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Aporte de la física al estudio de piezas de oro prehispánico en Antioquia

16/02/2021
Por: Ronal Castañeda Tabares- Periodista

En una tesis de doctorado se presenta una caracterización inédita de metales auríferos prehispánicos encontrados en excavaciones en Medellín, el Valle de Aburrá y otros municipios de Antioquia, algunos en custodia del Museo Universitario de la Universidad de Antioquia —Muua— Corporación Sipah. Entender su estructura y composición no fue una tarea fácil.

Medidas con espectrofotómetro sobre los objetos del MUUA.. Foto: cortesía Julio Andrés Fabián Salvador.

¿Cómo saber si el oro utilizado en la fabricación de objetos orfebres encontrados en Antioquia es propio de yacimientos auríferos de la región? ¿Fueron elaboradas con oro puro o son aleaciones hechas por culturas prehispánicas colombianas? Esas fueron algunas preguntas que se hizo el investigador peruano Julio Andrés Fabián Salvador, doctor en Física con reconocimiento sobresaliente cum laude por su análisis elemental de piezas de oro que realizó durante cuatro años bajo la dirección del doctor Óscar L. Arnache Olmos, profesor titular del Instituto de Física y miembro del Grupo de Estado Sólido-GES, con la colaboración del Museo Universitario de la Universidad de Antioquia —Muua— y la Corporación Sipah. 

El profesor Fabián realizó este estudio a través de técnicas de arqueometría, disciplina científica que emplea métodos físicos o químicos para caracterizar materiales, conocer de qué están hechos y cómo fueron manipulados. Estos análisis tienen aplicaciones en campos como la arqueología, por ejemplo, para comprobar la composición de un material, una aleación u otras características físicas y químicas; en geoquímica, para analizar yacimientos de suelos; y en las ciencias forenses, para ayudar en procesos judiciales junto con técnicas de antropología, arqueología y antropología biológica.

El investigador tomó 12 muestras que fueron extraídas del hallazgo arqueológico de 2016, en inmediaciones del barrio Manila, Medellín, y que permanecen en custodia por Sipah. Allí se encontraron artefactos prehispánicos —vasijas, materiales cerámicos, objetos metálicos que aparentan ser oro, cobre, plata—, y restos vegetales y óseos que, según las mediciones de carbono-14, datan del siglo V d. C. Además de este conjunto, Fabián Salvador tomó 10 fragmentos de la colección de orfebrería del Muua, que fueran del mismo periodo histórico que los encontrados en el yacimiento de Manila.

Con esta selección, más otros tres encontrados en Amalfi prestados por el antropólogo Juan Pablo Díez, de Sipah, el especialista realizó un estudio comparativo para caracterizar piezas orfebres de la cultura colombiana quimbaya, conocida por sus tallas de oro con alta calidad metalúrgica y singular belleza —el «poporo quimbaya», hallado en Antioquia y que se exhibe en el Museo del Oro de Bogotá, es una de las más famosas atribuida a esta civilización—.

Uno de los aportes de su investigación fue desarrollar desde cero un equipo portátil para la medición de fluorescencia de rayos X de energía dispersiva (Energy Dispersive X-ray Fluorescence, EDXRF). El profesor Fabian, con la asesoría de su director de tesis y apoyo del Grupo de Instrumentación Científica y Microelectrónica, implementaron y utilizaron el sistema portátil EDXRF para obtener datos precisos sobre la composición. «Montamos una cadena de medición, compramos un detector, con un software administramos el equipo y luego para cuantificar tuvimos que aprender otro programa libre diseñado por el grupo de informática del European Synchrotron Radiation Facility —ESRF—», explicó el profesor Julio Andrés.

La idea del software era que resolviera problemas comunes en el análisis de datos por fluorescencia de rayos X. El investigador aprendió a calibrar el equipo con la ayuda del programa PyMca y la asesoría del magíster en Ingeniería Nuclear Marco Ferretti, quien ha trabajado en el campo de los métodos científicos aplicados al estudio y conservación del patrimonio cultural y está vinculado al Consiglio Nazionale delle Ricerche —CNR—, en Roma, Italia, quien visitó el Instituto de Física para este fin en marzo de 2019.

