Mantenimiento del acueducto romano en el sistema de abastecimiento de agua de Divona, Francia

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 12035 (2023) Citar este artículo

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Los depósitos de carbonato formados en los acueductos romanos ofrecen una ventana al medio ambiente y a la gestión del agua en la antigüedad. Estos archivos laminados se precipitaron durante un período de décadas a siglos y son una fuente potencial de historia no escrita en alta resolución. Sin embargo, su utilización como archivo ambiental se ve dificultada por la retirada local y parcial durante los trabajos de mantenimiento en algunos acueductos. Este aparente problema, sin embargo, crea una oportunidad única para estudiar la gestión del agua en Roma. Presentamos el descubrimiento de restos de mantenimiento regular en depósitos carbonatados del acueducto romano de Divona (Cahors, Francia). El principal objetivo de este estudio es determinar la periodicidad de la remoción y reparación local de carbonatos en este acueducto. Huellas como marcas de herramientas, gemelas de deformación de calcita, restos de limpieza y reparaciones están atestiguados en los depósitos como prueba de la eliminación manual periódica de carbonato por parte de los equipos de mantenimiento romanos. El perfil δ18O, que registra al menos 88 años de deposición, muestra que los trabajos de mantenimiento se realizaron en intervalos de 1 a 5 años. La periodicidad inalterada del perfil δ18O indica que el trabajo se llevó a cabo rápidamente y nunca en verano, en consonancia con el consejo del autor romano Frontino sobre el mantenimiento de los acueductos de la ciudad de Roma. Los intervalos de mantenimiento se alargaron y la limpieza se hizo menos frecuente hacia los últimos años del acueducto. Este cambio en la política de mantenimiento da una idea de los cambios en la población local y la dinámica socioeconómica en la antigüedad tardía.

La tecnología del agua en forma de acueductos fue una parte integral de la cultura romana y uno de sus logros técnicos más impresionantes. Aunque se conoce hasta cierto punto la construcción y difusión de estos sistemas de abastecimiento de agua1,2, poco se sabe sobre su entorno ambiental y menos aún sobre su mantenimiento durante su periodo de uso. Los canales de los acueductos comúnmente estaban incrustados con depósitos de carbonato de calcio que ocasionalmente se eliminaban. Estos depósitos son ahora una gran ayuda para la ciencia, ya que almacenan información sobre los cambios en el flujo y la química del agua. Estos cambios, a su vez, están vinculados a variaciones naturales en las precipitaciones locales, la temperatura, la cubierta vegetal y la actividad biológica en el canal con una posible resolución de días a horas durante períodos de décadas a siglos3,4,5,6,7. Los depósitos también son una fuente potencial de información sobre la gestión del agua y la cronología de uso y modificaciones8,9,10,11, proporcionando información sobre la dinámica de la población local y los factores socioeconómicos.

Aunque el carbonato de acueducto es un archivo potencial de alta resolución de la historia ambiental directamente relacionado con los asentamientos humanos, la pérdida de información debido a la eliminación de carbonato en la antigüedad es un impedimento para su uso, porque se pueden perder partes de la estratigrafía. Se han observado pruebas de eliminación manual de depósitos de carbonato en muchos sitios, por ejemplo, los acueductos de Roma12,13, Nîmes14, Reims15, Béziers5, Fréjus16, Estambul10 y los sitios de molinos de agua romanos de Barbegal8 y Saepinum17. La eliminación local de carbonato generalmente se ha identificado en una sola superficie de limpieza, lo que refleja un evento de mantenimiento aislado. Sin embargo, algunas estructuras de agua, como los molinos de agua, necesitaban limpiarse con más frecuencia que los canales de acueducto típicamente construidos con gran capacidad8,17, porque la turbulencia creada por las ruedas del molino conducía a una deposición de carbonato más rápida. Los perfiles continuos de micromolienda δ18O medidos en carbonato de los canalones de agua que abastecían a los molinos de agua en Barbegal (Francia), confirmaron que los canales que alimentaban a los molinos tenían un programa de funcionamiento diferente al de los acueductos utilizados para el suministro de agua urbano8. Los truncamientos descubiertos en estos perfiles de isótopos estables fueron regulares y siempre coincidieron con finales del verano y principios del otoño. De ahí que se concluye que los molinos no estaban trabajando de manera continua, a diferencia de un suministro de agua potable. Documentamos rastros de mantenimiento regular en los fragmentos de carbonato de la maquinaria del molino de agua, interpretados como resultado del reemplazo de estructuras de madera aproximadamente cada 5 a 10 años8.

