Arqueometría: aplicación de la física en arqueología. Aportes de la fluorescencia de rayos X (XRF) en el estudio de artefactos aztecas. K. Laclavetine
1,2
3
4
, J.L. Ruvalcaba-Sil , C. Duverger y E. Melgar
5
1
Centro Nacional de Aceleradores (CNA), Universidad de Sevilla, Sevilla, España Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear, Universidad de Sevilla, Sevilla, España 3 Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México, México DF, México 4 Écoles des Hautes Études en Sciences Sociales, Paris, Francia 5 Museo del Templo Mayor, Instituto Nacional de Antropología e Historia, México DF, México 2
Resumen Los aztecas utilizaron una cantidad importante de minerales azul-verdosos generalmente designados como turquesas para hacer ofrendas a sus dioses. Nuestro estudio propone de determinar la composición química de los minerales azules del disco de mosaico de la ofrenda 99 encontrado durante las excavaciones del Templo Mayor de México-Tenochtitlán, antigua capital azteca, y observar el uso de estos en la manufactura de este artefacto. El objetivo es proponer una primera evaluación de las diferentes especies minerales presentes a partir del análisis in situ mediante la técnica no destructiva de fluorescencia de rayos X (XRF), comparando los resultados obtenidos con los de una base de datos de minerales. El presente estudio lleva a precisar la teoría de las “turquesas culturales” propuesta por Weigand et al. (1977) y retomada por Kim et al. (2003). Esta teoría sugiere que la mayoría de las sociedades mesoamericanas, al largo del tiempo, han dado un valor simbólico al color azul-verde y han empleado minerales azul-verdosos para confeccionar particularmente sus objetos de ofrendas. No obstante, podemos pensar que la fabricación de los objetos podía hacerse sin preocupación en la elección de la materia prima mezclando diferentes especies minerales de la familia de las “turquesas culturales”. Este último punto se discute en el caso de las ofrendas del Templo Mayor cuyo estudio revela la ausencia de mezcla intencional de especies minerales en la confección de cada objeto y un uso casi exclusivo de “turquesas químicas” como materia prima. El segundo objetivo de este estudio alberga la procedencia de la turquesa química. Hoy en día, no se conoce ninguna mina de turquesa dentro del antiguo territorio mesoamericano, lo que nos lleva a preguntarnos sobre su procedencia. La teoría actual afirma que esas turquesas procedían de las minas del Suroeste estadunidense localizadas a más de 1800 km de la capital azteca. Nuestro estudio propone comparar las composiciones químicas de turquesas arqueológicas de ofrendas resultantes de las excavaciones del Templo Mayor de MéxicoTenochtitlan con las de turquesas de procedencia geográfica conocida. Este trabajo se apoya en el postulado de procedencia según el cual la composición química de una turquesa corresponde al lugar de su formación.
1.
INTRODUCCIÓN
Los aztecas o mexicas utilizaron una cantidad importante de turquesa, particularmente, con fines ceremoniales y en objetos de élite (Saville, 1922). Las excavaciones del Templo Mayor de México-Tenochtitlán, la antigua capital mexica, han revelado numerosos objetos cubiertos de mosaicos de turquesa (Lopez Lujan, 1993 ; Matos Moctezuma, 1994). Este estudio tiene como objetivo determinar la composición química de los minerales azul-verdosos presentes en las ofrendas de la colección del Museo del Templo Mayor mediante XRF, identificar las especies minerales presentes y, en el caso de las turquesas, aplicar un estudio de procedencia para observar la evolución del uso de este mineral a lo largo del desarrollo de esta cultura.
1.1
La fluorescencia de rayos X (XRF)
La fluorescencia de rayos X es un método de caracterización basado en las interacciones de las radiaciones con la materia (Moens et al., 2000 ; Garrison, 2003). Se basa en la emisión por efecto fotoeléctrico de rayos X característicos de los elementos que constituyen un material cuando éste es irradiado con un haz de rayos X. Los rayos X emitidos son específicos a cada elemento que existe en la naturaleza, por lo que es factible su identificación y posible inferir los compuestos constituyentes del material (Ruvalcaba et al., 2010) (Gráfica 1). Tiene la ventaja de aplicarse de manera nodestructiva.
