Protocolos científicos de utilidad en Paleontología y Bioarqueología
Policarp Hortolà
A) Muestreo
1) Seleccionar rocas sedimentarias sueltas o poco consolidadas:
- margas
- areniscas de grano fino o poco cimentadas
- calizas margosas
- turbas
- lignitos...
2) Recoger aproximadamente 500 g
3) Utilizar una bolsa de plástico transparente, colocándole en su interior la etiqueta de manera que se pueda leer sin tener que abrir la bolsa.
B) Preparación química
1) Colocar una parte de la muestra en ácido clohídrico (HCl) o nítrico (HNO3) diluidos, para obtener la fracción silícea: radiolarios, diatomeas, espículas de esponjas silíceas, esporas, polen...
2) Lavar con agua y bicarbonato sódico (NaHCO3)
3) Colocar otra parte de la muestra en sosa (NaOH) o potasa (KOH) diluidas, en caliente, para obtener la fracción calcárea: microforaminíferos, coccolitos, espículas de esponjas calcáreas, ostrácodos...
C) Separación
C.1. Tamiz/líquido pesado (microfósiles en rocas no compactadas)
1) Apilar los tamices (de malla mayor, arriba, a menor, abajo)
2) Colocar la muestra en el tamiz superior
3) Pasar un chorro de agua corriente (los microfósiles se concentrarán en los tamices intermedios)
4) Secar el sedimento lavado que contenga los microfósiles
5) Colocar en un cristalizador un líquido pesado (tetracloruro de carbono o bromoformo/alcohol de p.e.=2.68)
6) Espolvorear la muestra sobre el líquido pesado (los microfósiles, menos densos, sobrenadarán)
C.2. Ultrasonidos (para microfósiles en rocas margosas o arcillosas)
1) Triturar la roca en fragmentos de 2-3 mm
2) Sonicar a más de 20 kilociclos/s.
1) Tomar una cierta cantidad de la muestra previamente tamizada
2) Extenderla sobre una superficie plana con una retícula impresa
3) Con una lupa binocular, hacer un rastreo sistemático para recolectar los diferentes taxones de organismos.
A. Para transiluminación (microfósiles muy pequeños: microforaminíferos pequeños, radiolarios, diatomeas, polen, micrósporas...)
1) Colocar los microfósiles sobre un portaobjetos
2) Poner encima una gota de bálsamo del Canadá
3) Cubrir con un cubreobjetos
B. Para epi-iluminación (microforaminíferos grandes y megásporas)
1) Realización del porta: a una lámina rectangular de cartón, hacerle uno o más agujeros de unos 2 cm de diámetro y pegarle por debajo una lámina de papel negro o rojo (hará de fondo opaco)
2) Poner los microfósiles dentro del (de los) agujero(s) del porta
3) Fijar los microfósiles en el fondo del(de los) agujero(s) con una gota de goma de tragacanto.
1) Preparar un vidrio de acuerdo con las medidas del foraminífero
2) Colocarle encima una gota de bálsamo del Canadá o un trozo pequeño de termoplástico
3) Calentarlo
4) Fijar el foraminífero sobre el vidrio
5) Colocar el porta bajo una lupa binocular
6) Alinear el foraminífero según la orientación deseada, utilizando una aguja enmangada o un palillo para manipularlo
7) Englobar el foraminífero en resina, y dejarla secar
8) Pulir el bloque manualmente con carborundo (SiC, polvo gris) de diferentes grosores (CONTROLAR CONSTANTMENTE EL PROCESO CON LA LUPA BINOCULAR) hasta que se obtenga la sección deseada
9) Desenganchar la muestra del vidrio con acetona
10) Fijar el foraminífero por la cara pulida en un porta (es decir, girado)
11) Pulir manualmente la cara libre hasta obtener una sección fina de unos 20 µm
12) Limpiar la muestra con ultrasonidos
13) Secar
14) Cubrir con un cubre.