En este artículo, presentamos un descubrimiento del acueducto de Divona (Cahors, Francia) donde se documentan múltiples rastros de limpieza periódica excepcionalmente bien conservados en depósitos de carbonato del acueducto como un primer ejemplo donde se puede establecer la periodicidad de la limpieza en un acueducto de suministro de agua urbano. . Nuestros análisis se centraron en la comprensión de la gestión del agua romana y, en particular, la frecuencia de la eliminación de carbonatos, la estrategia de mantenimiento y el momento de las interrupciones del flujo de agua, al tiempo que proporcionaron una estrategia para reconstruir la secuencia estratigráfica original y proporcionaron un ejemplo para estudios similares de carbonatos de acueductos antiguos. con rastros de mantenimiento en otros lugares. Al mismo tiempo, demostramos cómo se deben examinar los depósitos con rastros de importantes intervenciones antropogénicas para mejorar la confiabilidad y relevancia de los datos ambientales de la estratigrafía carbonatada de acueductos y al mismo tiempo proporcionar información arqueológica valiosa3,4,6,7,8,9,10,11 . A medida que se aprecia cada vez más el potencial de los estudios de carbonatos de acueductos para contribuir a los estudios ambientales, nuestro estudio es necesario para identificar brechas de tiempo durante las reparaciones y el mantenimiento que afectarían el registro ambiental proporcionado por la secuencia de carbonatos.

Divona Cadurcorum, una ciudad galorromana en el suroeste de Francia, contaba con un acueducto romano de 31,6 km de largo, que traía agua desde una fuente en el valle de Vers, 13 km al noreste de la moderna Cahors (Fig. 1a)18,19 ,20,21. El caudal se estima en 11.700 m3/día cuando es nuevo y 6.800 m3/día al final de su uso después de que el flujo se haya visto restringido por depósitos de carbonatos en el canal21. El acueducto fue construido entre el 10 a.C. y el 1019,20,21 d.C. y probablemente estuvo activo hasta algún momento del siglo IV o incluso principios del V d.C., ya que el complejo de baños de Divona que se alimentaba del mismo cayó en desuso en esa época22. El canal del acueducto se construyó durante largos tramos como una construcción excavada en la roca (Fig. 1c) y posteriormente como un canal de mampostería (Fig. 1b). El canal tenía una sección transversal trapezoidal en tramos largos (Fig. 1b,d,g). Normalmente, es c. 32 cm de ancho en la parte inferior, ensanchándose hacia arriba hasta c. 62 cm a 53 cm del suelo (Fig. 1d,g). La forma trapezoidal fue creada intencionalmente mediante una capa en forma de cuña de opus signinum, un cemento impermeable de color rosado/rojizo hecho con terracota o tejas trituradas, que se espesa hacia el fondo dentro de una sección transversal de canal rectangular.

Aspectos de campo del acueducto de Divona. (a) Mapa del acueducto de Divona (Cahors). Se tomaron muestras de carbonato justo aguas arriba de un puente sobre el arroyo Nouailhac (recuadro), cuya construcción acortó el recorrido del acueducto, dejando un circuito abandonado a lo largo del valle. Se indican las ubicaciones de otros sitios donde se observó carbonato y se mencionan en este artículo. (b) Canal de mampostería cerca del manantial. Cuñas triangulares de 'opus signinum' en la parte inferior de las paredes dan al canal una forma intencionadamente trapezoidal. El opus signinum está cubierto por una fina capa de carbonato. (c) Sección del acueducto excavada en la roca en un acantilado escarpado. (d) Canal con paredes laterales carbonatadas donde el fondo carece de incrustaciones. (e) Marcas de herramientas de limpieza en depósitos a lo largo de la pared lateral en un canal excavado en la roca. (f) Ubicación del sitio principal de muestreo. En el centro se pueden observar depósitos carbonatados con las etapas de excavación. (g) Vista de los mismos depósitos desde aguas abajo. La imagen de satélite (a) procede de Google Maps/Google Earth (proveedor de datos: Image Landsat/Copernicus); El programa de dibujo utilizado es Adobe Illustrator 24.2.1.

