Estudios arqueomagnéticos y de arqueointensidad en materiales arqueológicos quemados de la Península Ibérica y el Cáucaso
Resumen Abstract Índice Conclusiones
García Redondo, Natalia
2025-A
Descargar PDF 
Resumen
El estudio de las variaciones del campo magnético terrestre en materiales arqueológicos quemados es una valiosa fuente de información tanto arqueológica (fundamentalmente como técnica de datación) como geofísica (modelización del campo magnético terrestre). Esta Tesis aborda estudios arqueomagnéticos en materiales arqueológicos quemados, principalmente de la prehistoria reciente, tanto de la península ibérica como del Cáucaso. Los objetivos de esta tesis están planteados con esa doble perspectiva. Desde el punto de vista arqueológico se pretende obtener dataciones arqueomagnéticas, mejorar las curvas de variación secular (VS) disponibles y obtener nuevos datos arqueomagnéticos para ser incluidos en los modelos geomagnéticos. Desde el punto de vista geofísico, el objetivo es obtener nuevos datos que aporten información acerca de cómo ha variado el campo magnético de la Tierra (CMT) en la península ibérica y en el Cáucaso y comparar lo que ocurre en dos áreas situadas en la misma latitud, pero a ambos extremos del Mediterráneo.
Para cumplir estos objetivos se han estudiado materiales arqueológicos quemados de ambas regiones y con un buen control cronológico independiente. Cronológicamente abarcan periodos prehistóricos (Neolítico, Calcolítico, Edad del Bronce y Edad del Hierro) e históricos (Edad Antigua y Edad Media). Estos materiales consisten en hornos, hogares, cerámicas, pellas de barro cocido y escorias.
En primer lugar, se realizaron experimentos de magnetismo de las rocas para conocer las características de los minerales portadores de la termorremanencia, su estabilidad térmica y preseleccionar las muestras destinadas a los experimentos de arqueointensidad. Estos experimentos son: curvas de adquisición progresiva de la magnetización remanente isoterma (IRM), ciclos de histéresis, curvas de backfield y curvas termomagnéticas.
La alta reversibilidad de las curvas termomagnéticas frecuentemente observada, ha resultado ser especialmente útil para seleccionar qué muestras eran más idóneas para obtener buenos resultados de arqueointensidad. Estos análisis también han permitido interpretar comportamientos anómalos observados en los diagramas de Arai obtenidos de los experimentos de arqueointensidad.
También se llevaron a cabo estudios arqueomagnéticos (direccionales) en todas las estructuras de combustión orientadas. Estos estudios han consistido en experimentos de desmagnetización de la magnetización remanente natural (NRM) a través de dos técnicas: la desmagnetización térmica (TH) y la desmagnetización por campos alternos (AF). Se han obtenido un total de 6 direcciones medias para la península ibérica y 9 direcciones medias para la región del Cáucaso. La desmagnetización térmica ha sido aplicada también en muestras no orientadas magnéticamente, como fragmentos cerámicos o pellas de barro. Ello ha permitido conocer las propiedades de estos materiales de cara a la realización de los experimentos de arqueointensidad y obtener información de interés arqueológico como la determinación de paleotemperaturas.
Los experimentos de arqueointensidad se han llevado a cabo a partir de un enfoque multimétodo (Thellier-Coe, Thellier-IZZI, multiespécimen y pseudo-Thellier), lo que permite aumentar la fiabilidad de los resultados. Tras aplicar unos estrictos criterios de selección, se han obtenido 30 determinaciones medias de arqueointensidad absoluta en los materiales de la península ibérica y 13 determinaciones medias de arqueointensidad absoluta en los materiales del Cáucaso. Estos resultados suponen un incremento muy notable de datos de calidad contrastada para estas cronologías en ambas regiones.
Al comparar los datos direccionales y de arqueointensidad obtenidos con los modelos geomagnéticos disponibles, se han obtenido 6 dataciones arqueomagnéticas para la península ibérica. Para el Cáucaso, se han obtenido 9 dataciones arqueomagnéticas, 6 basadas en la dirección y 3 en el vector completo (dirección e intensidad).