A. Preparación de la resina
1) Mezclar 1 volumen de resina de poliéster (densa, azulada) con 1 volumen de monómero de estireno (fluido, transparente)
2) Agitar con varilla magnética (se volverá fluido)
3) Añadir 1.5 volúmenes de catalizador peróxido de mec por cada 100 volúmenes de resina de poliéster (>>0.75% v/v de la mezcla 1)
4) Volver a agitarlo todo (cuando se vuelva verdoso, ya está preparada)
B. Inclusión
1) Colocar el fósil, BIEN SECO, en un recipiente de plástico y introducirlo en el aparato de vacío
2) Abrir la bomba de vacio y cerrar la llave de paso de aire; esperar a que el manómetro marque aproximadamente - 1 atm
3) Secuencialmente, ir añadiendo poco a poco la resina y abriendo el paso del aire (la presión hará penetrar mejor la resina en el fósil)
4) Cuando ya esté completamente cubierto el fósil, dejar el bloque endureciendo colocándolo en la estufa a 40°C unas horas, o dejándolo a temperatura ambiente over night
C. Corte (secciones orientadas: ecuatoriales, axiales = transversales, tangenciales u oblícuas; ejemplares fósiles: libres, incluidos en resina o en matriz de roca dura)
1) Abrir el agua o el aceite de la sierra eléctrica
2) Cortar la pieza, haciéndola avanzar por la sierra eléctrica
3) Cuando ya esté cortada la pieza, sacar los dos fragmentos haciendo un movimiento de retroceso.
A. Semi-automático
1) Trabajar la pieza sobre pulidora automática de rotor con disco de papel de vidrio al agua, comenzando por el de grano más grueso: 220 - 400 - 800 - 1,000 - 1200 (unos 5 minutos por disco). Según lo que interese, puede hacerse ahora un paso final, dándole una capa de barníz con un spray, o continuar como sigue.
2) Eliminar las rayas paralelas, sobre un vidrio o hierro dulce espolvoreado con carborundo con un poco de agua, alcohol o petróleo (hasta que el polvo adquiera una consistencia pastosa), comenzando por el carborundo de grano más grueso: 600 - 800 - 1,000 - 1,200 (en función del disco con el que hayamos terminado el paso 1; p. ej., si hemos terminado con el disco 1,000 comenzar por el carborundo 1,000). La pieza queda mate, pero con rayas no paralelas.
3) Abrillantar, sobre un paño de terciopelo (especial para alúmina) espolvoreado con alúmina (Al2O3, polvo blanco) con un poco de agua, alcohol o petróleo (hasta que el polvo adquiera una consistencia pastosa), empezando por el de grano más grueso: 1 µm - 0.3 µm.
B. Manual
1) Realizar únicamente los pasos 2 y 3 anteriores.
A. Método 1 (petrográfico)
1) Pulir la pieza (fósiles libres, incluidos en resina o en matriz de roca dura) con la pulidora automática (sólo se necesita hacer el paso 1 del pulido)
2) Pegar la cara pulida a un porta de vidrio, con una cola tipo Loctite 358, sacando las burbujas con el porta encima (pegar - remover - volver a pegar)
3) Dejarlo bajo la lámpara de luz UV unos 2 minutos
4) Corte: conb sierra eléctrica con aceite y por la cara sin pegar al porta, cortar la pieza con el porta pegado, un poco gruesa (aproximadamente 1 mm)
5) Desgaste (muela eléctrica)
5.1) antes de empezar:
a) encender la bomba de vacío
b) colocar el porta con el vidrio tocando la base de sujeción
c) sujetar el porta mediante vacío, presionando el botón de la base
d) con el tornillo, ajustar la pieza para que no toque demasiado la muela
e) MOTOR: ON; COOLING: un poco
5.2) cíclicamente:
a) hacer avanzar la pieza 1 µm, con el tornillo en el sentido de las agujas del reloj
b) desgastar haciendo avanzar el porta con la manivela
c) hacer retroceder el porta, rotando la manivela
5.3) de tanto en tanto, cuando la pieza ya está bastante rebajada:
a) ir girando la muestra en la base, para que no salte el porta (el aparato desgasta en cuña)
b) ir controlando el proceso con el microscopio petrográfico (luz polarizada)
5.4) terminar de rebajar las áreas de la pieza que lo necesiten, espolvoreando estas áreas con carborundo, lubricando con aceite y realizando círculos con un trozo pequeño de vidrio.
B. Método 2 (paleontológico)
1) Preparar la muestra para serrar.
2) Incluir la muestra para serrar, si hace falta.
3) Sujetar mecánicamente la muestra y serrarla, con diferentes sierras según la medida y características de la muestra. Hacer un taco de 1 cm de grosor.
4) Pulir el taco: a) pulidora rotativa, b) lapeadora (introducir las muestras en la máquina, programar el tiempo, fijar el nivel de lubrificación, sacar las muestras de la máquina y ponerlas en el baño de ultrasonidos para limpiarlas), y c) pulido manual.
5) Marcar el vidrio con una punta de diamante y por la misma cara, sobre uno de los ángulos del porta.