El acueducto de Divona tiene en algunos lugares incrustaciones de considerables depósitos de carbonato de calcio, lo que nos dio la oportunidad de realizar este estudio. Estos depósitos se forman en estructuras de agua cuando el agua subterránea que los suministra tiene una alta carga de carbonato que se mantiene en solución por niveles elevados de CO2 disuelto que exceden la presión atmosférica de CO23,4,23,24 (Figura complementaria S9). Tan pronto como el agua subterránea emerge del subsuelo y comienza a fluir en un acueducto, con aire por encima de la superficie del agua, el exceso de CO2 se escapa y el exceso de carbonato disuelto precipita. Una mayor turbulencia, por ejemplo en curvas cerradas o secciones de canales empinadas, provoca una mayor desgasificación y, por tanto, una mayor deposición de carbonatos4. La mayoría de los acueductos romanos se alimentaban de manantiales kársticos que transportaban agua sobresaturada con carbonatos, lo que generaba importantes depósitos a lo largo de las líneas de los acueductos2. El acueducto de Divona se alimentaba de un manantial kárstico y de un brazo del río Vers en el lugar de una presa que elevaba el nivel del agua21.

Hay poca o ninguna deposición de carbonatos en la primera sección del acueducto (Fig. 1b), pero la deposición de carbonatos aumentó aguas abajo (Fig. 1d, g). Esto es consecuencia de la progresiva desgasificación a medida que el agua fluye por el canal. Se encontraron evidencias de mantenimiento en varios lugares en forma de discordancias en la estratigrafía de carbonatos, algunas de las cuales muestran claras marcas de herramientas24. La Figura 1e muestra el uso de una herramienta manual similar a un azadón con una hoja plana de 3 a 4 cm de ancho para eliminar carbonato, mientras que la ausencia de depósitos en el fondo podría deberse a una limpieza preferencial (Fig. 1d). Sin embargo, el sitio más destacado a lo largo del acueducto que muestra una limpieza regular de carbonatos es Nouailhac, a 17,2 km de la fuente (Fig. 1f,g).

El trabajo analítico se realizó como se describe en estudios anteriores de depósitos de carbonato en estructuras de agua antiguas (Figura complementaria S8) 3,4,5,6,8. Se extrajeron un núcleo de perforación y un bloque de 50 cm de largo de depósitos de carbonato (Nota complementaria S1) del canal del acueducto de Divona en un sitio llamado Nouailhac donde se habían expuesto gruesos depósitos de carbonato en una excavación en 2003 (44.48185°N, 1.52024 °E). El bloque se cortó en losas utilizando una sierra de diamante de gran diámetro con un ancho de hoja de 2 mm, perdiendo c. 5 mm cortando y puliendo (Figuras complementarias S1, S2, S3). Se cortó una losa (B) del bloque y se usaron dos subsecciones adyacentes para análisis adicionales: una se usó para hacer secciones delgadas pulidas para examinar la microestructura y la orientación preferida de los cristales de calcita usando microscopía de luz transmitida; la otra subsección se pulió y se utilizó para análisis de isótopos estables de oxígeno y carbono que se llevaron a cabo en la Universidad de Innsbruck (Figura complementaria S4). Las muestras se microfresaron a intervalos de 0,2 mm perpendiculares al lecho. Los polvos de las muestras se analizaron utilizando un dispositivo semiautomático (Gasbench II) conectado a un espectrómetro de masas de relación isotópica ThermoFisher Delta V Plus. Los valores de isótopos se informan en la escala VPDB y la precisión a largo plazo es mejor que 0,1‰ tanto para δ13C como para δ18O25. Al planificar la ruta de microfresado se tuvo especial cuidado en evitar huecos estratigráficos debido a discordancias. Esto se logró comparando cuidadosamente la estratigrafía en el núcleo de perforación y en los bloques recolectados para seleccionar una muestra donde la estratigrafía estuviera completa.

En la sección sur, orientada de este a oeste a lo largo del río Lot, el acueducto hizo un gran desvío a través del valle del arroyo Nouailhac (Fig. 1a recuadro)19,20,21. Un puente acueducto original (puente 1) en un estrechamiento del valle fue abandonado en una fecha posterior y reemplazado por un puente hacia el sur (puente 2, recuadro de la Fig. 1a), acortando el canal en unos 1,2 km. Dado que el atajo reduce la longitud del acueducto existente, el canal a través del puente 2 era relativamente empinado. En la sección justo aguas arriba del puente 2, después de una curva pronunciada excavada en la roca, enormes depósitos de carbonato con un espesor total de 28 a 30 cm llenan el canal casi hasta la parte superior del corte (Fig. 1f): probablemente, el flujo rápido y el aumento de la turbulencia en la sección empinada después de la curva provocó que se depositara aquí carbonato sólido y denso. El canal tiene una sección transversal trapezoidal formada por un revestimiento de opus signinum en forma de cuña (Figs. 1g y 2a). Dos capas de renovación de opus signinum separan la estratigrafía de carbonatos en una secuencia inferior, media y superior (Figs. 1g y 2a). Un bloque de carbonato de secuencia inferior de 50 cm de largo (nota complementaria S1) se había desprendido de las paredes y se recogió para este estudio (Fig. 1f y 2, Fig. complementaria S1). Las secuencias media y superior se recolectaron en una franja de 7 cm de ancho del relleno del canal restante adyacente, junto con los depósitos de las paredes laterales (Fig. 2a, Fig. Suplementaria S5). Se tomó un núcleo de perforación aproximadamente 40 cm aguas arriba del bloque para obtener una muestra fresca e intacta de toda la estratigrafía (Figs. 1f y 3h).

