Tierra y Tecnología nº 43 | Texto | Mª Amor Barros del Río y Mª Isabel Sarró Moreno | Laboratorios de vanguardia para los estudios geológicos, arqueológicos y geocronológicos.
El Centro Nacional de Investigación sobre la Evolución Humana, CENIEH, abrió sus puertas en el año 2009 y, en la actualidad, forma parte del Complejo de la Evolución Humana, que se encuentra en el centro de la ciudad de Burgos, España (figura 1). El Centro aúna arquitectura, innovación y grandes infraestructuras técnicas para que la investigación y servicios prestados a la comunidad investigadora e industrial sean de excelencia, tanto en el ámbito de las capacitaciones técnicas y científicas del Centro como en los recursos económicos que se requieren para mantener un equipamiento moderno y eficiente que desemboca en un impacto a nivel internacional.
Su principal campo de investigación es la evolución humana durante el Neógeno y Cuaternario tardío, pero el Centro también promueve el conocimiento y la transferencia de conocimiento a la sociedad, y fomenta y apoya la colaboración en la realización de excavaciones y depósitos de estos periodos en todo el mundo. Por ello, el CENIEH tiene como misión:
- Fomentar el avance en la comprensión de la evolución humana a través de la investigación multidisciplinar.
- Ser un recurso para las instituciones nacionales e internacionales y facilitar los estudios en este campo.
- Conservar, restaurar y gestionar colecciones de fósiles e industria lítica de excavaciones en yacimientos arqueológicos y paleontológicos de todo el mundo.
Además, el CENIEH ha sido galardonado con la etiqueta ICTS (Instalación Científico-Técnica Singular) por el Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO) de España. En este sentido, su objetivo es tener abiertas las más modernas instalaciones para el desarrollo de una actividad investigadora de excelencia y servir de apoyo al sistema de I+D+i nacional e internacional. Dichas instalaciones albergan equipamientos tecnológicos de vanguardia y dan servicio a la investigación científica puntera que en ellas se genera. Laboratorios, salas polivalentes, espacios diáfanos y zonas de trabajo han sido equipados para que la investigación sobre la evolución humana en Burgos se establezca como referencia a nivel mundial, meta que se consigue gracias a la atracción del talento, la celebración de congresos y reuniones científicas internacionales y la aplicación de técnicas innovadoras no sólo para la investigación fundamental, sino también en la oferta de servicios a la comunidad científica y empresarial.
En el panorama internacional, el CENIEH (figura 2) es también miembro del ESFRI (Foro Estratégico Europeo sobre Infraestructuras de Investigación), una red dedicada a desarrollar la integración científica de Europa y reforzar su proyección internacional. La geología y la geocronología son algunos de los campos más desarrollados en el CENIEH y la mayor parte de sus equipamientos ofrecen numerosas aplicaciones en estas disciplinas y campos afines.
Las dotaciones existentes del CENIEH se dividen básicamente en tres campos: caracterización geológica y de materiales, geocronología y colecciones. Cada una de estas dotaciones cuenta con laboratorios especializados.
Laboratorios de caracterización geológica y de materiales
Estos laboratorios apoyan con su instrumentación la caracterización de materiales y suelos, pudiendo obtener información sedimentológica, composición química, estructura cristalina, morfología y estructura, tanto de materiales sólidos naturales como artificiales. Nuestros instrumentos están alojados en laboratorios diseñados específicamente para estas aplicaciones.
Sedimentología y preparación de láminas delgadas y corte
En el laboratorio de sedimentología se realizan análisis físico-químicos de los suelos, sedimentos y rocas. La información sobre la composición, la textura, la naturaleza y la morfología de un sedimento de la muestra o el tipo de suelo se obtiene aquí. Los análisis en laboratorios pueden proporcionar información sobre los modos de transporte (agua, viento…) y procesos físico-químicos que pueden afectar a los sedimentos, el origen de los minerales, etc.
Actualmente, el equipamiento del que dispone el laboratorio permite la preparación de muestras para su utilización en técnicas analíticas realizadas en otros laboratorios del CENIEH como pueden ser DRX, FRX o ICP-OES, realización de separación mineral de cuarzos y feldespatos, análisis granulométricos completos por técnicas láser y tradicionales (figura 3), calcimetrías, separación de limos mediante empleo de varios procedimientos, digestión por microondas, desarrollo de procedimientos para la datación por núclidos cosmogénicos, etc.
La parte del laboratorio dedicada a la preparación de láminas delgadas se dedica al corte y preparación de estas láminas y probetas para el estudio petrográfico (figura 4). Dispone de un completo equipamiento para ello: pulidoras, lapeadoras, rectificadoras, etc.; además, cuenta con una mesa Gemini que permite completar el proceso de separación de apatitos y circones como paso inicial para poder ser completamente independientes en la preparación de muestras para la técnica de datación por termocronología mediante huellas de fisión (fission track).
