Entendiendo los procesos pedogenéticos de Necrosol en post

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 10619 (2022) Citar este artículo

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En Arqueología se dedica mucho énfasis a la preservación de los huesos, pero se presta menos atención al suelo del entierro (es decir, Necrosol), a pesar de su papel crucial en el gobierno del entorno geoquímico. La interacción entre los restos humanos y los sedimentos comienza después de la inhumación, dando lugar a cambios fisicoquímicos bidireccionales. Para abordar estos complejos procesos bidireccionales, muestreamos en alta resolución (n = 46) dos entierros de ataúdes de madera post-romanos (uno simple y otro doble), y el paleosuelo coetánea (n = 20; secuencia pedo-sedimentaria cercana). Las muestras se analizaron en cuanto a propiedades físicas (tamaño de grano, color) y químicas (pH; LOI; composición elemental: FTIR-ATR, XRF, C, N). El análisis de componentes principales permitió identificar cinco procesos pedogenéticos principales: descalcificación, melanización, acidificación, neoformación de minerales secundarios (es decir, arcillas) y enriquecimiento en fósforo. La melanización, la acidificación y el enriquecimiento de fósforo parecen ser procesos convergentes en los Necrosoles, independientemente del material original. La descalcificación puede estar restringida a suelos/sedimentos que contienen carbonato. A pesar de que no se menciona en investigaciones anteriores, la formación de arcilla también podría ser un proceso general. En comparación con el paleosuelo coetáneo local, la pedogénesis en los suelos de entierro estudiados fue baja (doble entierro) a moderada (entierro único). Nuestros resultados también enfatizan la necesidad de estudiar las fracciones más finas del suelo, ya que brindan pistas tanto sobre la formación del suelo como sobre la diagénesis ósea.

Necrosol es un valioso archivo de información pre y post mortem. Este término acuñado por Graf1 en 1986 se refiere a los suelos de cementerios y entierros. En la segunda mitad del siglo XX se comenzaron a desarrollar estudios de Necrosol, pero no fue hasta 2004 que se describió por primera vez como: Suelos formados por actividad humana especial en cementerios y cementerios con horizontes edáficos específicos, condiciones físicas, químicas específicas. y propiedades biológicas (pág. 110)2. La formación de necrosol resulta de la interacción del suelo con restos humanos y otros materiales asociados al entierro, siendo clave la presencia de un cuerpo humano y restos óseos que se descomponen/alteran in situ para que este suelo sea nombrado. Los cambios que se producen en el sedimento ocurren tanto a escalas de corto como de largo plazo, en forma concurrente con los procesos tafonómicos del cuerpo3, convirtiéndolo, la mayoría de las veces, en un suelo de rápida formación. Después del entierro, la descomposición de la carne produce compuestos químicos y reacciones fisicoquímicas que modifican el suelo/sedimento circundante. Una vez esqueletizado el cuerpo la alteración persiste por el contacto directo del esqueleto con el suelo/sedimento, involucrando la diagénesis de los huesos y la pedogénesis del Necrosol. Si bien la diagénesis ósea es un tema bien establecido en la agenda de investigación, especialmente en las ciencias arqueológicas4,5,6,7,8, el Necrosol ha sido escasamente abordado.

Dado que los huesos incorporan elementos por absorción y los liberan mediante alteración química, el entorno pedogenético/geoquímico del suelo/sedimento local influye en la conservación de los huesos7. La importancia de identificar la adquisición pre-mortem del cambio post-mortem promovió los primeros estudios sobre suelos de entierros arqueológicos. En 1988, Pate y Hutton9 analizaron el intercambio de elementos químicos entre el hueso inhumado y sus sedimentos asociados. Un año más tarde, Pate et al.10 enfatizaron la importancia de las propiedades geoquímicas de los sitios de entierro y propusieron un protocolo para el muestreo del suelo durante la excavación. También recomendaron tomar muestras de los perfiles de excavación para comparar la química general del suelo del sitio con las condiciones localizadas en áreas más adyacentes a los esqueletos. A partir de la década de 1990, se han publicado más estudios sobre las propiedades fisicoquímicas de Necrosol, principalmente enfocados en las propiedades químicas11,12,13,14 y el contenido orgánico15,16. Los estudios sobre la composición química inorgánica solo se ocupan de unos pocos elementos (ver 17). En Arqueología, tradicionalmente se investigaba el aumento del contenido de fósforo en el suelo como señal de restos óseos o para identificar un lugar de enterramiento18,19,20,21,22,23.

Hoy en día, la investigación de Necrosol se centra en los cementerios actuales24,25,26,27 o fosas comunes de guerra22,28,29,30. La contaminación por metales es motivo de gran preocupación debido al impacto ecológico de los grandes cementerios de inhumación25,28,31. Otra línea de investigación en auge se refiere a los casos forenses32. Experimentos recientes simulan entierros para analizar las propiedades del suelo y la descomposición del tejido animal en condiciones controladas33,34. Los estudios actuales son cada vez más complejos e incluyen un mayor número de elementos químicos 30,35,36, combinándolos con el estudio de la micromorfología del suelo15,37,38 y complementan la investigación de la diagénesis ósea con el análisis del suelo39,40.

Aunque Necrosol ha sido descrito hace más de treinta años, hasta donde sabemos, no existen estudios específicos que aborden sus procesos pedogenéticos. Como afirma Lambert et al.41, existen numerosas investigaciones en la composición química del suelo pero no demasiadas en suelos asociados a huesos inhumados. Para contextos arqueológicos hasta la fecha, no tenemos ni una descripción completa de las propiedades características de Necrosol ni un enfoque estándar para su caracterización. Así, la presente investigación aplica diferentes metodologías, analizando solo características específicas o discutiendo propiedades únicas, la mayoría de las veces como complemento al estudio de restos humanos. Pero comprender la formación de Necrosol tiene un importante significado arqueológico. Como señalan Pickering et al.16, Necrosol es un valioso archivo de información pre y post mortem. Dado que la diagénesis ósea actúa de manera diferente según el ambiente geoquímico (ver resumen en 7), es necesario llegar a una buena comprensión del ambiente Necrosol para poder comprender el contexto arqueológico de las inhumaciones y cremaciones.