Detalles de estratigrafía de muestras, limpieza y superficies de fragmentos. (a) Reconstrucción de la secuencia completa en Nouailhac. Las secuencias de carbonatos inferior, media y superior (LS, MS, US) están separadas por opus signinum. Los depósitos de MS y US se encontraron como se muestra, pero los depósitos de LS se observaron en un bloque desplazado aproximadamente 1 m aguas abajo (Fig. 1f, g). La muestra se muestra mirando río arriba hacia el noreste. Los colores marrones sólidos reconstruyen las capas de carbonato faltantes. El boceto del bloque en la parte superior muestra la posición relativa de las secuencias y las caras de observación. (b) Cuatro caras de observación adicionales del bloque LS, posición como se indica en el croquis en (a). Las disconformidades se interpretan como superficies de limpieza y se indican con líneas de colores y números romanos. Las superficies de los fragmentos se indican con líneas de puntos negras y números arábigos. Los campos coloreados representan cuerpos extraños incluidos en la estratigrafía.

Detalles de superficies de limpieza (CS) y superficies de fragmentos (FS). (a) Parte de la cara de observación 2 con siete CS y marcas de herramientas en CS IV y V (flechas). Las inconformidades se marcan con líneas continuas y las conformidades se muestran con líneas de puntos. (b) Parte de la cara 6 que muestra siete CS. Las flechas indican marcas de herramientas en CS IV. (c) diagrama esquemático de un CS que muestra una paraconformidad, una discordancia angular y una conformidad. (d – g) Ejemplos de inclusiones y discordancias. (d) Esferulita alrededor de un fragmento de carbonato de acueducto más antiguo y fragmento de roca a la izquierda. (e) Fragmentos de carbonato de acueducto más antiguo cubiertos por una capa de color marrón oscuro. CS IV es visible arriba, truncando la parte superior de un fragmento grande. El fragmento grande fue depositado boca abajo (las flechas muestran la dirección joven). (f) Agregado de fragmentos de terracota. (g) Diversas inclusiones en FS 8 que incluyen mortero, esferulitas en fragmentos de carbonato más antiguos, fragmentos de piedra caliza y una huella de planta (p). (h) Distribución de fragmentos, CS y FS en la estratigrafía de la secuencia inferior en el núcleo de perforación. La posición de CS y FS se indica con líneas coloreadas y negras y con números romanos y arábigos, respectivamente. Los cuadrados de colores a la izquierda indican el tipo de inclusiones encontradas en CS y FS. S-esferulita; Carbonato de acueducto C; R-terracota; Roca L, principalmente piedra caliza; M-mortero. (i,j) imágenes de sección delgada. Luz polarizada cruzada. (i) Fragmentos de cristal de calcita triturados con maclas de deformación (flechas) en micrita que cubren un CS. (j) Maclas de deformación (flechas) en cristales de calcita debajo de CS IV (línea verde), seguidas de fragmentos de micrita y carbonato rotos.

El bloque de depósitos de secuencia inferior se cortó longitudinalmente en 6 losas de aproximadamente 8 cm de ancho. Los cortes de sierra se pulieron y se utilizaron para observación como las caras 1 a 6 (Fig. 2, Fig. Suplementaria S3). Los pareados de láminas suelen tener un espesor irregular y un cambio de color muy variable (Fig. 3a, b) en contraste con las capas anuales altamente periódicas y el tejido bicolor, típico de los carbonatos de acueductos del Mediterráneo oriental, donde la variación estacional de las precipitaciones es más pronunciada3,4, pero similar a otros ejemplos del Mediterráneo occidental5,6,7. Por lo tanto, la detección de ponedoras anuales en ejemplares manuales es difícil. El microtejido muestra una alternancia de microesparita y micrita de calcita (Fig. 3j, Fig. complementaria S7a) y difiere de los cristales de calcita más cristalinos y predominantemente alargados de muestras del Mediterráneo oriental3,4.