1.2
Análisis XRF
mineralógico
mediante
La pregunta sobre la procedencia de la turquesa esta desde hace mucho tiempo al centro de los estudios arqueométricos llevados en estos artefactos (Weigand et al., 1977 ; Weigand et Harbottle, 1993 ; Mathien, 2001 ; Kim et al., 2003). Este trabajo propone desarrollar una etapa preliminar indispensable a un estudio de procedencia, una primera evaluación de las diferentes especies minerales susceptibles de estar empleadas en la confección de los objetos rituales del Templo Mayor según la teoría de las turquesas "culturales" propuesta por Weigand et al. (1977). Por un lado está el Suroeste de los Estados Unidos y los estados fronterizos del noroeste de México, donde se encuentran los yacimientos de turquesa “química” (CuAl6(PO4)4(OH)8·4(H2O)). Por otro lado está la región de Chalchihuites en Zacatecas, donde se encuentran los yacimientos de turquesa “cultural”, la cual abarca a una amplia variedad de piedras azules y azul-verdosas como la malaquita, azurita, crisocola (Cu2-xAlxH2y amazonita x(Si2O5)(OH)4·x(H2O)) (KAlSi3O8). Esta primera aproximación efectuada en las ofrendas religiosas permite abordar otras problemáticas como, por ejemplo, la “chaîne opératoire” de confección de estos objetos de un gran valor simbólico o sobre la semántica de los minerales en la cosmovisión mexica. Esta pregunta antropológica ha sido estudiada y discutida por el punto de vista histórico y lingüístico (Izeki, 2008). No obstante, nunca fue albergada desde el punto arqueometrico. Cabe precisar que la metodología desarrolladla mediante XRF es inédita (Laclavetine et al., 2014). 2 2.1
MATERIALES Y MÉTODOS El equipo SANDRA
El equipo portátil utilizado, llamado SANDRA (Sistema de Análisis No Destructivo por RAyos X) (Figura 1), fue desarrollado en el Instituto de Física de la UNAM (Velazquez et al., 2012). Dicho sistema permite realizar análisis puntuales en regiones de 1.5 mm de diámetro. Se empleó un tubo de rayos X de molibdeno y un detector Si-PIN. Las condiciones de operación son 35 kV y 0.3 mA por un minuto para obtener un espectro. Los
elementos detectados comprenden elementos ligeros desde Al y Si hasta elementos más pesados como Fe, Cu y Zn e impurezas de As y Pb que se pueden emplear para diferenciar la composición de las piezas. Los espectros de las piezas arqueológicas y de las muestras de referencia fueron procesados utilizando el programa PyMCA (PyMca Application Version 4.4.1) (Solé et al., 2007).
Figura 1. Detalles del dispositivo SANDRA del IFUNAM durante el estudio de un mosaico mexica.
2.2
Artefactos del Templo Mayor
Los vestigios del Templo Mayor son una fuente preciosa de información debido al hecho de que las diferentes etapas de construcción son conocidas y la cronología de las ofrendas de cada etapa constructiva está así determinada. Dentro de este proyecto numerosas piezas del conjunto de ofrendas del Museo del Templo Mayor han sido analizadas, in situ de manera no destructiva mediante XRF (Tabla 1). Tabla 1. Lista cronológica de las ofrendas del Templo Mayor de México-Tenochtitlán con los artefactos analizados Etapas de construcción
Período (d.C.)
Etapa I Etapa II Etapa III
1325-1375 1375-1426 1427-1440
Etapa IVa
1440-1469
Etapa IVb Etapa V Etapa VI Etapa VII
1469-1481 1481-1486 1486-1502 1502-1520
Ofrendas analizadas
Ofr. 48 y Xiuhcoatl Ofr. 6 y 17 Ofr. K Ofr. 99
Nº de teselas analizadas
60 y 71 55 y 49 31 443
3
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1
Resultados del análisis mineralógico mediante XRF
Los espectros característicos de XRF permiten diferenciar algunos de los minerales en particular de la turquesa, de la amazonita y de la crisocola (Gráfica 1) (Laclavetine et al., 2014). 10000
Espectro XRF de amazonita
Intensidad (número de cuentas)
1000 100 10 1 2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
Espectro XRF de turquesa
10000 1000 100 10 1 2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
Espectro XRF de crisocola
10000
lugar de su formación. En primera instancia, en el caso de las turquesas, se propone comparar los elementos Zn y Fe normalizados con el Cu. Comparamos la composición de las 442 turquesas “químicas” analizadas del disco de mosaico de la ofrenda 99 a la composición de referencias de turquesas geológicas de varias minas del Suroeste estadunidense y del Noroeste mexicano para determinar si los grupos observados corresponden a un patrón geológico y, si es el caso, a que zona geográfica y procedencia se pueden atribuir esos grupos. Los resultados se presentan con una escala logarítmica para permitir una mejor separación visual de los resultados (Gráfica 2).
1000 100
10
10 1 2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
Energía (keV)
1 0.01
Gráfica 1. Diferencias entre los espectros XRF de una turquesa, de una amazonita y de una crisocola.
