El arqueomagnetismo investiga la historia del Campo Magnético de la Tierra (CMT), en los términos de las variaciones en dirección e intensidad  que ha experimentado en el pasado, sirviéndose de materiales arqueológicos que han sufrido procesos de calentamiento de alta temperatura (>300 - 400ºC). Más en concreto, los materiales de interés son arcillas cocidas (ladrillos, tejas, adobes, cerámicas) y sedimentos quemados in situ por la presencia de hogares, termas, tumbas de incineración y otras estructuras de combustión. El principio del arqueomagnetismo se basa, por un lado en las peculiaridades del CMT y por otro en las  propiedades magnéticas de algunos minerales de hierro que se encuentran comúnmente en los materiales mencionados anteriormente.

Comenzando por el CMT, los aspectos de interés desde una perspectiva arqueomagnética son los siguientes: Primero, desde un punto de vista físico, el 90% del comportamiento del CMT  puede modelarse asumiendo un modelo de campo dipolar y geocéntrico. En otras palabras, en primera aproximación, se puede asumir que el CMT en la superficie de la Tierra es el resultado de un dipolo magnético que atraviesa el centro de la Tierra, actualmente inclinado de 11.5º respecto al eje de rotación del planeta. La diferencia entre los valores de orientación e intensidad del CMT observados en la superficie de la Tierra, y los valores teóricos obtenidos aplicando un modelo dipolar se cuantifica por tanto en un 10% que representa la componente de campo no-dipolar. Debido a factores que, en parte residen fuera de la Tierra (factores externos) y por otra parte en la dinámica del núcleo de la Tierra (factores internos) ambas componentes, dipolar y no-dipolar, experimentan en el tiempo variaciones de diferente tipo y periodicidad. Se considera que los factores externos producen variaciones de período menores de 10 años en la orientación y en la intensidad del CMT en la superficie terrestre, mientras que las debidas a factores internos genera variaciones de mayor periodicidad, comprendida entre 10 y 3000 años, y denominadas Variación Secular (SV).

Cabe destacar que las variaciones del CMT debidas a causas internas se distribuyen de forma no-homogénea en la superficie terrestre y suelen considerarse uniformes en regiones de superficies menores a 10^6 Km^2 (Tarling, 1983), es decir, aproximadamente, el doble de la España Peninsular. En la superficie terrestre el CMT se describe mediante un vector de intensidad F y orientación definida por dos ángulos correspondiente con la Declinación magnética (D) y la Inclinación magnética (l). El primero es el ángulo que forma la componente horizontal (H) del vector magnético (F) con el Norte geográfico y varía entre 0º y 360º. El segundo es el que forma el vector F con el plano horizontal, comprendido entre 0 y 90º para lugares situados en el Hemisferio Norte (fig. 1).


Mientras que los cambios de corto periodo de F, D e I pueden detectarse en los observatorios magnéticos mediante aparatos de medición, veremos a continuación que los de larga periodicidad han quedado registrados en una multitud de rocas y en diferentes materiales arqueológicos.

La clave de este fenómeno la llevan algunos óxidos de hierro contenidos en muy pequeña cantidad (<3%) en rocas y sedimentos  de diferente litología y origen, pero especialmente abundantes en rocas volcánicas y en materiales arcillosos que han sido sometidos a procesos de calentamiento intenso. Los óxidos más comunes son  la magnetita, la maghemita, la hematites y la goetita,  a veces con substituciones parciales del hierro por parte de otros cationes como el titanio, el aluminio, la sílice.  Desde un punto de vista físico dichos minerales se definen como “ferromagnéticos”, lo que supone que: (1) están dotados de un momento magnético propio, respondiendo de forma análoga a la aguja de una brújula a la presencia de un campo magnético externo, y (2) que en algunas condiciones su respuesta al campo externo puede “bloquearse” y quedar “grabada” de forma permanente en ellos.

Aunque existen distintos mecanismos capaces de determinar la adquisición de la imanación por porte de dichos óxidos, el mecanismo de interés en arqueomagnétismo es aquel que actúa por calentamiento de los materiales con contenido ferromagnético y, por tanto, aquí nos referiremos exclusivamente a éste. A temperatura ambiente, el CMT debido a su baja intensidad tiene efectos despreciables sobre los minerales ferromagnéticos, pero a temperaturas del orden de 700ºC, cualquier mineral “ferromagnético” pasa a un estado denominado “super-paramagnético” en el que su sensibilidad a la acción  de un campo externo se hace mucho mayor. En estas condiciones, con una intensidad de solamente 60 microT el CMT consigue imanar los minerales, es decir  orientar los momentos magnéticos de sus átomos en la dirección del Norte magnético. Cuando el material se refría, una vez alcanzada una temperatura dicha de bloqueo (Tb), la magnetización permanece “bloqueada” y se conserva de forma estable a pesar de las posteriores variaciones de orientación e intensidad que el CMT pueda tener.

La magnetización adquirida según este mecanismo se define como “magnetización termo-remanente” (TRM) y puede ser destruida si se vuelve a calentar el material una segunda vez y se alcanza de nuevo su Tb. El efecto del aumento de temperatura es por lo tanto el de destruir el orden impartido a los momentos magnéticos atómicos por el campo externo. Por otro lado, cada vez que se produce el enfriamiento, el material vuelve a imanarse según las nuevas propiedades del campo externo.