Puede ser importante abordar la señal de formación de Necrosol como parte del legado que dejaron, en particular en áreas donde los suelos ácidos predominantes no permiten la preservación de esqueletos. Para abordar estos aspectos, el presente estudio pretende describir la composición característica y pedogénesis de Necrosol a través de un estudio multimuestreo de dos enterramientos post-romanos del NO de España. Para ello, recolectamos y analizamos 46 muestras de dos entierros: uno conteniendo un individuo y otro con dos individuos; ambos originalmente en ataúdes de madera. El muestreo se realizó en dos transectos en cada individuo, transversal y longitudinal; También se recogieron muestras fuera de los entierros. Los tres esqueletos fueron encontrados en posición supina, los entierros estaban orientados de Oeste a Este (Fig. 1). También muestreamos el ciclo inferior del suelo (n = 20) de una secuencia pedo-sedimentaria de referencia ubicada a 10 m de los entierros. La secuencia estuvo compuesta por 3 capas estratigráficas principales, cada una correspondiente a un depósito dunar y, por tanto, dominada por arenas con carbonatos biogénicos. Las dos capas superiores mostraron una transformación pedogenética del suelo débil y la capa inferior mostró una pedogénesis moderada. Este último correspondía a la superficie del suelo coetáneo de los entierros y estaba compuesto por un epipedón enterrado superior (horizonte Ab) y una capa inferior de arenas no alteradas (horizonte C)—en la que se realizaron los entierros. El diseño de muestreo se describe en detalle en la sección "Material y métodos". También discutimos en qué medida el estudio de Necrosol puede ayudar a comprender aspectos de sociedades pasadas y servir como una fuente de información complementaria al estudio de los restos óseos humanos.

(A) y (B) Vista aérea de A Lanzada con el área del entierro marcada por un cuadrado y la ubicación de la secuencia pedo-sedimentaria por una estrella en (B) (A modificado de 42, https://bit.ly/3FwpZrE ;B modificado de 43, https://bit.ly/3BBqxKy). (C) Diseño de muestreo de los enterramientos T1 y T5 (imagen de Aerorec SL & Deputación de Pontevedra modificada de 44). (D) La secuencia pedo-sedimentaria y el muestreo del suelo (puntos amarillos; imagen de Aerorec SL & Deputación de Pontevedra modificada de 44). Las dataciones por radiocarbono están incluidas en (C) y (B).

Las muestras recolectadas fuera de los entierros eran más claras y tenían una tonalidad más alta (arenas de dunas, L*: 71,7 ± 3,2; C*: 12,7 ± 1,8; h: 80,9 ± 1,9) que las muestras recolectadas dentro de los entierros (Necrosol, L*: 61,8 ± 4,4). ;C*: 14,3 ± 0,9;h: 79,1 ± 0,9) (SI_Fig. 1). Sin embargo, ambos tenían un mayor componente amarillo que rojo (amarillo, b*: 13,7 ± 1,2; rojo, a*: 2,5 ± 0,5). Los resultados del análisis de tamaño de grano indican un predominio de fracciones de arena, siendo ~ 85% en Necrosol y más del 95% en muestras fuera del entierro. Además, Necrosol tiene mayor contenido de grava (2,76 ± 1,7 %), arenas finas (22,22 ± 1,5 %) y limo + arcilla (9,79 ± 2,81 %) en comparación con las muestras fuera de los entierros (grava: 1,46 ± 2,14 %; FS: 19,62 ± 3,81%;CS: 2,32 ± 1,62%) (SI_Fig. 1). Los valores de pH reflejan condiciones alcalinas, aunque las muestras de arenas de dunas tuvieron valores mayores (9,3 ± 0,1 en agua, 8,8 ± 0,2 en KCl) que los del Necrosol (8,9 ± 0,2 en agua, 8,3 ± 0,2 en KCl) (SI_Fig. 1) .

Ambos horizontes de suelo del paleosuelo (Ab-C) tuvieron características diferentes. El color del epipedón enterrado (Ab) fue marrón oscuro; siendo a*, b* y cromaticidad mayores (a*: 3,3 ± 0,8; b*: 15,7 ± 1,7; C*: 16,0 ± 1,9) que en las arenas dunares (horizonte C) (a*: 1,7 ± 0,4; b* : 11,2 ± 1,3; C*: 11,4 ± 1,3). Mientras que la luminosidad y tonalidad fueron menores en el Ab (L: 63.5 ± 1.9 y h: 78.0 ± 1.4) en comparación con el horizonte C (L: 75.8 ± 4.0 y h: 81.4 ± 1.12) (SI_Fig. 1). El tamaño de grano mostró un predominio de arenas en ambos horizontes (más del 70%), aunque las arenas medias fueron más abundantes en el horizonte C, mientras que las arenas gruesas y finas fueron más abundantes en el Ab. El contenido de grava fue tres veces mayor en Ab (19,6 ± 6,3%) que en C (6,0 ± 9,7). La diferencia es mucho mayor para el limo + arcilla: el contenido en Ab (6,4 ± 3,3%) es unas diez veces mayor que en C (0,6 ± 0,8%) (SI_Fig. 1). Los resultados de pH indican mayor alcalinidad en C (9.4 ± 0.1) que en Ab (8.9 ± 0.1), siendo el pH muy homogéneo dentro de cada horizonte de suelo.