0.1
1
10
Nuevo México Nevada Arizona Grupo 1 0.1
Zn/Cu
Arizona Grupo 2 Arizona Sleeping Beauty Sonora Disco de la ofrenda 99
0.01
De esta manera se pudieron distinguir las especies minerales presentes en las diferentes ofrendas del Templo Mayor apreciando diferencias en la cantidad y presencia o ausencia de elementos característicos de cada especie (Tabla 2). Tabla 2. Minerales identificados en las ofrendas del Templo Mayor de México-Tenochtitlán Ofrenda Ofr. 48 Xiuhcoatl Ofr. 6 Ofr. 17 Ofr. K Ofr. 99
Turquesa 60 71 55 46 31 442
Amazonita
0.001
Gráfica 2. Representación gráfica de las áreas de picos de FeKα y ZnKα normalizados por el área del pico de CuKα medidos en cada espectro de las teselas analizadas del disco de la ofrenda 99 (en naranja) y de referencias obtenido mediante XRF.
Crisocola
4 3 1
Una vez las turquesas “químicas” distinguidas de las turquesas “culturales”, el siguiente paso es el estudio de procedencia de las turquesas “químicas”, el cual consiste en comparar la composición química de las turquesas arqueológicas con la de diferentes grupos de turquesas de referencia. 3.2
Fe/Cu
Estudio de la procedencia
El postulado de procedencia permite aplicar un estudio de la composición química por XRF de forma a determinar la procedencia geológica y/o geográfica de las turquesas. El postulado impide que la composición química de una turquesa corresponda al
CONCLUSIONES
Los Mexicas reservaban una importancia muy específica en el uso casi exclusivo de las turquesas “químicas” para la confección de ofrendas dedicadas al Templo Mayor. La proporción de turquesas “químicas” en el conjunto de los 8 artefactos estudiados (en total, 709 teselas analizadas) es del orden del 99.4%. Las turquesas “químicas” parecen tener un papel importante en el significado de los objetos de ofrenda del Templo Mayor. El hecho que el significado esté relacionado a la naturaleza mineral o a la procedencia y no al color de la piedra constituye una hipótesis muy interesante que nos obliga a reflexionar sobre el conocimiento que tenían los mexicas acerca de los minerales azul-verdosos o sobre la importancia que podían dar a los lugares de procedencia. Si el concepto de turquesa “cultural” pone en relieve una variación de uso de minerales en función de las épocas y de las
regiones, no se tiene que confundir con una mezcla de diferentes minerales en un mismo lugar, dentro de un mismo objeto. Parecería en el caso presente, que el control de la materia prima empleada ha sido muy importante en el centro ceremonial del Templo Mayor durante todas las etapas de construcción del edificio (80 años). A pesar de las fluctuaciones económicas, políticas, diplomáticas y las guerras afectando el imperio mexica, las ofrendas están elaboradas con turquesa “química”. Los lugares de procedencia, la cantidad y hasta la calidad de la materia prima no parece carecer de esos factores importantes. El hecho de que las minas conocidas de turquesa son más alejadas (más de 1000 km) que las minas de crisocola (más de 200 km) de México-Tenochtitlán confirma la importancia de la turquesa en la semántica religiosa mexica. La función de estas ofrendas es de orden religioso, ritual y responde a una simbología y un discurso religioso fuerte, controlado y documentado (Lopez Lujan, 1993 ; Duverger, 2007). En cuanto al estudio de procedencia, podemos revisar la teoría que afirma que estas gemas procedían del Suroeste estadunidense en la época de los aztecas. La gran mayoría de las turquesas arqueológicas analizadas no corresponden a las turquesas de referencia (Gráfica 2). Solamente algunos casos aislados, se acercan de las turquesas de referencia de la “Sleeping Beauty” de Arizona. Las turquesas arqueológicas presentan una tendencia a concentrarse. Esto, podría indicar que proceden de minas o yacimientos de una misma región que no estén representados en nuestro corpus de referencias. El aumento y complemento de nuestro corpus de turquesas de referencias constituye la próxima etapa lógica a este estudio. 5
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen a los técnicos del IFUNAM por su valiosa colaboración en las medidas de XRF y PIXE: K. López, F. Jaimes, J.C. Pineda, M. Vázquez, A. Ramírez y J.G. Morales. Agradecemos también a J. Cañetas por los estudios efectuados al Laboratorio Central de Microscopio del IFUNAM. Un agradecimiento particular a J. Fleury Curado (Instituto de Física, Universidade de São Paulo, Brasil) por su asistencia a lo largo de las experiencias llevadas a cabo en el Museo del Templo Mayor del INAH. Esta investigación fue financiada por el proyecto CONACyT Mexico U49839-R.
