más importante en los estudios arqueológicos.

Los magnetómetros utilizados en prospecciones geofísicas pueden emplear un solo sensor para medir la intensidad total del campo magnético, o bien dos (o incluso 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 diversos tipos de sensores. Los magnetómetros de precesión de protones han sido reemplazados en gran medida por instrumentos de magnetómetro de flujo magnético y de cesio, más rápidos y sensibles.

Cada tipo de material posee propiedades magnéticas únicas, incluso aquellos que no consideramos "magnéticos". Los distintos materiales que se encuentran bajo tierra pueden provocar perturbaciones locales en el campo magnético terrestre, detectables con magnetómetros sensibles. Estos reaccionan con gran intensidad al hierro y al acero, al ladrillo, a la tierra quemada y a muchos tipos de roca, y las estructuras arqueológicas compuestas por estos materiales son fácilmente detectables. En ausencia de estos materiales altamente magnéticos, a menudo es posible detectar anomalías muy sutiles causadas por suelos alterados o materia orgánica en descomposición. La principal limitación de la prospección magnetométrica radica en 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 método más conocido (aunque no el más utilizado en arqueología). El concepto de radar es familiar para la mayoría. En este caso, la señal de radar —un pulso electromagnético— se dirige hacia el subsuelo. Los objetos y la estratigrafía (capas) del subsuelo generan reflexiones que son captadas por un receptor. El tiempo de propagación de la señal reflejada indica la profundidad. Los datos pueden representarse gráficamente como perfiles o como planos que aíslan profundidades específicas.

El georradar puede ser una herramienta poderosa en condiciones favorables (los suelos arenosos uniformes son ideales). Es único tanto por su capacidad para detectar objetos pequeños a profundidades relativamente grandes como por su habilidad para determinar la profundidad de las fuentes de anomalías. La principal desventaja del georradar es que se ve seriamente limitado por condiciones menos que ideales. La alta conductividad eléctrica de los sedimentos de grano fino (arcillas y limos) provoca pérdidas de señal por conducción; los sedimentos rocosos o heterogéneos dispersan la señal del georradar.

Los detectores de metales utilizan la inducción electromagnética para detectar metales. Si bien otros instrumentos (como los magnetómetros y los medidores de conductividad electromagnética) tienen cierta sensibilidad a los metales, los detectores de metales especializados son mucho más eficaces. Existen detectores de metales con diferentes configuraciones, que varían en sofisticación y sensibilidad. La mayoría tiene cierta capacidad para diferenciar entre distintos tipos de objetos metálicos.

Los detectores de metales portátiles comunes son ampliamente utilizados por los arqueólogos. La mayoría de estos instrumentos no generan un registro de datos y, por lo tanto, no pueden utilizarse para crear mapas directamente, pero empleados de manera sistemática pueden ser una herramienta útil en la investigación arqueológica. En ocasiones, se les acoplan registradores de datos externos que recopilan información sobre los materiales detectados y las coordenadas GPS correspondientes para su posterior procesamiento. El uso indebido de estos instrumentos en yacimientos arqueológicos por parte de buscadores de tesoros y coleccionistas de artefactos ha sido un grave problema para la conservación 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, existen detectores de metales sofisticados con una sensibilidad mucho mayor que los modelos portátiles. Estos instrumentos permiten el registro de datos y una discriminación de objetivos precisa. Además, pueden montarse en carros con ruedas para la recopilación de datos de prospección.

Lidar ( radar ligero ) es una tecnología de teledetección óptica que permite medir la distancia a un objetivo iluminándolo con luz , generalmente mediante pulsos láser . Lidar tiene numerosas aplicaciones en el campo de la arqueología, como la planificación de campañas de campo, el mapeo de elementos bajo la cubierta forestal ^{[ 7 ]} y la obtención de una visión general de elementos amplios y continuos que podrían ser indistinguibles en el terreno. Además, Lidar permite a los arqueólogos crear modelos digitales de elevación (MDE) de alta resolución de yacimientos arqueológicos, revelando microtopografías ocultas por la vegetación. Los productos derivados de Lidar se integran fácilmente en un Sistema de Información Geográfica (SIG) para su análisis e interpretación.

