Estudiar y conservar el patrimonio cultural mediante la ciencia y la tecnología nucleares

La caracterización es un proceso que permite a los expertos examinar las propiedades de objetos arqueológicos y artísticos con una gran exactitud, así como averiguar su antigüedad, composición química y origen. No se trata de un único método, sino de múltiples técnicas nucleares en las que se utilizan distintos tipos de equipo y de radiación, como los rayos X, los rayos gamma, los neutrones y los haces iónicos.

La caracterización proporciona a los investigadores información sobre la fecha, el lugar y el modo de creación de un objeto. También facilita información inestimable a los restauradores sobre el modo en que conservar eficazmente objetos arqueológicos únicos. Gracias a esta labor, los especialistas pueden determinar si una obra de arte es auténtica o falsificada y averiguar si ha estado sometida al tráfico ilícito de arte. El uso de la caracterización también puede ayudar a revelar estructuras internas, como grietas, fracturas y defectos en un objeto, incluso cuando no pueden verse a simple vista.

He aquí una descripción general de algunas de las técnicas analíticas nucleares que se utilizan con más frecuencia para la caracterización.

Uno de los métodos que se utilizan para analizar la composición elemental de pinturas, manuscritos, monedas y cerámicas es el análisis por fluorescencia de rayos X (XRF). Al exponer una muestra a rayos X, los científicos hacen que los elementos químicos de la muestra liberen radiación. Puesto que esta radiación es única para cada elemento, es posible determinar con exactitud la composición de la obra de arte. 

En 2010, científicos de Francia utilizaron el método de XFR para estudiar la Mona Lisa, una obra maestra del siglo XVI del pintor italiano Leonardo da Vinci. Los investigadores analizaron la composición y el grosor de las distintas capas de pintura y barniz y pudieron conocer mejor la técnica del “sfumato” de Da Vinci, un sombreado fino que genera transiciones suaves entre los colores y que hace que la obra de arte resulte tan verosímil.

Otros enfoques empleados para examinar la composición química y la estructura de los materiales comprenden la difracción de rayos X (XRD), el análisis por activación neutrónica (AAN) y varios métodos de haces iónicos, como la emisión de rayos X inducida por protones (PIXE), la emisión de rayos gamma inducidos por protones (PIGE) o la espectrometría de masas con aceleradores (AMS). Entre las obras de arte cuya composición elemental se analizó mediante técnicas nucleares cabe mencionar las siguientes: una estatua de oro de 500 años de antigüedad del escultor Benvenuto Cellini, El salero, robado y posteriormente recuperado en los bosques de Viena (Austria); un retrato centenario de san Jorge en Albania; y objetos de oro y piedras preciosas que proceden del Reino de Ayutthaya, que existió en la Tailandia actual entre los siglos XIV y XVIII.

Para averiguar la antigüedad de materiales orgánicos —como objetos elaborados con madera, algodón, papel, piel, lana, seda o hueso—, los científicos pueden utilizar un enfoque denominado datación por radiocarbono. Todos los organismos vivos, como los animales o las plantas, absorben carbono. Al morir, el carbono 14, un isótopo inestable del carbono, empieza a decaer a una velocidad conocida. Mediante espectrometría de masas con aceleradores (AMS), los especialistas miden la proporción de carbono 14 presente en la obra de arte elaborada con materiales orgánicos, a fin de determinar cuánto tiempo ha transcurrido desde su creación. Así pues, esta técnica ayuda a determinar la edad de objetos del patrimonio de hasta 50 000 años de antigüedad. 

Mediante la técnica de datación por radiocarbono, en 2019 expertos de Francia pudieron demostrar que dos famosas pinturas —una impresionista y otra puntillista— eran falsificaciones. Descubrieron que los lienzos se habían fabricado después de la década de 1950, mientras que las pinturas se habían creado supuestamente en torno a principios del siglo XX. 

La datación por radiocarbono también se aplicó para determinar la antigüedad de la Loba Capitolina en Italia; una estatua de bronce de Apoxiómeno encontrada en las aguas del mar Adriático, en la costa de Croacia; y un antiguo sistema de acuicultura en el territorio del pueblo Gunditjmara, en Australia.

Para analizar la estructura interna y la integridad de objetos del patrimonio cultural, los científicos utilizan la radiografía industrial. Para ver el interior de un objeto, lo atraviesan con rayos X, rayos gamma o neutrones. Cuando la radiación entra en contacto con una película expuesta o una cámara digital diseñada específicamente para ello y colocada al otro lado, la radiación crea una imagen de lo que se encuentra oculto, incluidos los defectos o las grietas de su interior.

Además, los rayos X de pinturas suelen ayudar a identificar los dibujos que se hallan debajo. El análisis mediante rayos X de El viejo guitarrista ciego de Picasso —una de las obras más famosas de su período azul— reveló que el pintor había reutilizado un lienzo antiguo. Bajo la pintura había dos composiciones que había creado anteriormente: una anciana con la cabeza inclinada hacia delante y una joven madre con un niño de rodillas a su lado.

Otro ejemplo reciente se encuentra en el análisis de una pintura de Vincent van Gogh, Cabeza de una campesina, realizado en el Reino Unido y con el que se descubrió un autorretrato oculto del pintor.

La conservación a largo plazo de objetos históricos únicos e irreemplazables puede ser una tarea difícil, puesto que las condiciones inadecuadas de almacenamiento pueden hacer que, sobre la superficie o en el interior de los objetos, aparezcan bacterias, insectos u otros animales, o también moho u otros hongos, lo que provoca el deterioro o la completa destrucción de los objetos. La radiación ionizante puede ser una solución a este problema, dada su capacidad para eliminar plagas.