La composición química se representa en SI_Fig. 1. El LOI de Necrosol (0,68 ± 0,15 %) y el contenido de N (0,03 ± 0,01 %) fueron más altos que los de las arenas de dunas (LOI: 0,37 ± 0,07 %; N: 0,014 ± 0,006 %) (SI_Fig. 1), mientras que C mostró al contrario (Necrosol: 3,36 ± 0,23%; enterramientos exteriores: 3,96 ± 0,51%). En cuanto a los demás elementos, algunos de ellos (ie, S y Si) mostraron concentraciones altas en muestras puntuales, mientras que otros (ie, Al, K o Cr) presentaron concentraciones más homogéneas entre muestras. Las concentraciones de silicio, Ca, Rb, Sr, Zr y U fueron mayores en las muestras fuera de los entierros. En contraste, las concentraciones de P, Cu, Zn y Br fueron más elevadas en las muestras de Necrosol.

En el paleosuelo, los valores de LOI fueron mayores en el horizonte Ab (2,68 ± 0,57%) que en el horizonte C (1,09 ± 0,37%). El nitrógeno mostró una distribución similar (Ab: 0,06 ± 0,02 %; C: 0,022 ± 0,015 %) (SI_Fig. 1), pero el carbono fue menor en el Ab (1,7 ± 0,11 %) que en el horizonte C (4,19 ± 0,66 %). El Ab también presentó mayores concentraciones de Fe, Ti, Ga, Rb, Y, Pb, Th y Br, mientras que el horizonte C presentó mayor contenido de S, Ca y Sr. El contenido de fósforo fue mayor y el contenido de Mn menor en el Necrosol que en el Ab del paleosol.

Los espectros de desviación estándar y promedio, así como el espectro promedio de la segunda derivada se representan en la Fig. 2. Se pueden observar seis áreas principales de absorbancia: 3700–3400 cm−1, 2520–2510 cm−1, 1560–1300 cm −1, 1220–620 cm−1 y < 550 cm−1. Los espectros de desviación estándar muestran que la variabilidad entre muestras es mayor en la región de 1560 a 1300 cm−1, muy alta en las regiones de 1050 a 850 cm−1 y de 600 a 500 cm−1, y de moderada a baja en las regiones de 1200 a 1050 cm−1 y 3700–3600 cm−1. El espectro de la segunda derivada (Fig. 2) permite identificar absorbancias características de los componentes del suelo: cuarzo (1165, 1094, 1080, 798, 777, 693, 460 cm−1), K-feldespato (647, 535, 417 cm−1 ), carbonatos (tanto calcita como aragonito, 2514, 1478–1411, 874, 859 y 712 cm−1) y minerales arcillosos (es decir, caolinita, 3694, 3668, 3647 y 3621, 1030, 1005, 911 cm−1 ); también son probables pequeñas cantidades de mica (1005, 960, 527 cm−1)45,46,47. Absorbancias muy bajas alrededor de 3000–2800 y 1700–1600 cm−1 pueden corresponder a cantidades bajas de materia orgánica del suelo (MOS)45,48,49. Si bien la mayoría de las vibraciones en la región 1200–1050 cm−1 corresponden a absorbancias de minerales de silicato, el espectro de desviación estándar permite identificar un hombro de variabilidad moderada en 1200–1100 cm−1 que puede asociarse a vibraciones de sílice biogénica50, 51,52,53,54.

De arriba a abajo: promedio, desviación estándar y espectros de segunda derivada promedio (invertidos).

Calculamos la diferencia de espectros55 restando el espectro promedio de las muestras de arenas de dunas (horizonte C del paleosol) a los espectros promedio de las muestras Ab, las muestras recolectadas fuera de los entierros y las de T1 y T5 Necrosol (Fig. 3). Se observan diferencias negativas en las regiones 2520-2510 (con un máximo de 2514 cm-1), 1560-1300 (con un máximo de 1411 cm-1), 900-850 (con un máximo de 874 y 859 cm-1) y 720-710 cm- 1 (con un pico de 712 cm−1). Se encuentran diferencias positivas en las regiones 3700–3400, 1400–900, 600–500 y 480–420 cm−1. Las diferencias negativas corresponden a las vibraciones de los carbonatos, mientras que las diferencias positivas corresponden al cuarzo, la arcilla y otros silicatos, y posiblemente también a la MOS (vibraciones de OH alrededor de 3400 cm−1). Las muestras fuera de los entierros no muestran diferencias positivas en la región arcillosa (Fig. 3) y solo bajos valores negativos para la región de carbonatos. Las otras muestras mostraron una tendencia creciente tanto en valores negativos como en valores positivos siguiendo la secuencia: horizonte C → entierros externos → T5 interno → T1 interno → horizonte Ab (Fig. 3).

(A) Espectros promedio del paleosuelo (negro, Ab; amarillo, horizonte C), dentro de T1 (naranja), dentro de T5 (rosa), muestras fuera de los entierros (marrón oscuro). (B) Espectros de diferencia en comparación con las arenas de las dunas, en azul las secciones donde la diferencia es positiva y en gris donde es negativa.

Realizamos un PCA utilizando todos los datos analíticos (parámetros de color, tamaño de grano, reacción del suelo, composición elemental y absorbancias seleccionadas de los datos IR correspondientes a los componentes del suelo) obtenidos para las muestras. Las cargas de las 74 variables individuales están en SI_Tabla 1. Los primeros 5 componentes (73% de la varianza total) contenían al menos una proporción significativa de la varianza de más de una variable y son los que se describen aquí.