La comparación de los datos de arqueointensidad obtenidos para la 1ª mitad del primer milenio a.C., tanto para la península ibérica como para el Cáucaso, ha aportado nueva evidencia del fenómeno geomagnético Levantine Iron Age Anomaly (LIAA) en ambas regiones. Los resultados confirman la existencia de esta anomalía en el Cáucaso con mayor antigüedad y cómo fue migrando progresivamente desde la zona del Levante hacia el oeste mediterráneo.
Los datos arqueomagnéticos obtenidos de los materiales estudiados procedentes de la península ibérica y la región del Cáucaso, permitirán no sólo implementar la técnica de datación arqueomagnética sino también, mejorar la información geomagnética en ambas regiones. Esto es especialmente valioso para el Cáucaso, donde los datos existentes son muy escasos y de escasa calidad. Asimismo, la aplicación de técnicas magnéticas al estudio de materiales arqueológicos quemados proporciona valiosa información sobre su formación, uso y preservación.
The study of the variations of the Earth’s magnetic field in burned archaeological materials is a valuable source of information, both archaeological (mainly as a dating technique) and geophysical (modeling of the Earth’s magnetic field). This PhD addresses archaeomagnetic studies in burned archaeological materials, mainly from the recent prehistory, both from the Iberian Peninsula and the Caucasus. The objectives of this thesis are set out with this double perspective. From an archaeological point of view, the aim is to obtain archaeomagnetic datings, to improve the available secular variation curves (SVC) and to obtain new archaeomagnetic data to be included in geomagnetic models. From a geophysical point of view, the aim is to obtain new data about the variation of the Earth’s Magnetic Field (EMF) in the Iberian Peninsula and in the Caucasus region, and to compare its behaviour in two areas located at the same latitude but different longitudes, the eastern and western margins of the Mediterranean.
To achieve these objectives, burned archaeological materials from the Iberian Peninsula and the Caucasus region with a good independent chronological control have been studied, Chronologically, they cover prehistoric (Neolithic, Chalcolithic, Bronze Age and Iron Age) and historical (Roman Period and Middle Ages) periods. These materials consist of ovens, hearths, potteries, burned clay remains, and slags.
Firstly, rock magnetic experiments were carried out to gain insight about the characteristics of the minerals that carry thermoremanence, their thermal stability and to preselect samples for archaeointensity experiments. These experiments mainly consisted of progressive isothermal remanent magnetization (IRM) acquisition curves, hysteresis loops, backfield curves and thermomagnetic curves.
The high reversibility of the thermomagnetic curves (frequently observed) has turned out to be especially useful to select the most suitable samples to obtain good archaeointensity results. This analysis also allowed to interpret anomalous behaviours observed in the Arai diagrams obtained in archaeointensity experiments.
Archaeomagnetic (directional) studies were also performed in all oriented combustion structures. These studies consisted of demagnetization experiments of the natural remanent magnetization (NRM) using both thermal (TH) and alternating field (AF) demagnetization. 6 mean directions have been obtained for the Iberian Peninsula and 9 mean directions for the Caucasus region. Thermal demagnetization has also been applied to non-oriented samples, such as pottery or burnt clay material. This has allowed to determine the properties of these materials to carry out archaeointensity experiments and obtain information of archaeological interest such as the determination of paleotemperatures.
Archaeointensity experiments have been carried out using a multi-method approach (Thellier-Coe, Thellier-IZZI, multispecimen and pseudo-Thellier), that allows to increase the reliability of the results. After applying strict selection criteria, 30 mean absolute archaeointensity determinations have been obtained in materials from the Iberian Peninsula and 13 ones in materials from the Caucasus region. These results represent a significant increase in data of proven quality for these chronologies in both regions.
After comparing directional and archaeointensity data obtained with the available geomagnetic models, 6 archaeomagnetic dates have been obtained for the Iberian Peninsula. For the Caucasus, 9 archaeomagnetic dates have been obtained, 6 based on the direction and 3 on the full vector (direction and intensity).
In addition, the comparison of the archaeointensity data obtained from the 1st half of the I millennia BCE for the Iberian Peninsula and the Caucasus region has provided new evidence about the occurrence of the Levantine Iron Age Anomaly (LIAA), in both regions. The results confirm the existence of this anomaly in the Caucasus with greater antiquity and how it progressively migrated from the Levant area to the western Mediterranean.