Para desinfectar los objetos, los expertos los irradian con la ayuda de equipo especial, como aceleradores de haces de electrones de alta energía, máquinas de rayos X o instalaciones de procesamiento de radiación gamma que contienen fuentes radiactivas de cobalto 60 o cesio 137. Normalmente, en una instalación de radiación gamma, se introduce el objeto en la sala de irradiación, donde se expone a radiación ionizante y luego se saca al exterior, se desinfecta y se descontamina.

Un famoso ejemplo de un objeto histórico al que se ha sometido a este tratamiento es la momia de 3200 años de antigüedad del faraón egipcio Ramsés II. En 1977, en una instalación de Francia, se le aplicó un proceso de desinfección mediante radiación gamma para eliminar insectos y hongos. Existen otros ejemplos de esta técnica, como libros de la biblioteca del Palacio de la Paz en los Países Bajos, bobinas de película del Archivo Nacional de Cine de Rumania, una cría de mamut encontrada en el permafrost siberiano, e iconostasios de madera de la sagrada vaivoda de la iglesia de Miguel y Gabriel en Rumania. 

Cuando una sustancia se expone a radiación, recibe energía que modifica su estructura molecular. No obstante, los distintos materiales se ven afectados de manera diferente en función de su composición química, del tipo de enlaces químicos presentes en el material, del tiempo de exposición y de la intensidad. Un tratamiento bien aplicado, si bien daña a los contaminantes vivos y las plagas, no perjudica a los objetos culturales.

Los restauradores utilizan pequeñas dosis de radiación, limitada a un máximo de 10 kilograys, de manera que los objetos del patrimonio cultural no sufren ningún daño. Tampoco se vuelven radiactivos tras el tratamiento y no pueden irradiar a las personas que hay a su alrededor. Los objetos siguen siendo los mismos de antes, con la salvedad de que ahora están desinfectados.

Normalmente, los expertos han empleado métodos químicos y físicos para desinfectar objetos culturales e históricos. Estos métodos comprenden el uso de sustancias tóxicas o tratamientos térmicos y, por ello, pueden ser dañinos para los objetos, para los restauradores o para el medio ambiente. Ambos enfoques pueden ser costosos. Además, ninguno de ellos puede garantizar la plena erradicación de las plagas si el tratamiento no llega a la zona en la que se han asentado los insectos o los gusanos.

Aplicar técnicas de irradiación, en cambio, presenta varias ventajas con respecto a los métodos tradicionales: se pueden emplear a temperatura ambiente sin mantener contacto físico con el objeto y sin la necesidad de utilizar más sustancias y, además, no dejan huellas ni provocan daños en los materiales tratados. Los riesgos se pueden reducir al mínimo llevando a cabo la descontaminación de la radiación en zonas bien protegidas con estrictas condiciones de seguridad.

La irradiación se puede utilizar para restablecer los enlaces químicos de objetos deteriorados, con lo cual se ayuda a fortalecerlos y solidificarlos. Este método conlleva empapar el objeto o el material con una resina líquida y luego exponerlo a radiación para endurecerlo y reforzarlo.

Gracias al método de consolidación, el objeto parece prácticamente intacto, pero el material y sus propiedades físicas se han transformado de tal manera que se han vuelto más fuertes y más densos.

Por ejemplo, en 2011, se aplicó irradiación a una barca de madera romana del siglo I que se había encontrado en el río Ródano en Arles (Francia). Tras su descubrimiento, a medida que la barca se secaba, la madera empezaba a caerse a trozos. Para salvar esta antigua reliquia, los especialistas de ARC-Nucléart utilizaron la técnica de consolidación: impregnaron la madera de la barca con una resina radiocurable y la expusieron a radiación ionizante para endurecer la madera y evitar que la barca se deshiciera.

• Mediante cursos de capacitación, reuniones técnicas, visitas científicas y becas, el programa de cooperación técnica del OIEA proporciona a los países creación de capacidad para el uso de técnicas nucleares destinadas a estudiar y conservar el patrimonio cultural. El OIEA ayuda a expertos de todo el mundo —con el equipo y las instalaciones necesarios— a llevar a cabo investigaciones e intervenciones nucleares. También apoya a investigadores y conservadores ofreciéndoles metodologías armonizadas y procedimientos normalizados.
• El OIEA organiza talleres, conferencias y eventos especiales sobre el uso de la ciencia y la tecnología nucleares para el estudio y la conservación del patrimonio cultural, facilitando así el intercambio de conocimientos y experiencias entre expertos internacionales.
• El OIEA promueve la publicación de material académico e investigador y de información pública sobre la conservación del patrimonio cultural. En una publicación de 2011, Nuclear Techniques for Cultural Heritage Research, se ofrece una descripción de técnicas nucleares y conexas para el análisis, la restauración y la conservación de objetos históricos y obras de arte. Por su parte, un libro de 2017, Uses of Ionizing Radiation for Tangible Cultural Heritage Conservation, proporciona información sobre la desinfección y la consolidación mediante el uso de radiación y presenta casos de objetos tratados con irradiación en varios países, tales como el Brasil, Croacia, Francia, Rumania y Túnez.
• El OIEA nombra centros colaboradores en la esfera del patrimonio cultural. Actualmente hay cuatro de estos centros, como la Universidad París-Saclay y ARC-Nucléart en Francia, el Centro Nacional de Investigación y Tecnología de las Radiaciones en Egipto y la Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear (ANSTO) en Australia.
• El OIEA ofrece diversos cursos de capacitación y posibilidades de aprendizaje en línea sobre la aplicación de técnicas nucleares, como la datación por radiocarbono para el patrimonio cultural y la ciencia forense, técnicas de espectrometría de rayos X para la caracterización de objetos arqueológicos y artísticos, y la irradiación industrial.