An eighteenth century tunnel as possible archive for palaeoclimate studies

The former Silva Lake (present “Pian del Lago”, Siena, Italy) developed during late Quaternary and formed as a poljie on the Triassiclimestones. The depression, nowadays completely drained, is N-S oriented, 4.5 km wide and 12 km long. The lake never exceeded 6m in depth, and it was mainly a grassy swamp during the dry season. The lake depression is filled with 20 to 30 m of a reddish siltyclayeysuccession. Starting from the Middle Age till late 18th century, the shallow waters of the lake and the humid area around actedas a swampy area infested by malaria.In 1766 a Sienese nobleman, Francesco Bindi Sergardi drained the lake excavating a drainage 2124m-long tunnel in Triassic limestonesto connect the Silva Lake with the closeby Rigo Creek. However, quite often the tunnel was filled with debris and the lake swampedup again. In 1780 Pietro Leopoldo Grand Duke of Tuscany definitively reclaimed the Silva Lake and completed the construction ofthe drainage tunnel by paving and extending it for an additional 197 m. Since then, the tunnel is called the ”Canale del Gran Duca”.The entrance altitude of the canal is at 252 m a.s.l., and the exit is at 247 m a.s.l. The altitude difference is therefore of 5 m, and thecanal floor has a slope of 0.2 %.The canal is for the most part paved but, in places, solid walls of Triassic limestone are still visible. Diffuse karst features are forminglocally. Stalactites have lengths varying from 5 to 10 cm, and flowstones occur along the tunnel walls. The presence of these speleothemshas allowed geochemical investigations to establish climatic variations of the last two centuries. The tunnel was probablycleaned and well maintained for sometime after its construction (1780), and it is likely that all the remaining speleothems have developedin the last two centuries with an estimated growth of a 0.5/6 mm per year. A petrographic investigation of a well laminated flowstonewith a parasitic stalagmite has been undertaken to determine the growth mechanisms. Oxygen and carbon isotope data (d18Oand d13C values) were used as indirect proxies for palaeoenvironmental reconstructions. Preliminary, data show significant variationsalong the axis of the flowstone possibly related to environmental and climatic variations within and above the “canale”.

L’attuale Pian del Lago, ubicato circa 5 km a nord di Siena, si è sviluppato durante il Quaternario nei calcari triassici della SerieToscana non metamorfica (noti anche come Calcare Cavernoso), come un lago di natura carsica (polje). Il lago (Lacus Silva), oggi completamenteprosciugato, orientato N-S, largo 4.5 km a lungo 12 aveva una profondità massima di circa 6m ed era utilizzato dalla vicinacittà di Siena come riserva di pesca/caccia e di legno. La modesta profondità del lago faceva sì che nella stagione secca questo si prosciugassequasi completamente diventando un acquitrino maleodorante infestato dalla malaria. Le cronache senesi del XVIII secoloparlano dei miasmi che raggiungevano la città, soprattutto durante l’estate. Nel 1776 un nobil uomo Senese, Francesco Bindi Sergardi,pressato dai continui appelli dei cittadini, decise di prosciugare il Lago Silva, bonificandone così l’area circostante. Il progetto prevedevala costruzione di una galleria lunga 2124 m da scavare nei calcari triassici, che collegasse il lago con il Torrente Rigo. Il progetto funzionòsolo parzialmente: il canale spesso si riempiva di detriti e il lago si impaludava di nuovo. Solo con l’intervento del Gran DucaPietro Leopoldo di Toscana, nel 1780, che pavimentò e allungò il canale, il Lago Silva fu definitivamente prosciugato. Da allora il canaleviene chiamato Canale del Gran Duca. Il canale parte da una quota di 252 m slm e la sua uscita si trova a 247 m. La differenza di altitudineè di 5 m con una pendenza dello 0.2%. Il canale è per la maggior parte rivestito di mattoni; solo in alcuni tratti è visibile il calcare.Molto diffusi sono i fenomeni carsici in formazione sia sulla volta (stalattiti di lunghezza compresa tra i 5 ed i 10 cm, vele), sia sullepareti (depositi di scorrimento di acqua - flowstones) che sul fondo (piccole vasche). La presenza di queste concrezioni (speleotemi) hapermesso di condurre alcune analisi geochimiche sugli isotopi del C e dell’O e di capire se le concrezioni presenti nel canale potesseroessere usate come sistema di riferimento per lo studio delle variazioni climatiche degli ultimi due secoli. Il Canale del Gran Duca fu pulitoe ben mantenuto negli anni successivi alla sua costruzione. Pertanto, tutte le concrezioni presenti nel suo interno non sono più vecchiedi circa 200 anni. Il tasso di crescita massimo stimato è di 0.5/0.6 mm per anno. È stata condotta un‘analisi di dettaglio su di unsingola concrezione di flusso con associata una stalagmite parassita. L’analisi petrografica ha mostrato che la crescita della concrezioneè stata costante nel tempo e che quindi avrebbe potuto registrare tutte le variazioni climatiche succedutesi negli ultimi due secoli.Le lamine dello speleotema sono state campionate ogni mm e la polvere di calcite raccolta analizzata con uno spettrometro di massaper ricavare i valori di d18O and d13C. Le analisi preliminari condotte hanno indicato sia una buona corrispondenza tra i valori dei due isotopiche una buona correlazione tra questi e i valori di piovosità registrati nell’area senese dal 1836. Questi dati dimostrano che le concrezionipresenti nel Canale del Gran Duca hanno registrato le variazioni ambientali e climatiche succedutesi negli ultimi 200 anni e chequindi possano essere utilizzate come sistema di riferimento.