Atapuerca - Patrimonio de la humanidad

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Geología

La Sierra de Atapuerca se encuentra en el Corredor de la Bureba, un corredor estratégico entre las cuencas del Duero y el EbroLa verdadera historia de aquellos yacimientos empieza mucho tiempo antes, durante el Cretácico Superior, hace más de 65 millones de años. Entonces se depositó la roca que compone la Sierra de Atapuerca, en el fondo de lo que entonces era un mar somero que cubría buena parte del territorio. La caliza se formó a lo largo de millones de años, en la época en que los dinosaurios dominaban la biosfera. Después, cuando el mar se retiró, la caliza fue empujada por las mismas fuerzas tectónicas que dieron origen a los Pirineos. La roca fue deformada hasta crear un pliegue que corre a lo largo de la cresta de la Sierra. Durante el período Terciario (65 a 1,7 millones de años), la erosión fue rellenando lo que hoy es el valle del Duero, que se había convertido en una cuenca sin salida al mar. Las montañas al Norte y al Sur fueron limadas poco a poco por las aguas, y los sedimentos así formados cubrieron el fondo del valle hasta rellenarlo.

La altura del valle llegó casi a alcanzar la cumbre de la Sierra. Al principio del Plioceno (entre 4 y 5 millones de años dentro del mismo periodo Terciario), lagos transitorios de agua dulce cubrieron toda la región dejando como recuerdo indeleble una capa de calizas, llamadas Calizas del Páramo, que hoy recubren las mesas frente a la Sierra de Atapuerca al otro lado del río Arlanzón, en el lado sur del valle.

Atapuerca foto. Vista aérea de la Sierra de AtapuercaPoco después, los fenómenos geológicos empujaron a la Península Ibérica, y acabaron por hacerla bascular. De esta forma, el valle del Duero se abrió al mar y comenzó una etapa de erosión que continúa hoy en día. El río Arlanzón comenzó a labrar su valle, y, al hacerlo, el agua comenzó también a tallar las entrañas de la Sierra. La caliza se disolvió, y se formaron cuevas que se fueron haciendo cada vez más grandes y profundas a medida que el lecho del valle descendía. Hace más de un millón de años, algunas de aquellas cuevas estaban abiertas y secas.

LOS YACIMIENTOS KÁRSTICOS DE LA SIERRA DE ATAPUERCA

Introducción. El modelado kárstico

Karst es el nombre de una región de los Alpes Dináricos que actualmente pertenece a Eslovenia y da nombre a un relieve característico. Se trata de un territorio calcáreo, con predominio de los procesos de disolución sobre los de erosión, en el que la escorrentía superficial de las aguas se ha visto sustituida por una rápida infiltración y una circulación subterránea de las mismas, a través de fisuras y cavidades. Por extensión, internacionalmente se ha adoptado el término karst, y sus derivados, para denominar a todos aquellos territorios de similares características, generalmente en rocas carbonatadas, calizas y dolomías principalmente, aunque también dichos procesos pueden desarrollarse en otras litologías como el hielo, yesos, sales, e incluso, en casos excepcionales, en cuarcitas y otras rocas silíceas.

Karst de la Sierra de Atapuerca (Burgos)El modelado kárstico de esta sierra mesozoica de Atapuerca se caracteriza por la poca importancia de las formas superficiales (exokársticas), que presentan modestos lapiaces y pequeñas dolinas localizadas en la cumbre de la sierra, y por el gran desarrollo de sus formas subterráneas (endokársticas), con grandes conductos que presentan frecuentemente secciones superiores a los 20 m de altura, que fueron evolucionando en profundidad a medida que se iba encajando el río Arlanzón, que marcaba el nivel freático regional, mientras depositaba sus terrazas en el exterior.

El sistema kárstico de Cueva Mayor-Cueva del Silo se localiza en el sector meridional de la Sierra de Atapuerca; con sus 3.700 m de desarrollo constituye una de las cavidades más importantes de la Cuenca del Duero. Estamos ante un karst de origen freático, que evolucionó en conductos forzados de desarrollo subhorizontal, sin claro predominio direccional de sus galerías, aunque los sentidos de circulación de las aguas marcan una zona de surgencia principal en la Cueva del Silo, situada en el inicio del valle del Valhondo, en la cabecera del río Pico.