Archaeomagnetic data obtained from the studied materials of the Iberian Peninsula and the Caucasus region, will allow not only to improve the archaeomagnetic dating technique but also to increase the geomagnetic information of both regions. This is especially valuable for the Caucasus, where existing data are very scarce and of poor quality. Likewise, the application of magnetic techniques to the study of burned archaeological materials provides valuable information in order to reconstruct their formation, use and preservation processes.
Resumen
Abstract
1. Introducción y objetivos
2. Fundamentos
2.1 El campo magnético terrestre (CMT)
2.2 Variaciones del campo magnético terrestre
2.2.1 Las inversiones de polaridad
2.2.2 Las excursiones geomagnéticas
2.2.3 La variación secular (VS)
2.3 El registro del campo magnético terrestre en el pasado
2.3.1 Diamagnetismo, paramagnetismo, ferromagnetismo
2.3.2 Registro de la magnetización remanente en materiales arqueológicos quemados
2.4 El registro de la paleointensidad en materiales arqueológicos quemados
3. Metodología
3.1 Trabajo de campo
3.2 Trabajo de laboratorio
3.2.1 Preparación de muestras
3.2.1.1 Bloques de mano
3.2.1.2 Muestra no orientada
3.2.2 Estudio de las propiedades magnéticas
3.2.3 Análisis paleomagnéticos
3.2.4 Determinación de la paleointensidad absoluta
3.2.4.1 Métodos de tipo Thellier
a) Método Thellier-Coe
b) Método Thellier-IZZI
3.2.4.2 Método tipo multiespécimen
3.2.4.3 Criterios de selección
3.2.4.4 Otros métodos
3.2.5 Experimentos de anisotropía de la termorremanencia (ATRM)
4. Materiales de estudio
4.1 Materiales arqueológicos quemados
4.2 Materiales estudiados de época prehistórica en la península ibérica
4.2.1 Els Trocs (Huesca)
4.2.2 Arroyal I (Burgos)
4.2.3 Los Cascajos (Navarra)
4.2.4 Cueva El Portalón de Cueva Mayor (Sierra de Atapuerca, Burgos)
4.2.5 Viña de Esteban García (Salamanca)
4.2.6 Casetón de la Era (Valladolid)
4.2.7 Peñalosa (Jaén)
4.2.8 Los Torojones (Soria)
4.2.9 El Cementerio (Valladolid)
4.2.10 El Parpantique (Soria)
4.2.11 Pico Romero (Burgos)
4.2.12 Monasterio de Matallana
4.2.13 El Pozuelo II (Soria)
4.2.14 Los Tolmos (Soria)
4.2.15 El Castillo (Valladolid)
4.2.16 Teso del Cuerno (Salamanca)
4.2.17 Carricastro (Valladolid)
4.2.18 El Castillar(Navarra)
4.2.19 Cerro de San Vicente (Salamanca)
4.3 Materiales estudiados de época prehistórica en el Cáucaso
4.3.1 Grakliani (República de Georgia)
4.4 Materiales estudiados de época histórica en la península ibérica
4.4.1 Casa del Mitreo (Mérida, Badajoz)
4.4.2 La Pudia I (Burgos)
4.4.3 Cevico Navero (Palencia)
5. Resultados arqueomagnéticos en materiales arcillosos quemados de época prehistórica de la península ibérica
5.1 Experimentos de paleomagnetismo y de magnetismo de las rocas
5.2 Experimentos de arqueointensidad y de corrección de la ATRM
6. Resultados arqueomagnéticos en cerámicas prehistórica de la península ibérica
6.1 Experimentos de paleomagnetismo y de magnetismo de las rocas
6.2 Experimentos de arqueointensidad y de corrección de la ATRM
7. Resultados arqueomagnéticos en materiales de época prehistórica de la península ibérica: el Cerro de San Vicente (Salamanca)
8. Resultados arqueomagnéticos en materiales de época prehistórica en el Cáucaso
8.1 Introducción
8.2 Recogida de muestras
8.4 Resultados de los experimentos de magnetismo de las rocas
8.4 Resultados de los experimentos de paleomagnetismo
8.5 Valores del parámetro de Koenigsberger
8.6 Resultados de los experimentos de arqueointensidad y de corrección de la anisotropía de la termorremanencia (ATRM)
8.7 El método calibrado de Pseudo-Thellier
8.8 Dataciones radiocarbónicas
9. Resultados arqueomagnéticos en materiales de época histórica de la península ibérica: Casa del Mitreo (Mérida)
10. Resultados arqueomagnéticos en materiales de época histórica de la península ibérica: La Pudia I (Burgos)
11. Resultados arqueomagnéticos en materiales de época histórica de la península ibérica: Cevico Navero (Palencia)
12. Discusión
12.1 Determinaciones de arqueointensidad absoluta en fragmentos cerámicos y fragmentos de material arcilloso quemado de época prehistórica. ¿Son materiales adecuados para obtener datos fiables de arqueointensidad?