El primer componente, Cp1, representó el 48,2% de la varianza y mostró grandes cargas positivas (> 0,7) para caolinita (3694, 3651, 3619, 1029, 1005, 911, 693, 647, 606, 585, 531, 423 cm- 1) y OH (3424 y 3215 cm−1) vibraciones, cromaticidad y componentes de color (a* y b*), indicadores SOM totales (LOI, N), elementos ligados orgánicamente (Br) y elementos metálicos (Fe, Pb , Th, Ti) (SI_Tabla 1). Las cargas positivas moderadas (0.3–0.7) también fueron mostradas por la fracción limo + arcilla, absorbancias IR de silicato (431 cm−1), absorbancias SOM (SOM alifática: 2922, 2879, 2853 y 2842 cm−1), y algunos importantes (Al) y elementos metálicos (Rb, Y, Ga, Cu y Zn) (SI_Tabla 1). Las variables con cargas negativas grandes (< − 0,7) incluyen absorbancias de carbonatos (1478, 1448, 1411, 874, 859, 712 cm−1), absorbancias de sílice biogénica (1247, 1204, 1165, 1142, 1114 cm−1), tono (h) y luminosidad (L*), reacción del suelo (pHw, pHk), C, Ca, S y Sr totales, y arenas medias y finas (SI_Tabla 1). También se encontraron cargas negativas moderadas (-0,43 a -0,65) para absorbancias de cuarzo (1081 y 1094 cm−1) y U.

Cp2 representó el 9,9 % de la varianza total, la arena gruesa y el Zr mostraron una gran carga positiva, mientras que P tuvo una gran carga negativa (SI_Tabla 1). También se encontraron cargas positivas moderadas para muchos elementos (Y, Rb, Mn, Si, Fe, Nb, N, Br, Pb), carbonatos (es decir, aragonito, 859 y 712 cm−1), L*, reacción del suelo (pHw ), y SOM alifática (2922 cm−1). Se encontraron cargas negativas moderadas para los componentes finos del suelo (limo + arcilla), silicatos (cuarzo y caolinita, 532, 449, 431 y 423 cm−1), Ca y Cu (SI_Tabla 1).

Cp3 (9,3 % de la varianza total) está dominado por cargas positivas de cuarzo de grandes a moderadas (1094, 1081, 798, 777, 462, 431 cm−1), SOM alifático (2922, 2879, 2853, 2842 cm−1) , sílice biogénica (1165, 1142, 1114 cm−1), K y Rb. Carbonatos (es decir, calcita y aragonito, 1411, 874, 859, 712 cm−1), arcillas (es decir, caolinita, 3694, 911, 647, 606, 585, 531 cm−1) y S, tienen cargas negativas moderadas (SI_Table 1).

Cp4 (3,5% de la varianza total) no muestra grandes cargas. Se obtuvieron cargas positivas moderadas para Al, Ti, K, Si, U y componentes de color (a*, b* y cromaticidad) y cargas negativas moderadas para Cr, Zn y hue (SI_Tabla_1). Cp5 (2% de la varianza total) está dominado por la anticovariación de Cr, Si y U contra Zn y Fe (SI_Tabla 1).

La Figura 4 muestra las puntuaciones de los componentes de las muestras de los entierros (exterior e interior) y del paleosol. Se encuentran puntuaciones positivas de Cp1 para Ab y la mayoría de las muestras del interior de T1. El horizonte C y las muestras recolectadas fuera de los entierros muestran cargas negativas. Con respecto a Cp2, todas las muestras del paleosuelo tienen puntajes positivos, mientras que casi todas las muestras recolectadas dentro y fuera de los entierros muestran puntajes negativos, con excepción de algunas muestras fuera de los entierros (Fig. 4). Las puntuaciones de Cp3 muestran un aumento de valor desde el horizonte C hasta el epipedón enterrado, para volver a disminuir en la parte superior de este horizonte; las muestras de Necrosol no muestran una tendencia clara, aunque las recogidas en los cráneos tienen grandes puntuaciones negativas mientras que el resto tienen puntuaciones positivas o ligeramente negativas. No se observa ningún patrón para las puntuaciones de Cp4 y Cp5, tanto en el paleosuelo (horizonte Ab y C) como en las muestras de enterramiento (Fig. 4).

Puntuaciones PCA de las muestras analizadas (entierros, Ab-suelo y duna-C horizonte), para los cinco principales componentes principales. Las muestras de entierro han sido agrupadas de acuerdo al lugar donde fueron tomadas (fuera del entierro), el transecto (lg longitudinal) y la región anatómica (sk cráneo, sh hombros, pel pelvis) con las que se relacionaron.

Los componentes principales extraídos representan las cinco señales geoquímicas principales que caracterizan el paleosuelo (horizontes Ab-C; Arenosol), el Necrosol y las muestras fuera de los entierros (es decir, correspondientes al horizonte C del Arenosol) (ver Fig. 5) . Los resultados indican que los primeros tres componentes son los que capturan las principales diferencias entre el Necrosol de los entierros y el suelo contemporáneo, mientras que los otros dos parecen reflejar heterogeneidad a pequeña escala en la distribución de ciertos componentes del suelo (es decir, mica y metales). ).

Diagrama de la pedogénesis del Necrosol comparada con la del epipedón enterrado del Arenosol.

El primer componente principal, Cp1, es el que da cuenta de un mayor número de propiedades del suelo. Las propiedades con cargas positivas están esencialmente relacionadas con el enriquecimiento en minerales secundarios (fracciones de caolinita y limo + arcilla), MOS (MOS total, N, MOS alifáticos) (SI_Tabla 1) y cambios en la reacción del suelo (es decir, pH). Las propiedades con cargas negativas están relacionadas con la abundancia de carbonatos biogénicos (calcita, aragonito, C, Ca y Sr) y sílice biogénico. Por lo tanto, el componente refleja los principales procesos pedogenéticos que ocurren en el palesol y el Necrosol (Fig. 5): descalcificación (es decir, meteorización de carbonatos biogénicos), melanización (acumulación de SOM) y neoformación de minerales secundarios (es decir, formación de arcilla) (ver 56). La progresión de la pedogénesis también está acompañada por cambios en otras propiedades del suelo, como una disminución en la luminosidad y el tono del suelo, y un aumento en la cromaticidad (y tanto enrojecimiento como amarillento), aumento de la acidez del suelo (es decir, pH más bajo) y aumento de las concentraciones de metales y elementos ligados orgánicamente (Al, Fe, Ti, Rb, Cu, Ga, Y, Pb, Zn, Br) (SI_Tabla 1). El carbono, generalmente relacionado con el contenido de N en el suelo debido a que ambos son constituyentes básicos de la MOS, aquí se desvincula del contenido de MOS porque el C inorgánico de los carbonatos biogénicos (p. ej., de las conchas) domina la reserva de C. De manera similar, S parece ser más dependiente de los carbonatos biogénicos que de la SOM.