A la entrada de la Cueva Mayor se encuentra el yacimiento del Portalón, que registra una importante secuencia de la Época del BronceEstas cavidades presentan sus galerías distribuidas en tres niveles nítidamente diferenciados, marcados por los sucesivos descensos del nivel de base de las aguas del río Arlanzón, que fueron dejando inactivos a los conductos superiores. Posteriormente, desplomes gravitacionales y procesos erosivos provocaron el hundimiento de las bóvedas de estos conductos, facilitando el acceso al interior de las cavidades de animales y seres humanos desde el Pleistoceno inferior, hace al menos un millón de años. A partir de ese mismo momento las zonas de entrada se fueron colmatando, poco a poco, con sedimentos, ramas y otros materiales de la superficie, que procedían, principalmente, de aportes de escorrentía y de pequeñas riadas, hasta que se sellaron completamente sus portalones de entrada hacia el final del Pleistoceno medio (hace unos 128.000 años). En la actualidad podemos acceder a algunas de sus galerías, a través del Portalón de Cueva Mayor, por un pequeño y angosto paso que se abre entre los sedimentos y rellenos, que datan de los últimos 4.000 años, que existen en esta entrada. En el interior de las galerías se observan abundantes estalagmitas y estalactitas, que proporcionan una gran belleza a estos conductos, aunque la irrespetuosa presencia humana a lo largo de más de 500 años ha dañado irreversiblemente esta belleza natural.

En el interior de la Trinchera del Ferrocarril de la Sierra de Atapuerca (Burgos)El uso y relleno de las entradas de las cuevas ha permitido que conserven los vestigios del pasado. Los yacimientos kársticos de la Sierra de Atapuerca contienen uno de los mejores registros arqueológicos y paleontológicos para conocer la evolución humana en Europa durante el Pleistoceno inferior y medio. Abarcan desde hace más de un millón de años hasta alrededor de los 128.000, las cavidades que aparecen cortadas por la Trinchera del Ferrocarril (Dolina, Galería y Elefante) y la Sima de los Huesos en Cueva Mayor; y momentos Holocenos, las actuales entradas de Cueva Mayor, Cueva del Silo y Cueva del Mirador, así como otras cavidades como Cueva Peluda o Cueva Ciega.

A principios del siglo XX la construcción de una trinchera en el borde suroccidental de la Sierra de Atapuerca, para el trazado de un ferrocarril minero de vía estrecha, puso al descubierto la presencia de numerosos conductos kársticos, muchos de ellos colmatados a techo. Las investigaciones se han centrado en tres yacimientos: Dolina, Galería y Elefante.

El yacimiento de Gran Dolina (TD)

Relleno del sector de entrada de una gran cavidad cuya sección presenta una secuencia estratigráfica de unos 16 m de potencia vista, subdivididas en 11 unidades. La parte basal (unidades TD1 y TD2) presenta sedimentos estériles propios del interior de la cavidad, sin apertura al exterior, mientras que desde el nivel TD3-4 (de hace unos 900.000 años) hasta el TD11 (de hace unos 100.000 años) la cueva ya estaba abierta al exterior, de donde proceden los rellenos que encontramos.

Estratigrafía del yacimiento de Galería (Sierra de Atapuerca, Burgos)Destaca el nivel TD6 por haber proporcionado, en un sondeo de 6 m2, 84 restos humanos pertenecientes a una nueva especie, 'Homo antecessor', junto a restos de fauna, polen e industria lítica de más de 780.000 años de antigüedad, ya que en los sedimentos del nivel superior (TD7) se ha registrado el cambio de polaridad magnética, el límite Matuyama-Brunhes, datado en esa cronología al inicio del Pleistoceno medio.

En el nivel TD10 (datado en torno a 370.000 años) son abundantes los aportes del exterior y se ha intensificado el uso y ocupación de esta cavidad por parte de los homínidos del Pleistoceno medio. Posteriormente, en TD11, la cavidad se colmata de sedimentos hasta el techo, cegando su entrada.

El complejo de Galería (TG)

Estamos ante un relleno kárstico que colmata la sección de una cavidad horizontal y un conjunto de simas. Cinco fases se han identificado en este relleno, de las que la fase basal (TGI) se corresponde con facies típicas del interior de las cavidades y las unidades TGII a V representan momentos en los que la cavidad estaba abierta y entran sedimentos procedentes del exterior, a la vez que la cavidad es usada por animales y humanos.

