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  阿爾塔米拉洞穴大約有300米長,由一系列扭曲的通道和洞窟構成。主通道高2至6米,洞穴形成原因是喀斯特作用。  考古學發現洞穴中的壁畫為梭魯特文化(公元前18,500年)和馬格德林文化(公元前16,500年-公元前14,000年)的遺蹟。兩種文化都屬於舊石器時代。這兩者之間的時期,洞穴顯然是野生動物的棲息地。約13,000年前,落石封閉了洞穴的入口,使得洞穴被保留下來直到被發現。  儘管整個洞穴都分佈著壁畫,但人類居住的地方僅限於洞穴口。壁畫創作者用木炭、赭色和赤鐵礦來繪畫,通過對顏料的稀釋來產生強度變化和明暗對比。他們還利用洞壁的自然輪廓使繪畫產生立體效果。著名的大窟頂繪有一群不同姿勢的已滅絕的西伯利亞野牛(也稱草原野牛),兩匹馬,一頭鹿和一頭野豬。  在西班牙北部許多洞穴也包含其他舊石器時代的藝術,但沒有一個像阿爾塔米拉洞這樣複雜而豐富的遺蹟幸運地存留下來給世人。在法國的肖維巖洞(Grotte Chauvet)同樣有繪有上千幅史前複雜而豐富的技法成熟壁畫,證實可追溯至距今3萬6千年前的上二期人類文明時期。

  1879年,業餘考古學家馬塞利諾·桑斯·德·桑圖奧拉帶著他八歲的女兒瑪麗亞發現了洞穴中的壁畫。後來洞穴經過桑圖奧拉和馬德里大學考古學家胡安·比拉諾瓦·彼拉(Juan Vilanova y Piera)的發掘後,於1880年對外發表並稱是舊石器時代的壁畫。以加布裡埃爾·德·莫爾蒂耶(Gabriel de Mortillet)和埃米爾·卡爾達伊拉(Emile Cartailhac)為首的法國專家堅決的否定了桑圖奧拉和彼拉的研究成果。由於壁畫藝術品質極高,儲存狀態也十分完好,一部分人因而心生猜疑,指控桑圖奧拉指使畫家偽造了壁畫。  1902年,隨著對其他史前繪畫的不斷髮現和研究,證實了阿爾塔米拉壁畫確實是史前人類的遺蹟,學術界才同意了桑圖奧拉的結論。而此時桑圖奧拉早已在14年前(1888年)去世。  其後對洞穴進行了進一步的挖掘工作,分別由Hermilio Alcalde del Río在1902年至1904年間,德國人雨果·奧伯邁爾(Hugo Obermaier)在1924年至1925年間,最後由華金·岡薩雷斯·埃切加賴(Joaquín González Echegaray)在1981年進行。  科學家也在繼續評估阿爾塔米拉石窟藝術的具體年齡。2008年,研究人員利用鈾釷定年發現,畫作的創作期間長達2萬年,並不是在相對短暫的時期內完成。2012年,進一步鈾釷定年研究結果發現部分藝術品十分古老,有的已經存在了35600年。

  在20世紀60年代和70年代,壁畫因大量遊客帶來的二氧化碳而被損壞。1977年阿爾塔米拉洞穴完全向公眾關閉,在1982年又有限的開放。每天只允許很少的遊人進入,等待參觀名單已經排到三年以後。2001年Manuel Franquelo和Sven Nebel在附近建成了一個洞穴複製品和博物館,再現了洞穴和其中的藝術品。  其他有阿爾塔米拉洞穴複製品的還有相鄰的國家博物館和研究中心,包括位於馬德里的西班牙國立考古博物館、德國慕尼黑的德意志博物館和日本。  2002年,洞穴被再次關閉。2014年1月18日,在經過討論後洞穴又開始有限的允許公眾進入,以衡量人類的存在對繪畫的影響。

  阿爾塔米拉洞穴繪畫在西班牙文化中十分流行。坎塔布里亞自治區政府為促進旅遊業設計的標誌為這個洞穴畫中的一個野牛的形象。BISONTE(西班牙語為“野牛”),是20世紀西班牙的香菸品牌,其標誌為一箇舊石器時代風格野牛的身影。  2007年,它被選為西班牙12大寶藏之一,由廣播公司Antena 3和COPE進行的競賽。  2016年,英國導演休·哈德森(Hugh Hudson)發行了電影“阿爾塔米拉”(Altamira)(在西班牙境外稱為“尋找阿爾塔米拉”),講述洞穴的發現,安東尼奧·班德拉斯(Antonio Banderas)以及馬克·諾普弗勒(Mark Knopfler)的音樂。  西班牙漫畫人物及系列《Altamiro de la Cueva》,創作於1965年,藉助了阿爾塔米拉洞穴的名氣。該系列漫畫描繪了一群史前穴居人的冒險故事。  標誌性的野牛形象也被用於蘇格蘭作家哈爾·杜坎(Hal Duncan)的詩歌集《Songs for the Devil and Death》的封面。  González Echegaray, J.. (2007/2008). "Balance sobre el Magdaleniense III en la Costa Cantábrica" (PDF) (24-25): 483-492. ISSN 0213-2095. Visitado em 6 de maio de 2012.</ref> Lasheras, José Antonio. (Jan-Feb-Mar 2002). "Dossier : “La Altamira del siglo XXI” (El nuevo museo y centro de investigación de Altamira)" (PDF): 22-28. Fundación del Patrimonio Histórico de Castilla y León. ISSN 1578-5513. Visitado em 2 de maio de 2012. ias): Servicio de publicaciones de la Universidad de Cantabria, 1996. Capítulo: Hugo Obermaier en el contexto de la Prehistoria cántabra : una
阿爾塔米拉洞()位於西班牙北部的坎塔布里亞自治區首府桑坦德市以西30公里的桑蒂利亞納戴爾馬爾小鎮。洞內有距今至少12000年以前的舊石器時代晚期的人類原始繪畫藝術遺蹟。石洞壁畫繪有野牛、猛獁等多種動物。