Las puntuaciones de Cp1 pueden tomarse como una medida del grado de pedogénesis: las cargas negativas indican que no hay evolución pedogenética o solo una leve y las cargas positivas indican una evolución pedogenética más intensa. Las arenas de las dunas (horizonte C del paleosuelo y muestras recolectadas fuera de los entierros) tienen una composición muy similar y las puntuaciones negativas más altas. Esto indica pedogénesis nula o débil, hecho que significa que ambos son material parental del horizonte Ab y del Necrosol respectivamente. El paleosuelo muestra la evolución típica en los perfiles de suelo de transformación pedogenética creciente desde el material original hasta el epipedón (es decir, el horizonte Ab, en nuestro caso) (Fig. 5). Los valores más bajos en las dos muestras superiores del paleosuelo se deben a la transición al ciclo de dunas suprayacentes que enterró el epipedón (Fig. 4).

Las puntuaciones de Cp1 muestran una variación mucho menor en Necrosol, lo que sugiere un menor grado de pedogénesis que el encontrado para Ab; pero se pueden observar claras diferencias (Fig. 4). En T1 los valores son casi todos positivos, mientras que en T5 los valores son casi todos ligeramente negativos. La intensidad de la pedogénesis en T1 es comparable a la de la mitad inferior del Ab, y en T5 es comparable a la observada en la transición entre el horizonte C y el Ab (Fig. 4). En T1, las muestras recolectadas en el transecto de hombros muestran la pedogénesis más débil. No se encontraron diferencias claras en T5. Debemos tener en cuenta que si bien las transformaciones pedogenéticas pueden ser similares entre el Arenosol y el Necrosol, el origen de ambos suelos no es similar. En el primer caso se trataba de una capa superficial, mientras que el Necrosol es siempre una capa enterrada que contiene un cuerpo en descomposición/alteración (Fig. 5). Nuestros resultados apuntan a la convergencia pedogenética dado el mismo material parental.

Comparando los principales procesos pedogenéticos que ocurren en el Necrosol estudiado por nosotros con otros alrededor del mundo, todos comparten procesos similares. Aunque el nuestro es el primer estudio del Necrosol que utilizó color cuantitativo (con un colorímetro), también se ha encontrado melanización en estudios anteriores. Fiedler et al.22 y Majgier y Rahmonov12 registraron colores más oscuros en el Necrosol usando la escala de Munsell (a ojo humano). Otros autores solo indican que el Necrosol es de color oscuro16,36. El color oscuro del Necrosol se puede observar en la forma rectangular alrededor de los esqueletos, y el hallazgo de clavos de hierro en los bordes, que apuntan al uso de ataúdes de madera.

La alcalinización de los Necrosoles ha sido sugerida como un factor clave para la preservación de los restos óseos5. Sin embargo, todas las muestras de los entierros (T1 y T5) son menos alcalinas que las del material parental (horizonte C), lo que apunta a algún grado de acidificación -como ocurre en el Ab del paleosuelo. Aunque la meteorización química de los huesos puede contribuir a la alcalinización del suelo, la acidez generada por el enriquecimiento en materia orgánica puede contrarrestar el efecto a través de la meteorización química intensa y la lixiviación del carbonato biogénico (es decir, la descarbonatación). Este proceso parece haber sido algo más intenso en la zona torácica del individuo L006, lo que podría estar relacionado con su descomposición más confinada (ver apartado "Material y métodos"). Aquí, la materia orgánica pudo haber provocado una mayor acidificación del suelo en contacto con este esqueleto. La acidificación del Necrosol ha sido observada por otros investigadores11,12,13,30,57 en suelos originalmente alcalinos, y también se relacionó con el aumento de materia orgánica y la disminución del contenido de calcio (descalcificación). Para aproximarnos a la influencia del pH del suelo en la conservación de los huesos, se debe determinar también en el suelo previo al entierro o muestreando áreas aledañas, ya que el pH del Necrosol está muy influenciado por el intercambio suelo-esqueleto a lo largo del tiempo.

El enriquecimiento en metales ha sido descrito en otras investigaciones28,35,36,57, en las que se encontró un incremento de Al, Fe, Pb, Zn y Rb en ​​los Necrosoles. Keeley et al.58, Amuno & Amuno28 y Charzyński et al.57 encontraron mayores concentraciones de Cu dentro de los entierros. Sin embargo, Charzyński et al.57 y Pankowská et al.35, en investigaciones de Necrosoles con restos cremados de campos de concentración nazis, sugirieron que las concentraciones de Cu podrían responder a otros procesos post-deposicionales.