Esta técnica, explicó el doctor Fabián Salvador, tiene la ventaja de ser 100 % no invasiva, por lo que se protege el material: «A diferencia de los equipos que se adquieren en el mercado, la construcción de un equipo de EDXRF permite hacer investigación con alta confiabilidad, ya que, mediante el espectro obtenido, el experimentador sabe si las mediciones están siendo realizadas de forma correcta», comentó el egresado.

Otro procedimiento que se utilizó en el análisis de los metales fue la colorimetría, que se hace a partir del color y la luz visible al ojo humano que emiten los objetos. A diferencia del anterior, en este experimento los colores irradiados por las piezas orfebres se relacionaron con la presencia de oro, plata o cobre en cada uno.

Con la ayuda de la herramienta MatLab, el profesor Germán Ricaurte del Instituto de Física creó un software para analizar los llamados «espectros de reflectancia» de las muestras: «Usamos un espectrofotómetro, un equipo que estudia las propiedades ópticas de una sustancia. En la toma de los espectros se puede entender el comportamiento físico de cada metal y sacar las coordenadas de color de cada pieza», dijo el director de la tesis, Óscar Arnache.

Toda la información que se obtuvo de este procesamiento es fundamental para análisis cuantitativos y cualitativos de arqueólogos o, por ejemplo, restauradores de arte. «Supongamos que vienen con 30 piezas del siglo V, pero yo sé que en esa época no había aleaciones de oro y cobre, sino oro nativo. Los arqueólogos tienen cierta información, pero los científicos comprueban y determinan las verdaderas características de cada una a nivel estructural y composicional. Por ejemplo, el Quimbaya temprano —500 a. C. a 600 d. C.— se caracteriza por tener más oro, porque había más disponibilidad de recursos», apuntó el experto peruano.

Esta «mantis religiosa», hallada en El Volador, fue una de las piezas estudiadas, es una aleación tipo tumbaga. Foto: cortesía Muua.

Los resultados obtenidos por EDXRF fueron corroborados con muestras patrones de Au, Ag y Cu —oro, plata y cobre—, láminas de referencia de 3 x 3 cm con las que el especialista corroboró cada medición en el desarrollo de su observación. La investigación concluyó que los metales del yacimiento de Manila no fueron sometidos a ningún proceso de aleación, sino que fueron manipulados en su forma original; los objetos del Muua son aleaciones tipo tumbaga —oro y cobre—.

Hernán Pimienta, curador de la Colección de Antropología de este museo, destacó que con la investigación de arqueometría se conocieron más datos de piezas emblemáticas como la «mantis religiosa», hallada en el cerro El Volador, enclave arqueológico de Medellín. «Son muchas las piezas del patrimonio arqueológico que se conocen producto de la guaquería y excavaciones ilícitas que se han dado décadas atrás», indicó el curador.

Finalmente el doctor en Física indicó que tiene interés de que puedan hacerse investigaciones conjuntas entre las universidades de Antioquia y San Marcos —en Perú—, de donde es profesor. Está convencido de que Colombia tiene muchas posibilidades y tecnologías para lograrlo.

Técnicas analíticas empleadas

  • La mayoría de pruebas requiere un nivel de afectación o manipulación del material. En el caso de investigaciones relacionadas con el patrimonio cultural, es un tema crucial porque se debe proteger el objeto. Estas fueron las empleadas en esta investigación:

  • Fluorescencia de rayos x: se pueden analizar muestras de diferentes tipos, entre ellas sólidos, líquidos, lodos y polvos sueltos.

  • Difracción de rayos x: se utiliza principalmente para la identificación de fases de un material cristalino.

  • Espectroscopia Mössbauer: trabajo con la emisión y la absorción resonante de rayos gamma en sólidos.

  • Metalografía: se basa en la obtención de imágenes de granos que componen una muestra metálica.

  • Microscopía electrónica de barrido: utiliza electrones en lugar de luz para formar una imagen que da información del material sobre las formas, texturas y composición química.

  • Densidad de sólidos: en este trabajo se usó el método de Arquímedes para demostrar la densidad de los objetos de oro en el lote de Telemedellín.

  • Colorimetría: es un método de cuantificación de la percepción del color. Fue desarrollado en 1867 y se consolidó en la teoría tricromática (rojo, verde y azul).

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