Atapuerca foto. Galería antes de campaña de excavaciones del año 1988Los niveles arqueológicos (TGII-V) se sitúan entre una edad superior a los 350.000 y los 110.000, y se inician con una facies de excrementos de murciélagos (base de TGII). Destaca por su importancia el nivel TGIII por la presencia de hasta trece horizontes con ocupación humana. Los instrumentos líticos, tallados en sílex y cuarcita, aparecen asociados a abundantes restos de animales (caballos, ciervos, gamos, bisontes y rinocerontes) que fueron consumidos bien por el hombre o por otros carnívoros, como osos, leones, cuones, zorros, linces y gatos monteses.

La Sima del Elefante (TE)

Hace algo más de un millón de años, una de las muchas galerías subterráneas que horadaban la Sierra de Atapuerca se abrió al exterior formando la entrada de una cueva. Desde entonces, arcillas, arenas y rocas se fueron depositando para dar lugar a una larga y compleja secuencia de sedimentos que denominamos Sima del Elefante. El valor científico de la Sima del Elefante es enorme ya que proporciona información única sobre un periodo crítico en la evolución humana; precisamente cuando hace alrededor de un millón de años el clima del planeta comenzó a experimentar fuertes oscilaciones, dando lugar a profundos cambios en los ecosistemas.

El yacimiento de la Sima del Elefante visto desde el antiguo trazado del ferrocarril.Las excavaciones realizadas en los niveles inferiores de la Sima del Elefante han proporcionado abundantes restos de pequeños roedores, así como de ciervos y bisontes primitivos, hipopótamos, rinocerontes, e incluso de macaco y de castor. Son también frecuentes los vestigios de lobos, linces, zorros, osos y mustélidos pertenecientes a comunidades animales hoy desaparecidas. El importante hallazgo de restos de águila pescadora, junto con los de galápago, castor e hipopótamo, nos hablan, además, de un paisaje dominado por grandes extensiones de agua y ecosistemas de ribera hoy día inexistentes.

Pero, ¿vivían grupos humanos en Atapuerca hace un millón de años? La hipótesis de presencia humana en este remoto periodo fue planteada a la luz de las distintas evidencias recuperadas en la Sima del Elefante. Sin embargo, la escasez de las mismas exigía precaución en las interpretaciones. Por fin, durante la campaña del año 2000, se produjo un descubrimiento de gran transcendencia. Se trata de una pequeña lasca de sílex de indiscutible fabricación humana que confirma la presencia de grupos humanos en Atapuerca hace al menos un millón de años ¿Quienes eran esos homínidos? ¿Cómo se relacionaban en aquellos
ecosistemas? La respuesta a estas preguntas puede que se esconda en los estratos del apasionante yacimiento de la Sima del Elefante.

El yacimiento de la Sima de los Huesos (SH)

En el interior de Cueva Mayor, a 500 metros de la entrada actual, se encuentra un pozo de 13 metros de profundidad, en cuya base se conserva un importante depósito fosilífero correspondiente al Pleistoceno medio, que está sellado por un espeleotema que presenta equilibrio isotópico, indicando una edad superior a 350.000 años.

En el interior de la Sima de los Huesos se ha colocado un suelo aereo que evita dañar el sedimento repleto de fósiles humanosEste yacimiento contiene numerosos restos humanos pertenecientes, en la actual fase de excavación, a una treintena de esqueletos de la especie 'Homo heidelbergensis', antecesora directa de los Neandertales, así como miles de huesos de más de un centenar de úrsidos, pertenecientes a la especie precursora del oso de las cavernas ('Ursus deningeri'), y en menor proporción restos de león, lince y zorro.

La medida del tiempo geológico

Un problema fundamental de los paleontólogos es el de cómo datar los yacimientos y los fósiles que contienen. Para devolver a los fósiles humanos a su tiempo pretérito intentamos situarlos en su antigua Biosfera, con los animales y plantas con los que convivieron. Éste es el método clásico de datación, o método paleontológico si se quiere. La datación de los yacimientos por los fósiles se conoce como Biocronología. En los sedimentos del yacimiento de la Gran Dolina, la presencia de la especie denominada 'Mimomis savini', ha servido para situar cronológicamente a los fósiles que fueron contemporáneos de éste roedor.