Entre los servicios realizados por el laboratorio cabe mencionar la elaboración de láminas delgadas de rocas y materiales compactos, de láminas delgadas para materiales disgregados o pulverulentos mediante consolidación y embutido en resinas, de probetas pulidas, de láminas delgadas pulidas, preparación de cortes y pulidos en probetas macro para estudios específicos, de tinciones selectivas e impregnación con resinas especiales.
Arqueometría
El objetivo principal de esta unidad es la caracterización de materiales sólidos con el fin de apoyar la investigación en las áreas de conservación del patrimonio cultural, la geología, la arqueología, la química, la ciencia de los materiales, farmacia y ciencias del medio ambiente, entre otras. También ha demostrado ser muy útil en los campos de la construcción e ingeniería civil. Por otra parte, también ofrece consejos para una mejor adaptación de las medidas que se deben realizar, y la posibilidad de combinar los resultados de estos servicios con los datos de otras técnicas analíticas complementarias. Todo ello puede ir acompañado de los informes técnicos correspondientes.
Algunos de los equipamientos más destacados en este laboratorio son:
- Difractómetro de polvo: X´Pert PRO MPD PANalytical equipado con un tubo de rayos X de ánodo de Cu, que opera con geometría Theta-Theta, rendija programable de divergencia, monocromador secundario curvo y detector ultrarrápido PIXcel. Puede trabajar con un cargador automático de muestras en polvo de 15 posiciones o con una plataforma portamuestras multipropósito, que posibilita realizar análisis no destructivos directamente sobre las muestras sólidas.
- Espectrómetro de fluorescencia de rayos X por dispersión de longitud de onda Axios PANalytical, equipado con tubo de rayos X de ventana ultrafina y ánodo de Rh (4kW), con detectores de flujo y centelleo. Está dotado de un sistema robotizado para el cambio de muestras. Este equipo permite el análisis químico cualitativo y cuantitativo desde el F al U en un amplio rango de concentraciones desde componentes mayoritarios a trazas (como complemento a las determinaciones cuantitativas se dispone del software IQ+ que permite obtener un análisis semicuantitativo de cualquier tipo de muestra sólida). El laboratorio cuenta también con equipamiento para la preparación de muestras (molino, perladora y prensa hidráulica) (figura 5).
- Microscopio Raman confocal: DXR Thermo Fisher. Esta técnica se ha vuelto muy relevante en los últimos años para el análisis de materiales. Su uso se basa cada vez más en un número de ventajas que lo hacen ideal para el análisis de una variedad de materiales arqueológicos siendo sus características principales: que es no destructivo, requiere pequeña cantidad de muestra y se obtiene una alta resolución espacial, lo que permite el análisis de pequeñas heterogeneidades en una matriz compleja. Cuenta con dos láser: 532 nm (verde) y 780 nm (NIR)
- Espectrómetro de infrarrojo por transformada de Fourier: Nicolet 6700 Thermo Fisher. Consta de un interferómetro de tipo Michelson 45º, de barrido rápido, capaz de registrar espectros FT-IR en el rango del infrarrojo medio (4.000-400 cm-1) en un tiempo muy reducido. La resolución espectral que alcanza el equipo estándar es de 0,5 cm-1. Puede realizar tres modalidades distintas de análisis/medidas: espectros de sólidos por transmisión, espectros de sólidos y líquidos por reflectancia total atenuada (ATR) y espectros de gases mediante la interfase TGA, cuando está acoplada al equipo de análisis termogravimétrico (TGA/DSC). Este acoplamiento de los equipos permite el análisis simultáneo por espectroscopía de infrarrojos de los gases producidos en la descomposición de sustancias en la TGA al ser sometidos los materiales a altas temperaturas, lo que le ofrece una información muy útil para conocer la composición química de diversos materiales.
Microscopía
El laboratorio de microscopía cuenta con una gran variedad de equipos ópticos y electrónicos para la caracterización microestructural y elemental de materiales biológicos, orgánicos e inorgánicos, con orientación práctica al análisis, control de calidad e investigación básica y aplicada. Este laboratorio está estructurado en cuatro grandes áreas: i) área de microscopía óptica, de fluorescencia y metalográfica, ii) área de análisis de partículas, iii) área de microscopía confocal láser y, iv) área de microscopía electrónica de barrido.
Su moderno equipamiento ofrece múltiples aplicaciones, tales como: investigación microestructural de piezas arqueológicas; geología y sedimentología; estudio de organismos, tejidos y células; estudio de materiales (metálicos, pétreos, sintéticos, textiles, etc.); identificación de minerales y sustancias sintéticas; estudios de corrosión de metales y aleaciones; deterioro de obras de arte (análisis de capas pictóricas, pigmentos, aglutinantes, etc.); medicina general y forense.