En nuestro estudio, el enriquecimiento en metales y elementos asociados con la materia orgánica (es decir, N y Br) se acompaña de un aumento de las fracciones finas (es decir, limo y arcilla) del suelo. La mayoría de los elementos metálicos están enriquecidos en las fracciones finas de suelos y sedimentos59,60,61. Hasta la fecha, no se ha prestado mucha atención a las diferencias en el contenido de fracciones de limo y arcilla dentro y fuera de los entierros. Hasta donde sabemos, sólo nuestra investigación previa en Álvarez-Fernández, et al.62 analizó la fracción limo y arcilla aparte de la tierra fina. En este estudio, alentamos el análisis de fracciones finas, cuando se estudian suelos arenosos/sedimentos en particular, ya que son los más reactivos y tienen el mayor potencial para contener información sobre la interacción entre los cuerpos enterrados y el ambiente del entierro. Sin embargo, este es el primer estudio en el que se observa un enriquecimiento en limo y arcilla en el interior de los entierros.

El segundo componente principal está dominado por la distribución inversa de arenas gruesas y Zr (probablemente reflejando el contenido en zircón) con respecto al contenido de P. Este componente explica las grandes diferencias entre el Arenosol y el Necrosol (Fig. 4). El Necrosol está enriquecido en P y muestra un predominio de tamaños de grano más pequeños que el Arenosol. Así, el enriquecimiento de fósforo parece ser un proceso específico que ocurre en el Necrosol (Fig. 5), que ciertamente está relacionado con la meteorización química de los restos humanos (tanto tejidos blandos como óseos). También se observan diferencias entre enterramientos, ya que T1 muestra un mayor enriquecimiento que T5. Al igual que para la intensidad de la pedogénesis, en T1 el menor enriquecimiento de P se observa en el transecto de hombros, mientras que la distribución es más homogénea en T5. Es algo sorprendente que el entierro que contiene dos individuos y, por lo tanto, más masa corporal inicial para la liberación de P, tenga concentraciones promedio de P más bajas que el entierro con un solo individuo. Dos aspectos complementarios deberían explicar este resultado: (1) T1 es un ambiente más confinado y una mayor proporción de los productos de descomposición del cuerpo pueden haberse acumulado dentro del área de entierro; (2) el individuo enterrado en T1 era una mujer senil (> 60 años), afectada por osteoporosis relacionada con la edad, lo que puede haber resultado en un mayor desgaste químico óseo.

El fósforo es un elemento tradicionalmente utilizado en Arqueología Ambiental para detectar la presencia de actividad humana63,64,65,66 y para identificar enterramientos19. Aunque existen otros elementos que el ser humano transfiere a los suelos, el fósforo es el menos susceptible de cambio y lixiviación, y por lo tanto perdura en el tiempo67,68. Para los entierros, el fósforo y el calcio son los elementos principales del componente mineral óseo (es decir, hidroxiapatita) que se liberan al suelo circundante debido a la alteración ósea. El proceso subyacente a Cp2 es probablemente el resultado de esta liberación, como lo muestra la correlación entre fósforo y calcio y limo + arcilla. La correlación con el calcio podría explicarse porque cuando el fósforo se libera en el suelo se une al calcio, al hierro o al aluminio para formar compuestos inorgánicos estables67. Sin embargo, solo vemos una correlación con el calcio y no con el hierro y el aluminio, muy probablemente debido a la naturaleza alcalina del material original66 y la amplia disponibilidad de calcio. Estos compuestos ayudan a mantener el fósforo en el suelo, pero también se ha documentado que en suelos arenosos, como el Necrosol estudiado aquí, se produce lixiviación. ¿Qué tiene de diferente el Necrosol que permite que el fósforo persista? El componente más probable responsable de esto es la fracción más fina del suelo (es decir, la arcilla), que es la más reactiva. Numerosos estudios describen el enriquecimiento de fósforo en los Necrosoles12,14,22,28,35,36 y parece una característica específica importante de la pedogénesis de los Necrosoles.

El componente Cp3 capta una señal pedogenética relacionada con la acumulación de minerales resistentes y compuestos SOM resistentes que es más intensa en el Necrosol que en el Arenosol. En el paleosuelo se observa una clara tendencia (Fig. 4) de acumulación creciente de minerales resistentes y SOM desde el horizonte C hasta la parte superior del Ab—a excepción de las dos muestras superiores, por razones ya comentadas en el grado de pedogénesis (Fig. 4). Esta tendencia es consistente con un aumento en el grado de pedogénesis. Pero, mientras que Ab muestra valores positivos bajos, las puntuaciones de Cp3 en los suelos de los entierros son mayores tanto fuera como dentro del entierro, excepto para las muestras tomadas dentro y alrededor de los cráneos (T1 y T5) y el transecto de la pelvis (de T1). Este enriquecimiento secundario en SOM alifática, que es más resistente a la degradación biológica que otros compuestos orgánicos (como proteínas y polisacáridos), probablemente esté relacionado con la descomposición de los tejidos blandos del cuerpo y de los ataúdes de madera. En esta etapa, no tenemos una explicación adecuada para el enriquecimiento secundario en minerales resistentes en los entierros. Pero no podemos descartar que se derive de las operaciones de excavación y enterramiento en época posromana: mezcla de capas de arena, depósito de materiales externos en las arenas de las dunas mientras los enterramientos estaban abiertos, etc.

Los componentes Cp4 y Cp5 están relacionados con el contenido en algunos minerales (probablemente micas) y metales (Zn, Fe, Cr, U). Aunque las puntuaciones tienden a ser negativas dentro de los entierros, lo que refleja un contenido algo más bajo de mica, Cr y U, pero un contenido más alto de Zn y Fe, los patrones de distribución no son claros y pueden reflejar una heterogeneidad a microescala en la composición del suelo/sedimento. y en las condiciones geoquímicas que impulsan la liberación, movilidad y acumulación de los elementos metálicos (ver por ejemplo7).