12.2 Direcciones paleomagnéticas y determinaciones de arqueointensidad en el yacimiento arqueológico de Grakliani (Rep. Georgia).
12.3 La variación de la intensidad del CMT en Iberia entre el 5300 a.C. y el 300 a.C.
12.4 Variación de la intensidad del CMT en la prehistoria reciente en la península ibérica y el Cáucaso.
13. Conclusiones generales
14. General conclusions
Referencias bibliográficas
Anexos
Anexo 1
Anexo 2
Anexo 3
Anexo 4
Se han realizado estudios arqueomagnéticos y/o de arqueointensidad en hornos, hogares, cerámicas, escorias, paredes, suelos y fragmentos de arcilla cocida procedentes de la península ibérica. Estos materiales abarcan cronológicamente la prehistoria reciente (desde el Neolítico hasta finales de la 1ª Edad del Hierro) y los primeros siglos históricos (Edad Antigua y Edad Media). Los mismos estudios se han llevado a cabo en cerámicas y estructuras de combustión arqueológicas de la región del Cáucaso, comprendidas entre los siglos XII a.C. y II a.C.
Los análisis de paleomagnetismo, de arqueointensidad absoluta y de magnetismo de las rocas realizados en todos los materiales descritos en el capítulo 4, han permitido llegar a las conclusiones que se presentan a continuación en tres bloques diferentes debido al carácter multidisciplinar del presente estudio: conclusiones arqueomagnéticas, conclusiones arqueológicas y conclusiones sobre las propiedades magnéticas del material estudiado.
A) Conclusiones arqueomagnéticas:
A1. Direcciones arqueomagnéticas
• En la península ibérica, se han obtenido 6 direcciones medias inéditas comprendidas entre los s. VII a.C. (1ª Edad del Hierro) y el s. XV d.C. (finales de la Edad Media). Estas direcciones, para los cuales se cuenta con controles de edad independientes, concuerdan bien con variaciones direccionales coetáneas descritas en la curva de variación secular de la península ibérica.
• Para el Cáucaso, del estudio de 9 hornos arqueológicos en el yacimiento de “Grakliani” (Georgia), se han obtenido 9 direcciones medias comprendidas entre los S. XII y II a.C. Son datos estadísticamente buenos y especialmente valiosos por la ausencia de registros de confianza en esta región.
A2. Arqueointensidad absoluta
• Se han obtenido 85 determinaciones inéditas de arqueointensidad absoluta (correspondientes a 23 muestras) en cerámicas y fragmentos de arcilla cocida (pellas) prehistóricas de la península ibérica, entre el Neolítico y 1ª Edad del Hierro. Esas 23 determinaciones medias representan el doble de datos de calidad contrastada (incluyendo pTRM checks y correcciones de ATRM) que las que hay actualmente para ese intervalo. El número de determinaciones medias obtenidas aumenta a 30 incluyendo los materiales históricos peninsulares. Aunque no constituyen un registro geomagnético temporalmente continuo, tienen un control de edad independiente, son datos metodológicamente fiables, filtrados bajo estrictos criterios de calidad y mejoran sustancialmente las bases de datos existentes.
• Los análisis de arqueointensidad tienen tasas de éxito del 66% en los materiales arcillosos quemados (pellas) y del 33% para las cerámicas prehistóricas de la península ibérica. Por primera vez, se demuestra que las pellas de barro cocido prehistóricas, tradicionalmente despreciadas en Arqueología por ser tipológicamente poco informativas, son materiales adecuados para obtener datos de arqueointensidad. En los materiales históricos la tasa de éxito es variable, aunque llega al 96% en el horno romano de “Casa de Mitreo”.