Pero hay otros métodos de datación que se basan en la transformación, que tiene lugar en la Naturaleza sin intervención humana, de unos elementos químicos en otros. Esta forma de medir el tiempo geológico se denomina Geocronometría. La Biocronología y la Geocronometría juntas forman la Geocronología. Los elementos químicos que se transforman espontáneamente en otros se llaman elementos radiactivos, porque emiten radiación al hacerlo. No son peligrosos para el hombre, a diferencia de las bombas nucleares que, basadas en los mismos principios, se han desarrollado con fines de destrucción masiva.

Hemos visto que los elementos radiactivos se transforman en otros a un ritmo constante que los físicos conocen. Al principio cuando se formó la roca o murió el animal, sólo existía el elemento inicial al que vamos a llamar elemento padre. Cuando se analiza el objeto a datar, fósil o roca, y se descubre qué parte del elemento padre ha pasado a convertirse en el elemento hijo ya tenemos una forma de medir el tiempo que ha transcurrido. Supongamos que sabemos que la mitad del elemento padre se transforma en el elemento hijo en 10.000 años: ese tiempo es el que se conoce como la vida media del elemento radiactivo.

Los métodos de datación basados en la emisión radioactiva de los elementos, pueden ser utilizados en diferentes tipos de rocas o directamente sobre los fósiles de un yacimiento paleontológico. El método radiométrico del Ar39/Ar40 y de las trazas de fisión se utiliza con rocas volcánicas, que, aunque frecuentes en el este de África y en Java, no se encuentran en los yacimientos con fósiles humanos de Europa. Otros métodos radiométricos utilizan elementos radiactivos distintos, como el C14 o las Series de Uranio. El método del C14 (el primero que se usó) se aplica sólo a materiales orgánicos, sean de origen animal o vegetal, es muy fiable y nos da directamente la edad de lo que se quiere datar. Desgraciadamente, su alcance, incluso aplicando las últimas mejoras, no supera los 50.000 años.
En las cuevas son frecuentes los espeleotemas (estalactitas y estalagmitas), que se forman continuamente por precipitación del carbonato cálcico disuelto en el agua. En los casos favorables en que los cristales de carbonato son lo suficientemente puros, los espeleotemas pueden datarse por la técnica de las Series de Uranio hasta un límite máximo cercano a los 350.000 años de antigüedad. En la Sima de los Huesos, un espeleotema formado encima del depósito paleontológico con fósiles humanos, tiene al menos esta edad.

Pero en muchas ocasiones, ni siquiera se dispone de espeleotemas datables en los yacimientos. Para estos casos se han desarrollado unas técnicas relacionadas entre sí, llamadas resonancia de espín electrónico (ESR) y termoluminiscencia (TL), con sus variantes de luminiscencia estimulada ópticamente (OSL) o por infrarrojos (IRSL). La técnica de ESR se usa generalmente con esmalte de dientes de mamíferos y las técnicas de datación por luminiscencia se aplican a instrumentos de sílex quemados o a una variedad de sedimentos expuestos a la luz solar (y para períodos más modernos a la cerámica). El fundamento de ambas técnicas consiste en que tanto un mineral -el sílex o pedernal por ejemplo- como un diente o un hueso, funcionan como dosímetros naturales, que acumulan la radiación que reciben a lo largo del tiempo. La radiación es, como se ha dicho, consecuencia directa de la transformación de un elemento en otro, por lo que la cantidad recibida es una medida del tiempo transcurrido: cuanta más radiación más tiempo. Sin embargo, veremos a continuación que no es lo mismo datar un trozo de pedernal, una roca después de todo, que un diente.

El pedernal fue uno de los materiales más utilizados en el Paleolítico para la confección de instrumentos de piedra. Si en un momento del pasado a un hombre prehistórico se le cayó un útil de sílex a un fuego del campamento, o lo arrojó deliberadamente, el calentamiento que sufrió el sílex le hizo perder toda la energía acumulada anteriormente (desde que se formó el mineral, millones de años antes); se dice que el reloj radiométrico se puso a cero en ese momento. En el laboratorio, los geocronólogos someten el sílex quemado a una temperatura superior a los 450 C1 y el instrumento vuelve a liberar la energía acumulada durante todo el tiempo que estuvo enterrado en el yacimiento, emitiendo luz cuya intensidad es proporcional a la energía acumulada. La edad del yacimiento se obtiene a partir del cociente entre la energía total acumulada durante el período de enterramiento (llamada paleodosis) y la dosis anual de radiación que ha recibido el mineral. Si ha recibido poca dosis cada año en el yacimiento y acumulado mucha al final, la edad del fuego que calentó el pedernal es mucha. Si la dosis anual era muy grande, la edad de aquel fuego que hicieron los hombres prehistóricos será menor, aunque la dosis total sea la misma. Por eso es tan importante medir la dosis anual. Esta dosis anual depende a su vez de factores internos y externos. La radiactividad interna depende de la concentración de elementos radiactivos que tenga el mineral, mientras que la externa está en función de la concentración de elementos radiactivos que contenga el sedimento donde se encontraba el sílex y de los rayos cósmicos en el ambiente. Los elementos radiactivos presentes en el sedimento son variantes, llamadas isótopos, del uranio, torio y potasio. Todas estas variables que intervienen en la ecuación pueden ser medidas, y una vez introducidos sus valores en la fórmula, el sílex queda datado.