Esta investigación tuvo como objetivo caracterizar la pedogénesis y composición de Necrosol en dos entierros de la época posromana (siglo VI d.C.). Nuestros resultados aportan información sobre los cinco procesos principales que tuvieron lugar: descalcificación, acidificación, melanización, neoformación de minerales secundarios y enriquecimiento en fósforo. Como resultado de estos procesos el Necrosol adquiere unas características que lo describen como de color más oscuro, menor alcalinidad y mayor contenido de partículas finas, materia orgánica y fósforo. Traducida a información arqueológica, comparando la composición química del Necrosol y la del suelo circundante determinamos que estas dos inhumaciones de A Lanzada se excavaron en la duna y se utilizó el mismo material para cubrir los ataúdes de madera; por lo tanto, no hubo reacondicionamiento del sitio de entierro. La descomposición de los ataúdes de madera y de los cuerpos de los individuos junto con la diagénesis ósea desencadenó la formación del Necrosol.

Aunque muchos estudios señalan el aumento del contenido de fósforo como un aspecto clave de los suelos de las necrópolis, nuestro estudio revela que también se deben considerar otros procesos pedogenéticos. La melaninización y la acidificación son muy características del Necrosol de los entierros estudiados pero también del epipedón enterrado (Ab), lo que apunta a un proceso común del suelo relacionado con el aumento de la MOS. El mayor contenido de fósforo y el aumento de metales parecen estar relacionados con la diagénesis de los esqueletos; en consecuencia, esperaríamos que ocurrieran los mismos procesos cuando el suelo está en contacto con el hueso. Cada proceso pedogenético por separado se puede observar en otros tipos de suelo, pero su combinación junto con la acumulación de minerales resistentes y compuestos resistentes de MOS son, en nuestra opinión, la clave para describir un Necrosol en materiales parentales arenosos. Aunque nuestros resultados son prometedores y brindan una explicación adecuada para otras observaciones realizadas en la literatura, se necesitan más estudios que consideren diferentes marcos cronológicos y materiales originales para comprender mejor la formación de Necrosol. Nuestros hallazgos sugieren que el estudio del Necrosol complementa la caracterización de los restos humanos, siendo ambos relevantes para comprender el ritual funerario.

El yacimiento de "A Lanzada" (Noalla, Sanxenxo) se encuentra en la provincia de Pontevedra, NO de España (UTM 51023814X; 4697448.14Y) (Fig. 1). Ha sido objeto de numerosas campañas arqueológicas desde la década de 1950, la última en 2016-201744. Los restos arqueológicos apuntan a una amplia cronología de ocupación desde el siglo VIII aC (Edad del Bronce Final) hasta el siglo X dC (Edad Media)69,70,71,72. Uno de los elementos arqueológicos más destacables del yacimiento de A Lanzada es su necrópolis (Fig. 1), con dos recintos funerarios bien delimitados datados en época romana y posromana72. La última campaña arqueológica (2016-2017) se centró en la zona Este del sitio (Fig. 1) en la que, junto a una casa de tamaño monumental (posible edificio religioso), se excavaron dos entierros (por OLC y AMC): T1, con un individuo (L01), y T5, con dos individuos (L06 y L07) (Fig. 1). L01 era una mujer en edad senil (L01, > 60 años), mientras que L06 era un adolescente varón (13-20 años) y L07 un varón maduro (40-60 años). Los tres esqueletos fueron enterrados en arenas de dunas y se observó un patrón de forma rectangular de color marrón claro incrustándolos (Fig. 1). Este hecho, junto con la presencia de clavos de hierro y ligeros desplazamientos en las articulaciones de las uniones, ha sido interpretado arqueológicamente ya que fueron enterrados en ataúdes de madera. Como puede verse en la Fig. 1, los esqueletos se encontraban en posición supina con las piernas estiradas. L001 está orientado de oeste a este con los brazos estirados a lo largo del cuerpo. L006 también estaba orientado de oeste a este con los brazos estirados y las manos sobre el área pélvica. L007 estaba orientado de este a oeste y sus brazos estaban cruzados sobre el abdomen. La descomposición del espacio abierto es notable en L001 y L007 debido a la rotación de los huesos coxales y la cabeza de los fémures. El esqueleto de L006 está más confinado contra el lateral del ataúd y la mayoría de sus articulaciones no rotan.

Recolectamos 46 muestras dentro de ambos entierros, utilizando un diseño de muestreo múltiple organizado en dos transectos, longitudinal y transversal, a lo largo de cada individuo. También se tomaron muestras adicionales (5) del interior del cráneo y del área del hueso innominado (Fig. 1). Para contextualizar la evolución del sitio, también se recolectó una secuencia pedo-sedimentaria (SQ1) (Fig. 1), ubicada a 10 m del área de entierro. Para este estudio seleccionamos 20 muestras de suelo (5 cm de espesor) correspondientes al suelo (es decir, paleosol) contemporáneo de los entierros. Las muestras seleccionadas comprenden dos horizontes: (1) un epipedón enterrado (Ab) que representa la superficie del suelo que estaba en uso cuando se excavaron los entierros, (2) las arenas de las dunas o material parental subyacente (horizonte C), que representan la capa donde se colocaron las inhumaciones. En un trabajo anterior7, hemos clasificado los suelos del yacimiento arqueológico como Arenosol Háplico (calcárico)73.

Para determinar la cronología del paleosol y de los enterramientos se realizó la datación por 14C. Se analizó una muestra de suelo (fracción limo + arcilla) de la secuencia (SQ1.S27) y dos muestras de colágeno de costillas izquierdas de los individuos L01 y L06. Los resultados se presentan en la Fig. 1 y SI_Tabla 2 e indican que los individuos fueron enterrados a fines del siglo VI d.C. y que el epipedón enterrado pudo haber comenzado su formación en el siglo I d.C.

