Estudios arqueomagnéticos y de arqueointensidad en materiales arqueológicos quemados de la Península Ibérica y el Cáucaso

Abstract

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.