6) Pegar el taco al vidrio portaobjetos, del siguiente modo:
a) calentar la muestra a una temperatura entre 40°C y 135°C, según el material,
b) aplicar una capa de resina epóxida a la superficie pulida,
c) colocar sobre el porta suavemente para evitar las burbujas, garantizando el total paralelismo de las dos superficies en contacto,
d) colocar en la estufa a temperatura y tiempo controlados, para conseguir su endurecimiento,
e) limpiar bien la superficie del vidrio que no contiene muestra.
7) Serrar el taco pegado en el porta. Dejarlo, como máximo, con 1 mm de grosor. Utilizar la sierra especial que fija la muestra al vacio, que determina el grueso de la muestra con un nonius.
8) Según la dureza de la muestra:
8.1) Muestras más duras
Utilizar una lapeadora tipo GEOROD. Los portas deben sufrir un rectificado previo realizado con la misma lapeadora: primero marcar con una punta de diamante el reverso, para poder resituarlo despues en la misma posición. Podemos realizar simultáneamente 12 portas (6 portas/tambor x 2 tambores). Los portas se sujetan por el sistema de vacio.
8.2) Muestras más blandas
Utilizar una desbastadora fina tipo GB (no es necesario el rectificado previo de los portas).
9) Desbastado final. Para esta operación se utilizan dos tipos de máquinas desbastadoras, según la dureza de las muestras:
9.1) Muestras blandas: la desbastadora es manual y sólo acepta una muestra cada vez.
9.2) Muestras duras: las láminas se colocan en los módulos de sujeción por vacío, y el proceso de debastado es automático, aunque debe irse controlando que la lubrificación sea la precisa.
10) Realizar un último desbastado manual hasta conseguir el color de interferencia (= color de polarización) correcto, con el microscopio de luz polarizada.
11) Tinción (opcional). P. ej. distinción calcita vs. dolomita, con hematoxilina.
12) Cubrir la lámina con un cubre, pegándolo con resinas especiales de muy bajo índice de refracción.
13) Limpiar la lámina.
14) Etiquetar la lámina.
A. General
1) Pegar las partes fracturadas con cola
2) Rellenar los huecos con escayola o un material plástico
B. Fósiles grandes: impregnar el fósil con goma laca disuelta en alcohol, o con cola muy líquida (para que penetre bien en el fósil)
C. Fósiles pequeños: incluirlos en resina.
A. En el yacimiento
A medida que el hueso se va desenterrando, pulverizar con un spray la superficie que va quedando expuesta al aire, con una de las siguientes soluciones:
- Primal WS-24 (= Acrysol WS-24) al 2-4% en agua
- agua (1 L) + goma arábiga (90 g) + formaldehído (5 gotas)
- acetato de polivinilo al 5% en agua
B. En el laboratorio
1) Lavar el hueso con agua destilada
2) Dejarlo secar bien al aire
3) Sumergirlo en una cubeta con acetato de polivinilo al 10% en acetona (sin cambiarlo), o con silicato sódico (Na2SiO3, soluble en agua caliente) cambiándolo varias veces, hasta que no salgan burbujas del hueso (es decir, hasta que el fósil quede bien impregnado de la solución conservadora)
4) Sacarlo de la cubeta, sin tocarlo con los dedos (¡el acetato de polivinilo y las otras RESINAS SINTETICAS son CANCERIGENAS!)
5) Dejarlo secar del todo al aire.
Conservación de fósiles: con un pincel, recubrir el fósil con látex u otro material plástico; o, con un spray, recubrirlo de barniz.
Moldes (externos o internos) de fósiles: se realizan con plástico odontológico (Palgat), escayola o cera.
Reproducciones de fósiles: se realizan con resina o escayola.
A. Distinción geoquímica de calcita vs. dolomita. Método para superficies pulidas de especímenes de mano y para láminas finas
A.1) Preparación de la solución colorante
1) Añadir, en el orden indicado: agua destilada (98 mL) + hematoxilina (1 g) + cloruro de aluminio (6.5 g)
2) Hervir la solución durante 3 minutos
3) Dejar enfriar
4) Añadir unas gotas de agua oxigenada nueva
5) Filtrar la solución
A.2) Procedimiento:
1) Sumergir la muestra en la solución colorante durante 30-45 segundos.
2) Lavar la muestra con agua corriente 3 minutos
3) Examinar al microscopio: la calcita se tiñe de color rojo, mientras que la dolomita no se tiñe.
