¿Qué tienen en común para la ciencia, el estudio de Ötzi, el llamado hombre de los hielos, las pinturas prehistóricas de las cuevas de Altamira, las delicadas y detalladas miniaturas existentes en los manuscritos miniados de la Edad Media, las esculturas de la Catedral de Burgos, los cristales enormes de la geoda de Pulpí, en Almería, o los meteoritos de origen marciano? La respuesta es una técnica no invasiva conocida como espectroscopía Raman.

No es la primera vez que hablamos de espectroscopía Raman en Hablando con Científicos. Hace unos meses, el Catedrático de Cristalografía y Mineralogía de la Universidad de Valladolid, Fernando Rull, nos explicó como esta tecnología ayuda a identificar los minerales que existen en Marte, pero, como suele suceder en ciencia, antes de desarrollar instrumentos que ayuden a la investigación espacial, las tecnologías utilizadas en ellos han sido desarrolladas para otros cometidos.

Fernando Rull y su equipo llevan años utilizando esa tecnología la para estudiar los componentes minerales y los procesos químicos que tienen lugar en el extenso patrimonio geológico y cultural de la Tierra. Han sido pioneros en el desarrollo de instrumentos Raman portátiles, que se han utilizado para intentar determinar, sobre todo, que materiales usaban en la ejecución de obras de arte y la manera en la que se aplicaban.

Cuando se ilumina con una luz láser muy intensa una muestra material cualquiera, esta devuelve luz de dos maneras distintas. Una refleja la mayor parte de la luz incidente, sin alterar su frecuencia, o, dicho de otra manera, sin alterar su color. Otra parte, mucho más tenue, tan tenue que tiene una intensidad del orden de la billonésima parte de la luz incidente, explica Fernando Rull durante la entrevista, es luz alterada que contiene frecuencias (colores) distintos a la iluminación original. Esta luz, que ha sido modificada por los átomos y moléculas del material, contiene información sobre las sustancias y minerales del material que se está observando.

Si con el láser se ilumina, por ejemplo, una roca, la luz reflejada permite identificar, analizando la composición de frecuencias, si el mineral que la componen es cuarzo, calcita o cualquier otro componente que contenga.

La gran ventaja de la espectroscopía Raman es que se trata de una técnica no invasiva, algo de fundamental valía cuando se analiza el patrimonio artístico, que, por su extraordinario valor, no puede ser modificado con la extracción de muestras que lo dañen. Otra de las ventajas de la espectroscopía Raman es que se han podido desarrollar instrumentos portátiles que permiten aplicarse “in situ”. Esto permite a los investigadores desplazarse al lugar, sea, por ejemplo, una cueva o un edificio de valor histórico, y hacer el estudio sin necesidad de entrar en contacto directo con el material, simplemente iluminándolo con la luz láser y analizando la respuesta.

Fernando Rull y su equipo han sido pioneros en el desarrollo de instrumentos Raman portátiles, que se han usado en muchas y variadas investigaciones, algunas de las cuales mencionamos a continuación.

Seguramente habéis oído hablar Ótzi, conocido también como el “hombre de las nieves”. Fue un ser humano que murió hace más de 5.000 años atrapado en los hielos de un glaciar en una región fronteriza entre Austria e Italia. Fue descubierto en 1991, momificado de forma natural y conservando la vestimenta, armas y demás utensilios. Su estudio ofrece una información única sobre el modo de vida en la Edad del Cobre. El análisis de una muestra de su piel con tecnología Raman ha permitido compararla con la de personas actuales y aportar información sobre el proceso de momificación que sufrió.

Con esa tecnología se han estudiado de los frescos encontrados en la Iglesia de Basconcillos del Tozo, Burgos, construida en el siglo XIV. Al analizar las pinturas murales Fernando Rull y su equipo descubrieron que los materiales utilizados por los artistas eran más caros en las figuras de mayor importancia, como Jesucristo o la Virgen, mientras que el los personajes menos relevantes se empleaban materiales más pobres.

La Catedral de Burgos, una impresionante obra arquitectónica declarada Patrimonio de la Humanidad por la Unesco, contiene innumerables joyas del arte, entre ellas, las cinco que componen el trasaltar, cuya ejecución se inició el 5 de julio de 1497. Durante el siglo XX el deterioro de la piedra se ha ido agravando, apareciendo eflorescencias de minerales y fracturándose la roca caliza original. El estudio mediante espectroscopía Raman permitió conocer el mecanismo de degradación y la cristalización de las sales provenientes de los enterramientos que existen bajo el suelo de la catedral.

Muchos estudios realizados con espectroscopía Raman han permitido aportar información sobre el material utilizado en manuscritos medievales como “Los Beatos” del Beato de Liébana, realizados en el siglo VIII y siglos posteriores. Los análisis de las miniaturas revelaron el uso de pigmentos de origen mineral, muy venenosos, con alto contenido en plomo, mercurio y arsénico, entre otros.

Fernando Rull habla también del estudio del material utilizado en las Cuevas de Altamira; del análisis de un cuadro, recientemente descubierto, que podría haber sido pintado por Gustav Klimt y del estudio mediante espectroscopía Raman de meteoritos de origen marciano.

Os invito a escuchar a Fernando Rull, Catedrático de Cristalografía y Mineralogía de la Universidad de Valladolid, investigador principal del instrumento Raman de ExoMars, responsable del sistema de calibración de SuperCam en Mars 2020 y director del grupo ERICA.