• Las cerámicas prehistóricas de la península ibérica exhiben con frecuencia diagramas de Arai con dos pendientes diferenciadas. Experimentos realizados indican que este comportamiento está fundamentalmente relacionado con características y transformaciones de la mineralogía ferromagnética. A excepción de los especímenes univectoriales portadores de una TRM estable, el resto de cerámicas no han sido consideradas para fines de modelado geomagnético.
• Las 24 determinaciones de arqueointensidad medias obtenidas (pellas, fragmentos cerámicos y escorias del Cerro de San Vicente) para la península ibérica entre el Neolítico y la 1ª Edad del Hierro (22 de calidad óptima), combinadas con los datos de intensidad prehistóricos disponibles en la base de datos GEOMAGIA, han permitido elaborar una curva de variación de intensidad del CMT peninsular comprendida entre el ca. 5.200 – 300 a.C.
• Esta curva de arqueointensidad peninsular exhibe una tendencia que coincide bastante bien con otros modelos geomagnéticos que ya existen para ese intervalo cronológico. Desde el ⁓ 5.200 a.C., la tendencia general es a un aumento de la intensidad del CMT de forma progresiva hasta llegar a dos picos máximos en torno al 800 y 500 a.C., con valores de intensidad de hasta 90 – 100 µT. Estos picos parecen estar vinculados al fenómeno geomagnético Levantine Iron Age Anomaly (LIAA).
• En el Cáucaso, se han obtenido 6 valores de arqueointensidad media del estudio de los 9 hornos de “Grakliani” y otras 7 determinaciones de arqueointensidad media en cerámicas prehistóricas de ese yacimiento. Esto constituye un total de 13 determinaciones inéditas entre el S.XII y II a.C. Al igual que para los materiales de la península ibérica, todas las determinaciones de arqueointensidad incluyen diversos test de calidad (pTRM checks, corrección de la ATRM, etc.) y están filtradas bajo estrictos criterios de calidad. Todos estos datos podrán ser incorporados a bases de datos y modelos geomagnéticos existentes.
• Todas las estructuras de combustión de Grakliani tienen un control cronológico absoluto y/o relativo independiente, por lo que también han sido datadas arqueomagnéticamente. 6 de las estructuras han sido datadas mediante el vector completo y las otras 3, utilizando solo la dirección arqueomagnética. Las dataciones obtenidas son mayoritariamente coherentes con la edad independiente disponible.
• El estudio arqueomagnético del hogar del yacimiento del “Cerro de San Vicente” (Salamanca), ha registrado valores elevados de intensidad (72.4 ± 2.0 µT) en torno al S.VI a.C., proporcionando nueva evidencia de la LIAA en la península ibérica.
• Los materiales estudiados de “Grakliani” (Georgia), también han registrado valores de intensidad elevados de hasta 90 – 100 µT y en dos intervalos cronológicos diferentes (S. XII-IX y S.VI-II a.C.). Ese doble pico, ya observado por otros autores, parece representar un comportamiento específico del CMT en esa región, la LIAA.
• La LIAA parece ser un fenómeno que se manifiesta con dos picos de corta duración, que ha ido migrando hacia el oeste y que llega a la península ibérica procedente del mediterráneo oriental a medida que avanza en el tiempo desde inicios del 1er milenio a.C. Esta migración ha sido observada también en esta tesis al comparar los valores de intensidad obtenidos en los materiales de la península ibérica y el Cáucaso.
• Los datos de arqueointensidad obtenidos son de alta calidad. Estos datos suponen una importante mejora, en número y calidad, de los registros arqueomagnéticos existentes para la prehistoria reciente de la península ibérica y del Cáucaso. Esta información, además de mejorar el conocimiento para reconstruir las variaciones del CMT en el pasado, representa una mejora para la técnica de datación arqueomagnética para estas cronologías.
B) Conclusiones arqueológicas:
• Se ha datado mediante arqueomagnetismo el último uso y potencial abandono de estructuras de combustión de diversa edad y naturaleza. Éste era uno de los principales objetivos de la Tesis y también, la aplicación más conocida del método. Concretamente éstas son:
– “Cerro de San Vicente” (Salamanca): Datación mediante el vector completo del último uso del hogar (654-575 a.C.; a 2σ). Esta es una de las fechas más precisas para mediados del 1er milenio a.C., en Europa occidental (García-Redondo et al. 2021).