6
REFERENCIAS
DUVERGER C., 2007, “El primer mestizaje, La clave para entender el pasado mesoamericano”. Ed. Taurus, 740 p. GARRISON E. G., 2003, “Technique in Archaeological Geology”. Ed. Springer, p. 215230. IZEKI M., 2008. “Conceptualization of 'Xihuitl': History, Environment and Cultural Dynamics in Postclassic Mexica Cognition”. British Archaeological Reports S1863. KIM J., SIMON A. W., RIPOCHE V., MAYER J. W., WILKENS B., 2003, “Proton-induced x-ray emission analysis of turquoise artefacts from Salado Platform Mound sites in the Tonto Basin of central Arizona”. Measurement Science and Technology, Vol. 14, p. 1579-1589. LACLAVETINE, K., RUVALCABA-SIL, J.L., DUVERGER, C., MELGAR TÍSOC, E.R., 2014, “The "cultural turquoise" and the XRF characterization in situ of the mosaic disc of the offering 99 from the Templo Mayor of MéxicoTenochtitlán”, en ArcheoSciences revue d’archéométrie, n° 38, en publicación. LOPEZ LUJAN L., 1993, “Las ofrendas del Templo Mayor de Tenochtitlan”. Ed. INAH, p. 432. MATHIEN F. J., 2001. “The organization of turquoise production and consumption by the prehistoric Chacoans”. American Antiquity, 66 : 103-18. MATOS MOCTEZUMA, E., 1994, “The Great Temple of the Aztecs”. Ed. Thames and Hudson, 192 p. MOENS L., VON BOHLEN A., VANDENABEELE P., 2000, “X-Ray Fluorescence”. Modern Analytical Methods in Art and Archaeology, Chemical analysis series, Vol. 155, p. 55-79. RUVALCABA SIL, J.L., FILLOY, L., VAGGI, M., TAPIA GÁLVEZ, L.H. y SÁNCHEZ BECERRA, R., “Estudio no destructivo in situ de la Máscara de Malinaltepec”, S Martínez del Campo (coord.), México, CONACULTA-INAH, 2010, pp. 153-168. SAVILLE M. H., 1922, “Turquois Mosaic Art In Ancient Mexico”. Ed. Museum of the American Indian Heye Foundation, 110 p. SOLE V.A., PAPILLON E., COTTE M., WALTER PH., SUSINI J., 2007, “A multiplatform code for the analysis of energy-dispersive X-ray fluorescence spectra”. Spectrochim. Acta Part B. Vol. 62, pp. 63-68. VELAZQUEZ CASTRO A., MARIN BENITO M. E., MELGAR TISOC E. R., SOLIS CIRIACO R. B., RUVALCABA SIL J. L., 2012, “The turquoise disk from Offering 99 at the Templo Mayor in Tenochtitlan”. Ed. Archetype-The British Museum, pp. 75-87. WEIGAND P. C., HARBOTTLE G., 1993. “The role of turquoises in the ancient Mesoamerican trade structure”. The American Southwest and Mesoamerica: Prehistoric Exchange Systems in North America. Plenum Press, New York and London, 159-177.
WEIGAND P. C., HARBOTTLE G., SAYRE E. V., 1977. “Turquoise sources and source areas in Mesoamerica and the southwestern USA. In Exchange Systems in Prehistory”. Academic Press, New York, 15-34.
Perfil bioprofesional Kilian Laclavetine Nacido el 27/03/1984 en Talence, Francia. E-Mail:
[email protected] Estudiante del 3er año de doctorado de Física en la Universidad de Sevilla bajo la dirección del Doctor Miguel Ángel Respaldiza. Obtención del Máster Oficial de FISICA AVANZADA en la Universidad de Sevilla en 2011 y del Máster en ARQUEOMATERIALES, Mención: Historia, Historia del arte, Arqueología, Especialidad: Materiales del Patrimonio Cultural en la Universidad Michel de Montaigne en Burdeos (Francia) en 2008. Formación universitaria en química-física (20022006) y en arqueología en la Escuela de Altos Estudios en Ciencias Sociales (EHESS) en París bajo la dirección del Doctor-Arqueólogo Christian Duverger (2008-2012). Ha realizado diferentes estudios arqueometricos principalmente sobre artefactos arqueológicos (turquesa y obsidiana) y obras pictóricas con diferentes técnicas, principalmente no destructivas (fluorescencia de rayos X (XRF), micro-fluorescencia de rayos X confocal (CXRF), reflectografía infrarroja (IRR), emisión de rayos X inducida por particulares (PIXE), difracción de rayos X (DRX), espectroscopia infrarroja con la transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia Raman, colorimetría, etc.).