B. Detección histoquímica de colágeno. Método para láminas finas (micromorfología de suelos) y cortes histológicos (paleohistología)
B.1) Preparación de la solución colorante
- Mezclar: ácido pícrico en solución acuosa saturada (100 mL) + rojo de Tiziano en solución acuosa al 1% (7.5 mL)
B.2) Procedimiento:
1) Sumergir la muestra en la solución colorante durante 3-5 minutos.
2) Lavar la muestra con agua corriente 3 minutos
3) Examinar al microscopio: el colágeno se tiñe de color rojo.
1) Hervir el sedimento con NaOH 10% ó KOH 10% para eliminar los ácidos húmicos solubles y disgregar el sedimento.
2) Lavar varias veces con agua destilada.
3) Tamizar para eliminar los restos gruesos.
4) Tratar con HCl 10% para eliminar los carbonatos.
5) Tratar en caliente con HF 60% durante una hora como máximo o en frio con HF 60% hasta 24 horas para eliminar los silicatos (arcilla, diatomeas, etc.).
6) Para hidrolizar la celulosa, tratar en caliente con mezcla de acetólisis: anhídrido acético (9 partes) + ácido sulfúrico (1 parte).
7) Tras neutralizar, teñir el resíduo con fucsina básica o safranina.
8) Montar el resíduo en un medio con un índice de refracción menor al de los granos de polen (1.55), p.ej. aceite de silicona (índice de refracción = 1.4).
El carbono (C) se halla en suelos y sedimentos en forma orgánica e inorgánica. La mayor parte de este C acostumbra a estar en forma de materia orgánica (m.o.) y de carbonatos (CO32-). Prácticamente todos los suelos tienen C orgánico, mientras que los carbonatos solamente están presentes en algunos de ellos. Así, en regiones húmedas, donde el suelo está sujeto a lixiviación, el C está predominantemente bajo forma orgánica; en cambio, en zonas áridas los carbonatos sobrepasan a menudo al C orgánico.
OJO! Hacer todas las pesadas con precisión de 0.0001 g (balanza de precisión)
1) Secar las muestras en la estufa
2) Pulverizar las muestras secas, con mortero manual o eléctrico
3) Para cada muestra, pesar un crisol de porcelana (vacío) sin etiquetar (= p1)
4) Pesar crisol + muestra (= P1)
muestra seca = P1 - p1
5) Etiquetar cada crisol con rotulador
6) Colocar los crisoles sobre una placa metálica
7) Apuntarse el orden en que se ponen los crisoles en la placa metálica (las etiquetas rotuladas desaparecerán con las altas temperaturas del proceso de calcinación)
8) Colocar la placa con los crisoles dentro de un horno de mufla
9) Aumentar gradualmente la temperatura hasta 400°C y dejarlo en esta temperatura hasta que no salgan humos
10) Aumentar la temperatura hasta 560°C (a esta temperatura, no se queman los carbonatos, sólo la materia orgánica)
11) Cuando ya se haya llegado a esta temperatura, dejarlo así durante 3 horas (quedarán las cenizas, la materia mineral)
12) Dejar enfriar los crisoles
13) Pesar crisol + cenizas (= P2)
cenizas = P2 - p1
m.o. en muestra seca = muestra seca - cenizas
% m.o. en muestra seca = (m.o. en muestra seca/muestra seca) x 100
La medida del porcentaje de CaCO3 en un suelo o sedimento se fundamenta en la determinación gasométrica de CO2.
Al atacar una cantidad de muestra con un volumen de HCl, se produce un volumen de CO2, de acuerdo con la ecuación:
CaCO3 + 2HCl -> CaCl2 + H2O + CO2 (gas)
Este volumen gaseoso de CO2 se puede comparar con el volumen de CO2 producido al atacar, con la misma cantidad de HCL, otra muestra de concentración de CaCO3 conocida, del mismo peso que la primera muestra, a igual temperatura y presión atmosférica.
Para la realización de calcimetrías, se acostumbra a utilizar el Calcímetro de Bernard, que se basa en la ecuación de los gases:
(P·V/M·T) = (P'·V'/M'·T')
donde P = presión, V = volumen, M = masa y T = temperatura absoluta.
Material necesario
A) Fungible
- aceite de linaza con petróleo o con percloretileno
- HCl 10%
- CaCO3 químicamente puro
B) Inventariable
- mortero de ágata, manual o eléctrico
- Calcímetro de Bernard
Método
1) Preparar dos erlenmeyers con 0.25 g de CaCO3 químicamente puro en cada uno de ellos (serán las muestras-patrón o estándares nº 1 y nº 2)
2) Triturar las muestras-problema con el mortero de ágata
3) Preparar sendos erlenmeyers con 0.25 g de cada muestra-problema
4) Llenar el tubo manométrico con aceite de linaza + petróleo/percloretileno hasta que, por vasos comunicantes, el nivel del tubo manométrico quede a la altura del cero (¡evitar el derrame de aceite dentro del tubo de goma!)