Micro-tomografía computarizada
El laboratorio de micro-tomografía computarizada está equipado con un MicroCT80 (Scanco) (figura 6), con un software implementado para llevar a cabo la evaluación de datos. Este equipo puede analizar variables tales como el área, volumen, espesor, número trabecular, densidad, espesor, separación intratrabecular, etc. La manipulación de imágenes se lleva a cabo en un procesador de imagen muy potente, junto al MicroCT, que incorpora el software MIMICSMaterialise 13.1.
El MicroCT puede analizar una muestra pequeña, alcanzando un máximo de aproximadamente 11 cm de alto y 6 cm de ancho. La distancia entre capas es generalmente 20μm y 50μm, 36μm, aunque para muestras muy pequeñas puede llegar a cortes de 10μm con una muy alta resolución.
El MicroCT se puede utilizar para visualizar la estructura interna y externa de muestras biológicas y se ha revelado como una potente herramienta para diferentes estudios de control de calidad y la investigación. Es posible analizar objetos mineralógicos y de origen humano, y es muy útil para supervisar los procesos y tratamientos de conservación y restauración. También puede ser utilizado en los estudios arqueológicos, estudios antropológicos de dientes, estudios entomológicos, propiedades de los materiales, realización de pruebas de medicina material, etc.
Laboratorios de geocronología
La alta cualificación del personal técnico unido a la tecnología más avanzada disponible permite a nuestros científicos determinar la edad de las rocas y otros materiales. Los avances metodológicos y tecnológicos permiten proporcionar cronologías absolutas o relativas que abarcan todo el periodo Cuaternario (0-2,6 Ma.), a través de la comprensión de la información en su contexto geológico. La investigación que aquí se desarrolla proporciona información clave en procesos como la deriva de los continentes, el vulcanismo, la formación de montañas, las extinciones masivas, el cambio climático y la evolución de la humanidad en sí, además de la autenticación del patrimonio cultural y la conservación. La coordinación y colaboración entre esos laboratorios y el desarrollo de nuevas metodologías ha sido una herramienta esencial para aplicaciones sobre geología estructural, tectónica, estratigrafía, paleontología, petrología, estudios paleoclimáticos y geoquímica.
Arqueomagnetismo
Este laboratorio (figura 7) se centra en el establecimiento de la estratigrafía magnética (inversiones de polaridad), el magnetismo roca y la anisotropía de la susceptibilidad magnética en diversos medios y los sedimentos. Se utiliza en colaboración con técnicas de datación absoluta. Este laboratorio también puede estudiar el magnetismo de roca (ciclos de histéresis, diagramas FORC…), lo que permite conocer la determinación de la susceptibilidad y la fábrica magnética.
Resonancia Paramagnética Electrónica (ESR)
La datación por ESR forma parte del grupo de métodos paleodosimétricos, al igual que aquellos basados en los fenómenos de la luminiscencia (TL, OSL…). A diferencia de los métodos radiométricos (K-Ar, radiocarbono, U-Th…), basados en la medida de la radiactividad natural, los métodos paleodosimétricos se basan en la detección de los efectos de dicha radiactividad sobre las muestras geológicas o arqueológicas. Bajo el efecto de la radiactividad natural, algunos materiales cambian su comportamiento paramagnético, pudiendo ser detectado por la técnica de ESR. La intensidad de señal es proporcional a la cantidad de cargas atrapadas, que dependen de tres parámetros: la fuerza de la radiactividad natural, el momento de la irradiación y el número de trampas disponibles en la muestra.
El uso de esta técnica para la datación se sugirió por primera vez en el año 1975, siendo hoy en día un referente en geocronología cuaternaria. La datación de laboratorio ESR (figura 8) consiste en 4 áreas distintas: 1) La zona de preparación de la muestra; 2) las instalaciones de irradiación gamma (área gamma-IRA 3015); 3) espectrometría gamma de servicios y 4) área espectrometría gamma.
Luminiscencia
El laboratorio de luminiscencia CENIEH se ha creado principalmente para OSL e IRSL, datación de granos de cuarzo y feldespato sedimentarios. Los equipamientos para la datación por luminiscencia incluyen: 1) laboratorio de preparación de muestras; 2) laboratorio de medida-(área beta-IRA3015) y 3) área de espectrometría gamma.
Series de Uranio
Este laboratorio de datación es capaz de proporcionar una estimación de edad para una variedad de materiales que van desde varios miles a cerca del medio millón de años. Esta técnica se utiliza especialmente para estudios paleoclimáticos y sirve para determinar la edad de los yacimientos o la datación de arte rupestre. El laboratorio consta de tres secciones diferentes: 1) preparación de muestras; 2) sala limpia (figura 9) y 3) laboratorio de espectrometría.
El CENIEH es un centro de investigación de reciente implantación y con laboratorios y equipamientos de vanguardia abiertos al uso de la comunidad científica y al desarrollo de la I+D+i del sistema nacional e internacional. Cuenta con una gran capacidad humana y tecnológica que asegura la profesionalidad de los servicios que oferta.
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