– “Casa del Mitreo” (Mérida, Badajoz): Datación usando el vector completo de un horno romano en el S.I d.C. (García-Redondo et al. 2020a).
– “La Pudia” (Caleruega, Burgos): Datación usando el vector completo de dos hogares, obteniendo fechas de abandono entre finales del S.IX y la 1ª mitad del S.XI d.C. (García-Redondo et al. 2020b).
– “San Pelayo del Cerrato” (Cevico Navero, Palencia): Datación mediante el vector completo de dos hornos en el S.XIV d.C. (García-Redondo et al. 2019).
• El estudio del “Cerro de San Vicente” (Salamanca), demuestra la idoneidad del arqueomagnetismo para datar con gran precisión yacimientos de la 1ª Edad del Hierro (ca. S.IX – V a.C.) frente a otras técnicas radiométricas como el 14C.
• La comparación del registro magnético (dirección y/o intensidad) de materiales aparentemente coetáneos desde el punto de vista arqueológico, puede ayudar a determinar su no contemporaneidad. Un ejemplo es la datación por arqueointensidad de las escorias del “Cerro de San Vicente”. Se ha demostrado que son cronológicamente anteriores (S. X-IX a.C.) al hogar central (S.VII-VI a.C.), al contrario de lo que asumían originalmente los arqueólogos.
• El estudio arqueomagnético del horno romano de “Casa Mitreo” (Mérida), ha demostrado que la datación relativa (ej.: decoración y/o tipología cerámica), puede ser mucho más precisa que cualquier datación absoluta. La datación arqueomagnética no refina la edad inferida por tipología cerámica (55 d.C. ± 15 años), pero es coincidente con la edad esperada.
• Se han obtenido 4 dataciones radiocarbónicas en 4 de las 9 estructuras de combustión estudiadas del yacimiento georgiano de “Grakliani” (GK1, GK5, GK7 y GK9) y todas son coherentes con su respectiva cronología relativa.
• Las 9 estructuras de combustión estudiadas de “Grakliani” (Georgia), todas con información cronológica absoluta y/o relativa independiente (entre S.XII y II a.C.), han sido datadas arqueomagnéticamente (6 mediante el vector completo y 3 sólo con la dirección). Además del interés arqueomagnético ya mencionado, su interés arqueológico (cronométrico) es evidente.
• La desmagnetización progresiva térmica de la NRM ha permitido determinar la última temperatura de calentamiento en alguno de los materiales estudiados a partir de la máxima temperatura de desbloqueo (max. TUB) en termorremanencias parciales. Ej.: suelo circundante al hogar en la cabaña 1 del Cerro de San Vicente (ca. 450 – 500 ºC) o algunas cerámicas prehistóricas utilizadas en actividades culinarias (ca. 350 – 500 ºC). La determinación de paleotemperaturas es otra de las aplicaciones arqueológicas del método y aquí se ha explorado satisfactoriamente.
C) Conclusiones de propiedades magnéticas:
• Las determinaciones de arqueointensidad de buena calidad se han caracterizado por materiales que portan una TRM con las siguientes características: (i) diagramas de desmagnetización de la NRM univectoriales y de alta intensidad; (ii) curvas termomagnéticas altamente reversibles (ambos ciclos reproducen la misma(s) fase(s) y la diferencia entre la magnetización inicial y final no es mayor del 10%) y (iii) valores de Qn > 1 y usualmente mucho más altos.
• Antes de abordar análisis sistemáticos de arqueointensidad, es muy conveniente realizar experimentos paleomagnéticos y análisis de propiedades magnéticas previos, que permitan evaluar la idoneidad del material a analizar (desmagnetización térmica de la NRM y curvas termomagnéticas). Diagramas de Zijderveld univectoriales y curvas termomagnéticas con un alto grado de reversibilidad suelen ser buenos indicadores de muestras que pueden funcionar bien para obtener datos de arqueointensidad.
• Es necesario realizar análisis de la anisotropía de la TRM (ATRM) en este tipo de materiales quemados y especialmente en cerámicas, ya que valores de anisotropía elevados pueden afectar a los resultados arqueomagnéticos.