La recopilación de datos es bastante similar independientemente del instrumento de detección específico. El levantamiento generalmente implica caminar con el instrumento a lo largo de transectos paralelos muy próximos entre sí, tomando lecturas a intervalos regulares. En la mayoría de los casos, se marca un sistema de cuadrícula en el suelo para proporcionar control espacial. Con los puntos de la cuadrícula marcados como referencia, 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 levantamiento con Sistemas Globales de Navegación por Satélite ( GNSS ) integrados. En condiciones de sitio abierto, estos pueden facilitar el levantamiento sin necesidad de establecer un sistema de cuadrícula local. Los sistemas GNSS generalmente requieren corrección RTK (en lugar de SBAS ) para el mapeo arqueológico de alta resolución. Los instrumentos geofísicos (en particular, detectores de metales) también pueden utilizarse para "escanear" áreas de interés de manera menos formal.

El procesamiento y la generación de imágenes de datos transforman los datos numéricos brutos en mapas interpretables. El procesamiento de datos suele implicar la eliminación de valores atípicos y ruido estadístico, así como la interpolación de puntos de datos. Se pueden diseñar filtros estadísticos para realzar las características de interés (según su tamaño, intensidad, orientación u otros criterios) o para suprimir fenómenos modernos o naturales que puedan ocultarlas. El modelado inverso de características arqueológicas a partir de datos observados está adquiriendo cada vez mayor importancia. Los datos procesados ​​se suelen representar como imágenes, mapas de curvas de nivel o en falso relieve. Cuando los datos geofísicos se representan gráficamente, el intérprete puede reconocer de forma más intuitiva patrones culturales y naturales, y visualizar los fenómenos físicos que causan las anomalías detectadas.

El uso de prospecciones geofísicas está bien establecido en la arqueología europea, especialmente en Gran Bretaña, donde se popularizó en las décadas de 1940 y 1950. Su uso se está extendiendo a otras partes del mundo con creciente éxito, a medida que las técnicas se adaptan a las condiciones regionales específicas.

En los primeros estudios, las mediciones se registraban individualmente y se representaban gráficamente a mano. Si bien en ocasiones se obtenían resultados beneficiosos, las aplicaciones prácticas se veían limitadas por la enorme cantidad de trabajo que requería. El procesamiento de datos era mínimo y la densidad de muestras era necesariamente baja.

Si bien 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 capaces de manejar y procesar grandes cantidades de información. El aumento en el rendimiento y la automatización de los equipos de prospección ha permitido explorar grandes áreas con rapidez. La rápida recopilación de datos también ha hecho posible alcanzar las altas densidades de muestreo necesarias para detectar detalles pequeños o sutiles. Los avances en el software de procesamiento e imagen han posibilitado la detección, visualización e interpretación de patrones arqueológicos sutiles dentro de los datos geofísicos.

• Prospección arqueológica de campo
• Prospección magnética (arqueología)
• Prospección con radar de penetración terrestre (arqueología)
• Prospección de resistencia eléctrica (arqueología)
• Teledetección (arqueología)

En las siguientes obras se puede encontrar una descripción general de los métodos geofísicos en arqueología:

• Clark, Anthony J. (1996). Viendo bajo la tierra. Métodos de prospección en arqueología . Londres, Reino Unido: BT Batsford Ltd.
• Gaffney, Chris; John Gater (2003). Revelando el pasado enterrado: Geofísica para arqueólogos . Stroud, Reino Unido: Tempus.
• Witten, Alan (2006). Manual de Geofísica y Arqueología . Londres, Reino Unido: Equinox Publishing Ltd.
• Cuenca-García, Carmen; Asandulesei, Andrei; Lowe, Kelsey M. (2024). Arqueogeofísica mundial: enfoques integrados mínimamente invasivos utilizando ejemplos basados ​​en países . Springer.

• Sociedad Internacional de Prospección Arqueológica
• "La base de datos norteamericana de geofísica arqueológica (NADAG)" .
• "Datos geofísicos en arqueología: una guía de buenas prácticas" . Archivado del original el 2 de junio de 2009. Consultado el 4 de abril de 2006 .
• "PhysicsWeb: Física y arqueología" .
• Prospecciones Arqueológicas de Viena
• «Consejo Arqueológico Europeo: Directrices para el uso de la geofísica en arqueología: preguntas y puntos a considerar» (PDF) . Archivado del original (PDF) el 19 de agosto de 2019. Consultado el 16 de septiembre de 2019 .
• Instituto Ludwig Boltzmann de Prospección Arqueológica y Arqueología Virtual
• Laboratorio de Teledetección Geofísica por Satélite y Arqueoambiente (GeoSat ReSeArch - IMS/FORTH) Enlace obsoleto archivado el 17/02/2013 en archive.today