Por lo dicho, las rocas originadas a partir de líquidos magmáticos por procesos de cristalización  fraccionada, retienen una imanación que refleja las características del CMT presente en el acto de su formación; materiales cerámicos y  ladrillos conservan una remanencia que se refiere al momento en el que han sido manufacturado; un material que ha tenido calentamiento múltiples, por ejemplo los ladrillos de un horno usado para la cocción de vajillas, lleva una remanencia relacionada con el CMT presente durante el último proceso de calentamiento sufrido.

Debería ahora resultar claro que las rocas y los materiales arqueológicos constituyen un verdadero registro del CMT y que la SV puede ser obtenida si se dispone materiales en los que ha la edad del calentamiento ha sido determinada mediante métodos independientes. La curva de referencia que describe la orientación y la intensidad del CMT a lo largo de las épocas histórica y prehistórica en una determinada región, se denomina Curva de Variación Paleosecular, (PSVC), y puede ser determinada mediante estudios arqueo/paleo magnéticos de estructuras arqueológicas/rocas de diferente edad y distribuidas de forma homogénea en la región considerada. Los estudios que conciernen la sola orientación del CMT en el pasado se les llama arqueodireccionales (o paleodireccionales si la escala cronológica es superior a 3000 años) mientras que aquellos que investigan la intensidad del CMT o que están basados en ella se denominan estudios de arqueointensidad (o de paleointensidad).

Sin insistir sobre la importancia de conocer la historia del CMT, merece mencionar que la observación de las propiedades magnéticas de las rocas ha sido esencial para entender aspectos significativos de la dinámica de nuestro planeta y elaborar, por ejemplo, teorías tan importantes como la Tectónica de Placas y la Expansión de los fondos oceánicos. Para formular la primera ha sido necesario constatar diferencias de orientación de la magnetización en rocas coetáneas, mientras que la segunda se basa en los fenómenos de inversión de polaridad magnética que se observan en las rocas volcánicas ubicadas al lado de las fosas oceánicas.
Pasando ahora al ámbito arqueológico, en aquellas regiones o Países en los que ya se dispone de una  PSVC, el geomagnetismo aporta a la investigación arqueológica una herramienta de datación ya que la edad del calentamiento de una estructura o de un material arqueológico puede determinarse por comparación de los valores direccionales (o de intensidad) de la magnetización retenida con los de una curva patrón.

El grupo de Paleomagnetismo ha realizado importantes avances en esta rama de estudio en colaboración con otros centros europeos, financiados por la UE (Archaeomagnetic Applications for the Rescue of the Cultural Heritage, 2003-2006), el MEC (Estudio de la variación secular del Campo Magnético Terrestre en Europa durante los últimos 10.000 años a partir de datos paleomagnéticos) y la Comunidad de Madrid. En 2006, Gómez-Paccard et al. presentaron el Primer Catálogo de datos Arqueomagnéticos y la Primera Curva de Variación Secular para Iberia de los últimos 2800 años. Además, Pavón-Carrasco et al. (2011) desarrollaron una novedosa herramienta de datación que puede encontrarse en esta misma página para su descarga basado en modelos de campo geomagnético desarrollados a partir de datos arqueomagnéticos. Para más información sobre los modelos consulte la página Modelización del Campo Geomagnético en el Pasado.

Aunque sigue siendo necesario estudiar nuevas estructuras arqueomagnéticas para afinar la precisión de la PSVC y de aumentar la densidad de datos para algunas épocas históricas actualmente poco representadas, los alcances logrados permiten ahora el uso de la técnica de datación arqueomagnética también en la Península Ibérica.

Una pequeña selección de los trabajos más destacados que ha realizado el grupo de Paleomagnetismo en los últimos años:

Osete, M. L., Molina-Cardín, A., Campuzano, S. A., Aguilella-Arzo, G., Barrachina-Ibañez, A., Falomir-Granell, F., Oliver Foix, A., Gómez-Paccard, M., Martín-Hernández, F., Palencia-Ortas, A., Pavón-Carrasco, F. J., Rivero-Montero, M. (2020). Two archaeomagnetic intensity maxima and rapid directional variation rates during the first Iron Age observed at Iberian coordinates. Implications on the evolution of the Levantine Iron Age Anomaly. Earth and Planetary Science Letters, 533, 116047. DOI: 10.1016/j.epsl.2019.116047

Gómez-Paccard, M., Rivero, M., Chauvin, A., García-Rubert, D., Palencia-Ortas, A. (2019) Revisiting the chronology of the Eartly Iron Age in the nort-eastern Iberian Peninsula. Archaeological and Anthropological Sciences. DOI: 10.1007/s12520-019-00812-9

A. Molina-Cardín, S. A. Campuzano, M. L. Osete, M. Rivero-Montero, F. J. Pavón-Carrasco, A. Palencia-Ortas, F. Martín-Hernández, M. Gómez-Paccard, A. Chauvin, S. Guerrero-Suárez, J. C. Pérez-Fuentes, G. McIntosh, G. Catanzariti, J.C. Sastre Blanco, J. Larrazabal, V. M. Fernández Martínez, J. R. Álvarez Sanchís , J. Rodríguez-Hernández, I. Martín Viso and D. Garcia i Rubert (2018). Updated Iberian Archeomagnetic Catalogue: New Full Vector Paleosecular Variation Curve for the Last Three Millennia. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 19, 3637 - 3656. DOI: 10.1029/2018GC007781

Gomez-Paccard, M., Beamud, E., McIntosh, G., Larrasoaña, J.C., 2013. New archaeomagnetic data recovered from the study of three Roman kilns from north-east Spain: a contribution to the Iberian Palaeosecular variation curve, Archaeometry, 55, 1. DOI: 10.1111/j.1475-4754.2010.00675.x