Todas las muestras (tierra fina, < 2 mm) se analizaron en cuanto a propiedades físicas (tamaño de grano, color) y químicas (pH, LOI, composición elemental: C y N, XRF, FTIR-ATR). El análisis del tamaño de grano se realizó utilizando un juego de tamices para determinar el porcentaje de arena gruesa (2–0,5 mm), arena media (0,5–0,2 mm), arena fina (0,2–0,05 mm) y limo + arcilla (< 0,05 mm) . La reacción suelo/sedimento (pH) se midió en suspensiones de agua (pHw) y KCl (pHKCl) (proporción 1:2,5) con un pHmetro74. El color se midió con un colorímetro CR-5 Konica Minolta, utilizando el espacio de color CIELab que proporciona cinco parámetros: L* (luminosidad), a* (componente verde-rojo), b* (componente azul-amarillo), C* (cromaticidad ) y h (tono). Se obtuvo la pérdida por ignición (LOI) para estimar el contenido de materia orgánica del suelo, calentando las muestras a 105 °C durante 24 h y luego incinerándolas a 550 °C durante 5 h en una mufla. El contenido de carbono y nitrógeno se midió utilizando un analizador LECO-TruSpec CHNS; mientras que las concentraciones de P, S, Si, Al, Fe, Ti, K, Ca, Ga, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, Pb, Th, U y Br fueron determinado por fluorescencia de rayos X. Los equipos XRF utilizados se calibraron con materiales de referencia estándar y ambos están alojados en las instalaciones de RIAIDT de la Universidade de Santiago de Compostela, España. Los límites de cuantificación fueron 0,01% para elementos mayoritarios (Si, Al, Fe, Ti, K y Ca), 100 μg g−1 para P, S y Mn, 1 μg g−1 para Ga, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Cu, Zn, Th, Ni, Cr, U y Br; para la cuantificación de Pb el límite fue de 0,5 μg g−1.

Los espectros se adquirieron en muestras finamente molidas, en la región del infrarrojo medio (MIR) (4000–400 cm−1) mediante reflectancia total atenuada (ATR), utilizando un espectrómetro Agilent Technologies Cary 630. La resolución se fijó en 4 cm−1 y cada espectro es el promedio de 200 escaneos. El equipo se limpió a fondo antes de cada medición y se recolectó un fondo antes de cada muestra. Los espectros promedio, de desviación estándar y de la segunda derivada y la identificación de los picos (basados ​​en el espectro de la segunda derivada) se obtuvieron con {andurinha} R package75. La asignación de compuestos relacionados con vibraciones y clases se basa en la literatura (ver referencias en la sección "Enriquecimiento secundario en minerales resistentes y SOM"), considerando las limitaciones impuestas en la interpretación IR de muestras complejas49,76,77,78.

El análisis de componentes principales (PCA) se realizó sobre el conjunto de propiedades analizadas (74 variables en 66 muestras), en modo de correlación y utilizando una solución no rotada. Se corrió ANOVA de un factor sobre las puntuaciones de los componentes, agrupando según los diferentes grupos que representan suelos/horizontes (dentro y fuera de los entierros, epipedón enterrado y arenas dunares). Dado que los datos de tamaño de grano y las concentraciones elementales son un caso de datos cercanos79, aplicamos una transformación de relación logarítmica centrada (clr) antes de los análisis estadísticos80. Los análisis estadísticos se realizaron con el software R81 (paquete {andurinha}75) y SPSS Statistics 23.

Todos los datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en este artículo publicado en los archivos complementarios.

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La presente investigación ha sido financiada por el "Estudio de esqueletos humanos y secuencias edafosedimentarias de la riada de A Lanzada (2017-CP035)" de la Diputación Provincial de Pontevedra. Agradecemos a la Deputación de Pontevedra, al Museo de Pontevedra ya la Dirección Xeral de Patrimonio da Xunta de Galicia por facilitar el acceso a las muestras arqueológicas de suelo. Un agradecimiento especial al director de la campaña arqueológica Rafael Rodríguez Martínez por su apoyo en todos los estudios relacionados con A Lanzada. Este proyecto está financiado por Grupos de Referencia Competitiva (ED431C 2021/32) de la Xunta de Galicia. Los autores desean agradecer el uso de las instalaciones analíticas de la RIAIDT-USC. ZGL está financiado por la Diputación provincial de A Coruña. NAF está financiado por el proyecto Fomento de la actividad investigadora del personal investigador finalista en las convocatorias H2020 by GAIN ERC axudas (2021-CP052). OLC está financiado por Ramón y Cajal 2020 (RYC2020-030531-I), proyecto JIN (PID2019-111683RJ-I00) del Ministerio de Ciencia e Innovación de España y Beca Leonardo a Investigadores y Creadores Culturales 2020 (2020-PO048) de la Fundación BBVA.

CRETUS, EcoPast (GI-1553), Universidad de Santiago de Compostela, 15782, Santiago de Compostela, España

Zaira García-López, Antonio Martínez Cortizas & Noemi Álvarez-Fernández

CRETUS, EcoPast (GI-1553), Área de Arqueología, Departamento de Historia, Universidad de Santiago de Compostela, 15782, Santiago de Compostela, España

Olalla López-Costas

Laboratorio de Investigación Arqueológica, Universidad de Estocolmo, Wallenberglaboratoriet, 10691, Estocolmo, Suecia

Olalla López-Costas

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ZGL, AMC, OLC contribuyeron a la concepción y diseño de la obra. ZGL, AMC, NAF y OLC contribuyeron a la adquisición de los datos. ZGL, AMC, OLC contribuyeron al análisis e interpretación de los datos. ZGL, AMC, NAF y OLC contribuyeron al borrador y lo revisaron.

Correspondence to Zaira García-López.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

García-López, Z., Martínez Cortizas, A., Álvarez-Fernández, N. et al. Understanding Necrosol pedogenetical processes in post-Roman burials developed on dunes sands. Sci Rep 12, 10619 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-14750-5

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Recibido: 08 marzo 2022

Aceptado: 13 junio 2022

Publicado: 23 junio 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-14750-5

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