Canino de oso ('Ursus deningeri') de la Sima de los HuesosSi no se dispone de sílex quemado, pero sí de huesos o dientes fósiles se puede aplicar la técnica de resonancia de espín electrónico (ESR). Generalmente se usa el esmalte dental, que está formado en más del 96% por un mineral llamado hidroxiapatito. La ecuación básica es la misma que en el caso de la técnica de TL, es decir: edad del fósil = paleodosis / dosis anual. Sin embargo, cambia el modo de medición de la paleodosis o dosis acumulada (la dosis de radiactividad que el fósil ha recibido durante el período de enterramiento), que no precisa de calentamiento del material.

También los espeleotemas se pueden datar con esta técnica. Sin embargo, hay una diferencia fundamental entre la datación de una estalactita y la de un diente fósil. El problema fundamental de la técnica de ESR aplicada a dientes estriba en el origen de la radiación interna que ha recibido el fósil, producida por la desintegración de un isótopo radiactivo del uranio. Cuando se formó la estalactita por precipitación del carbonato cálcico disuelto en el agua también se incorporó a la roca el uranio radiactivo que iba disuelto en el agua. Sin embargo, como los mamíferos vivos no tienen uranio radiactivo en sus tejidos, sus restos fosilizados lo tienen que haber incorporado una vez muertos y ya enterrados en el yacimiento. Las dataciones trabajan sobre diversos modelos simples de adquisición del uranio después de la muerte del animal. Los más utilizados suponen adquisición temprana del uranio después del enterramiento (EU) o incorporación continua a un ritmo constante a lo largo del tiempo (LU), pero muchas veces la realidad puede ser bastante más compleja, con diversas ganancias irregulares de uranio.

Por eso no puede hablarse cuando se trabaja directamente con fósiles de datación absoluta o exacta, sino sólo de datación radiométrica, cuya fiabilidad depende de que la realidad se parezca al modelo. Últimamente se combinan las dataciones por Series de Uranio y ESR para obtener cronologías más fiables a partir de tejidos animales fósiles. Teóricamente el método de datación por resonancia de espín electrónico permite superar el límite cronológico de las Series de Uranio (situado en unos 350.000 años de antigüedad), y se están obteniendo edades mayores cuya exactitud está aún por contrastar. En los yacimientos de la Sierra de Atapuerca se está aplicando a los fósiles de hace 800.000 años, y parece que funciona con éxito.

Por último, queda por comentar un método de aproximación al problema de la datación de los fósiles que no da una edad de ningún tipo, ni absoluta ni relativa, pero que ayuda a conocerla. Se trata del paleomagnetismo, que consiste en averiguar la situación de los polos magnéticos cuando se formó el yacimiento. Aunque parezca mentira, los polos magnéticos norte y sur han intercambiando muchas veces su posición, y esos cambios se han podido datar con mucha precisión. Así se ha podido dividir el tiempo en épocas de polaridad normal, como lo es por definición la actual, y épocas de polaridad invertida. Si somos capaces de identificar la polaridad fósil de un yacimiento, o de un nivel de un yacimiento, podemos descartar que pertenezca a las épocas en las que la polaridad era la contraria, con lo que se resuelve la mitad del problema. En un yacimiento que tenga muchas capas se puede llegar a detectar más de una cambio de polaridad, lo que facilita aún más la solución del problema de la datación. Este cambio en la dirección del campo magnético ha sido observado en el yacimiento de la Gran Dolina. De éste modo se han podido confirmar las dataciones biocronológicas realizadas previamente y determinar que los fósiles de la especie 'Homo antecessor' tienen al menos una edad de 780.000 años.

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