25. LIBS en patrimonio cultural: reconocimiento e identificación de objetos en yacimientos arqueológicos sumergido

Resumen

En este trabajo se discutirán las capacidades de la técnica LIBS para el reconocimiento e identificación in situ de materiales sumergidos en yacimientos arqueológicos reales. Se ha diseñado un instrumento remoto basado en fibra óptica que permite el reconocimiento e identificación de objetos en este tipo de escenarios. El prototipo desarrollado por la U. de Málaga es capaz de trabajar en dos configuraciones, pulso-simple convencional (SP-LIBS) y excitación multi-pulso (MP-LIBS). El uso de una configuración de multi-pulso permitió aumentar la cantidad de radiación láser (hasta 95 mJ) que puede ser transmitida a través de un cable de fibra óptica. Como consecuencia, se produce una mejora de las prestaciones del equipo, sobre todo en términos de rango de análisis (hasta una profundidad de 50 metros) y variedad de muestras que pueden ser analizadas (por ejemplo, rocas, cerámica, mármol y hormigón). Previamente, se han realizado estudios de parametrización en laboratorio (presión del gas, condiciones focales, ángulo de incidencia…) para alcanzar las mejores condiciones durante las medidas de campo. La dependencia de la señal LIBS con la profundidad de muestreo se estudió en un escenario real. Por otro lado, se caracterizaron e identificaron los objetos arqueológicos encontrados en el pecio del Bucentaure (Cádiz) y el pecio de San Pedro de Alcántara (Málaga). Los resultados obtenidos durante estas campañas de medida confirmaron la adaptabilidad de la técnica al ambiente marino y su potencial para analizar objetos arqueológicos en un yacimiento subacuático.

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LIBS in cultural heritage: exploration and identification of objects at underwater archaeological sites

In this work, the capabilities of LIBS technique for the in-situ recognition and identification of materials in real submerged archaeological sites are discussed. A fiber-optics-based remote instrument was designed for the recognition and identification of archeological assets in underwater archaeological shipwrecks. The LIBS prototype featured both single-pulse (SP-LIBS) and multi-pulse excitation (MP-LIBS). The use of multi-pulse excitation allowed an increased laser beam energy (up to 95 mJ) transmitted through the optical fiber. This excitation mode results in an improved performance of the equipment in terms of extended range of analysis (to a depth of 50 m) and a broader variety of samples to be analyzed (i.e., rocks, marble, ceramics and concrete). Parametric studies in the laboratory such as gas flow pressure, beam focal conditions and angle of incidence, among others, were performed to optimize the best conditions for field analysis. The dependence of LIBS signal with the analysis depth was also studied in a real environment (Bahía de Málaga). Ancient artifacts found in the wreck of Bucentaure (Cádiz, Spain) and the wreck of San Pedro de Alcántara (Málaga, Spain) have been characterized and identified. Results obtained in these field trials confirmed the capability of remote LIBS for in-situ analysis of underwater archeological samples.

Keywords: Underwater analysis; Archaeology; Laser-induced breakdown spectroscopy; Intervention; LIBS; Underwater archeological heritage; Cultural heritage; Historical heritage