5) Colocar en la columna el erlenmeyer con el estándar nº 1
6) Llenar la mini-retorta con unos 5 mL de HCl 10% (debe estar en exceso)
7) Enrasar el tubo manométrico a cero del menisco y mantener así la ampolla
8) Colocar la mini-retorta en su lugar de la columna
9) Colgar la ampolla
10) Agitar suavemente el erlenmeyer-columna (2-3 veces) hasta que se haya finalizado la reacción (és decir, hasta que deje de burbujear)
11) Poner la ampolla al mismo nivel que el aceite del manómetro
12) Apuntar el volumen desplazado en el tubo manométrico por el CO2
13) Colocar en la columna el erlenmeyer con la primera muestra-problema
14) Repetir los pasos 6-12 para cada muestra-problema
15) Colocar en la columna el erlenmeyer con el estándar nº 2
16) Repetir los pasos 6-12
17) Cálculo del estándar:
(e1 + e2)/2 = V'
donde ei = volumen desplazado por el CO2 de los estándares nº 1 y 2 (mL)
18) Cálculo de la concentración de CaCO3 en cada muestra-problema (considerando despreciables las variaciones de presión atmosférica y de temperatura a lo largo de las operaciones calcimétricas):
(V/V')·100 = %CaCO3 (peso/peso)
donde V = volumen desplazado por el CO2 de la muestra-problema.
Axial (sección).- Perpendicular al plano de enrollamiento. P. ej., en un Nummulites veremos multitud de círculos concéntricos.
Calcita.- Mineral de carbonato de calcio (CaCO3). Cristaliza en el sistema trigonal. Incoloro (p. ej., el espato de Islandia) o diversamente coloreado. Brillo vítreo o perlado. Muy abundante en la corteza terrestre.
Dolomita.- Mineral de carbonato de calcio y magnesio [CaCO3·MgCO3 = CaMg(CO3)2]. Cristaliza en el sistema trigonal. De color blanco o rosado. Brillo vítreo. Es el principal constituyente de las rocas sedimentarias denominadas dolomías.
Ecuatorial (sección).- Paralela al plano de enrollamiento. P. ej., en un Nummulites veremos una espiral.
Lapeado.- Operación mecánica de acabado superficial de precisión, que elimina las señales que deja el rectificado.
Marga.- Roca sedimentaria constituída por una mezcla de minerales arcillosos y carbonato de calcio. Las margas son intermedias entre las arcillas y las calizas.
Microfósiles.- Fósiles de tamaño microscópico (visibles sólo con el microscopio) o quasi-microscópica (visibles con la lupa binocular): bacterias, diatomeas, protozoos coccolitos, dinoflagelados, radiolarios, foraminíferos, crustáceos ostrácodos, espículas de esponjas, mandíbulas de gusanos, conodontos de peces paleozoicos, otolitos de los peces, dientes de micromamíferos, esporas, polen...
Trigonal (sistema).- Sistema cristalográfico en el cual sus formas se refieren a una cruz axial generalmente de cuatro ejes, o, a veces, de tres.
Allman, M. & D. F. Lawrence: Geological Laboratory Techniques. London: Blandford Press, 1972.
Birks, H. J. B. & H. H. Birks: Quaternary Palaeoecology. Chapter 8: Principles and methods of pollen analysis. London: Edward Arnold, pp. 156-176, 1980.
Briggs, D. E. G. & P. R. Crowther (Eds.): Palaeobiology. A synthesis. Item 6.2: Practical Techniques. Oxford, etc.: Blackwell Scientific Publications, pp. 499-511, 1990 (1992, paperback reissue with corrections).
Dillon, B. D. (Ed.): Practical Archaeology. Field and laboratory techniques and archaeological logistics. Los Angeles: UCLA Institute of Archaeology Publications, 1993 (3rd ed.).
Kummel, B. & D. Raup (Eds.): Handbook of Paleontological Techniques. San Francisco-London: W. H. Freeman and Company, 1965.
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Richter, A. E.: Manual del coleccionista de fósiles. Item: Preparación. Barcelona: Omega, pp. 24-29, 1989.
Vatan, A.: Manuel de Sédimentologie. Paris: Éditions Technip, pp. 383-385, 1967.
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