Estudios de variabilidad climática y estacionalidad mediante espectroscopía láser

Resumen

La espectroscopía de ablación láser (LIBS) es una técnica analítica que se basa en la formación de un plasma por la interacción entre un pulso láser de alta energía y la superficie de la muestra. El posterior análisis espectroscópico de la luz emitida por el plasma permite la identificación de la muestra y de los elementos mayoritarios y trazas. LIBS se ha convertido en una técnica muy utilizada debido al conjunto de ventajas que presenta, siendo las más destacables su simplicidad, su velocidad de análisis y su alta versatilidad en cuanto a tamaño y manipulación de las muestras. Así, se ha demostrado su aplicabilidad a una gran variedad de muestras y campos de estudio. El objetivo principal de esta tesis es el desarrollo de una metodología analítica basada en LIBS para el estudio de muestras geológicas, biológicas y zoo-arqueológicas. Su desarrollo está motivado a dilucidar la variabilidad climática, estrechamente relacionada con la estacionalidad y los procesos arqueológicos. Por ello, se han realizado diversos estudios para la optimización del análisis de muestras de tejido de origen zoo-arqueológico, tanto tejido blando como óseo. Así, este objetivo general contiene otros objetivos específicos, como la obtención de relaciones elementales mediante la técnica LIBS para la búsqueda de patrones de variabilidad paleoclimática en espeleotemas según la estratigrafía interanual. Se ha realizado la formación de imágenes multielementales por LIBS para el análisis de espeleotemas y el estudio de la dinámica del plasma por LIBS para la optimización de las medidas y mayor comprensión de las muestras. Por ello, también se han utilizado otras técnicas de análisis, como SEM-EDX (microscopía electrónica de barrido y microanálisis por dispersión de energía rayos-X), para el estudio de la morfología de la superficie de la muestra. Dentro del campo de la arqueología se han realizado estudios de reagrupamientos de huesos de ciervo actuales y fósiles para el estudio de yacimientos mediante LIBS y métodos quimiométricos, como el análisis de componentes principales (PCA) o redes neuronales (NN). La estructura de la tesis consta de dos partes. La primera (capítulos 1 a 3) desarrolla los fundamentos teóricos de la técnica LIBS y de los métodos quimiométricos utilizados. En el capítulo 1 ¿Introducción¿ se exponen las características de la técnica LIBS, el proceso de ablación, la dinámica del plasma, su evolución temporal, el estado del arte actual de LIBS para muestras geológicas y zoo-arqueológicas, la introducción a la reconstrucción de series paleoclimáticas y la introducción al análisis de tejidos con fines arqueológicos. El capítulo 2 ¿Análisis mediante LIBS¿ expone los distintos métodos de cuantificación y los tipos de análisis cualitativos, así como sus principales aspectos analíticos. El capítulo 3 ¿Métodos quimiométricos¿ expone una introducción a la quimiometría y a los principales modelos quimiométricos, haciendo hincapié en los dos empleados en esta tesis. En la segunda parte (capítulos 4 a 6) se presentan los resultados experimentales obtenidos. El capítulo 4 ¿Instrumentación y sistema experimental¿ muestra toda la instrumentación necesaria y los sistemas experimentales utilizados en los distintos centros. El capítulo 5 ¿Geoquímica: análisis de espeleotemas mediante LIBS¿ aborda el análisis de elementos traza presentes en espeleotemas y la realización de imágenes elementales, para su utilización como indicadores paleoclimáticos. El capítulo 6 ¿Análisis arqueológico mediante LIBS¿ incluye el análisis de muestras de tejido blando, el estudio de la dinámica y evolución temporal del plasma, un estudio de estacionalidad sobre muestras dentales y la discriminación de restos óseos actuales y arqueológicos. La finalidad es el análisis de muestras zoo-arqueológicas para estudios sobre comportamiento humano. Tras el capítulo 6 se discuten las principales conclusiones y los retos futuros derivados de este trabajo.