El depósito de carbonato de Nouailhac muestra muchas interrupciones o "discordancias" a lo largo de la estratigrafía, donde las capas están cortadas y superpuestas por capas más jóvenes no perturbadas (Fig. 2). En una sección delgada, las discordancias están marcadas por cristales de esparita romboidales truncados cubiertos por una capa de micrita a lo largo de un límite dentado y afilado (Fig. 3j, Figs. Suplementarias S7e-h). Los cristales de esparita en las discordancias comúnmente muestran maclas de deformación en el contacto (Fig. 3j) 26, mientras que la capa micrítica contiene fragmentos de cristales de calcita angulares con maclas de deformación (Fig. 3i). Se identificaron al menos 14 discordancias en la estratigrafía carbonatada de Nouailhac. Están muy espaciados en la parte superior de la secuencia inferior, pero faltan en la parte inferior (Fig. 2). La secuencia superior tiene sólo dos discordancias.

Además de las discordancias, numerosas inclusiones quedan atrapadas en diferentes niveles de la secuencia inferior. Estos incluyen fragmentos de carbonato y mortero de acueducto más antiguos, piezas angulares de piedra caliza de lecho rocoso y pequeños fragmentos de terracota (Figs. 2, 3d-g). Los fragmentos se encuentran aislados en bolsas en la superficie de las discordancias, especialmente en las cavidades en el fondo del canal donde las partículas podrían asentarse fácilmente (Figs. 2, 3d-g). Algunas partículas aisladas se convirtieron en esferulitas a medida que avanzaban por el canal (Fig. 3d, g, Fig. Suplementaria S4). Los fragmentos y esferulitas pueden formar una "zona" de discordancia que separa capas individuales (Figs. 2 y 3e).

La Figura 4 muestra un registro continuo de isótopos estables de C y O con discordancias indicadas con números romanos, establecidas mediante correlación cruzada de las muestras de bloques con el núcleo de perforación (Figs. 2 y 3). La curva δ18O muestra una ciclicidad pronunciada comparable a la del carbonato del acueducto del Mediterráneo oriental (Fig. 4)3,4,6,9. Este carácter cíclico se atribuye principalmente al fraccionamiento cinético de isótopos dependiente de la temperatura durante la precipitación de carbonatos que refleja los cambios estacionales en las temperaturas del aire y del agua3,4, por lo que los valores menos negativos de δ18O representan períodos más fríos y viceversa. Por lo tanto, la curva δ18O permite el reconocimiento de las estaciones de verano e invierno con una resolución de hasta un mes, como se indica en la Fig. 4. A diferencia del carbonato del acueducto del Mediterráneo oriental3,4,5,6,9, sólo existe una anticorrelación débil entre δ18O y δ13C, algunos años muestran una covariación y no hay correspondencia con las capas visibles en la muestra manual. En el núcleo de perforación y las losas utilizadas para los análisis (Figura complementaria S4), solo se contaron 40 ciclos anuales de δ18O en la secuencia inferior (Figura 4), pero se encontró una estratigrafía adicional de 17 capas en las caras de las losas 3-6 ( Fig. 2, Fig. Suplementaria S3) y en los depósitos laterales delgados (Fig. 2a). Con 31 capas anuales reconocidas en la secuencia media y superior, existe evidencia de al menos 88 años de deposición de carbonato en el acueducto (Fig. 4).

Perfil completo de isótopos estables de la muestra de Nouailhac, vinculado a la estratigrafía de la muestra. Las posiciones de las superficies de limpieza están marcadas con alfileres verticales de colores y etiquetadas con números romanos. Las superficies de los fragmentos están marcadas con líneas negras verticales y números arábigos. Los intervalos estimados entre la superficie de limpieza y la superficie del fragmento en años se muestran con números verdes. Las barras alternas azules y rojas detrás del perfil isotópico indican las estaciones inferidas de invierno y verano, respectivamente, con números de años secuenciales. En la parte inferior se muestra una sección correspondiente de la estratigrafía del núcleo de perforación. Una sección adicional de estratigrafía, que no está presente en el núcleo de perforación, se encontró en los depósitos de las paredes laterales (Fig. 2a) y se muestra encima del perfil principal como un recuadro. Esta estratigrafía se eliminó en la sección del núcleo de perforación durante el evento de limpieza IX como se indica. La relación de esta estratigrafía adicional con el perfil principal se muestra mediante la repetición de secciones cortas de la estratigrafía principal en el recuadro para los años 31 a 57.

Las secuencias finales de las tres subestratigrafías de la muestra de Nouailhac muestran características diferentes. La parte superior de la secuencia inferior, por encima de la discordancia IX, muestra un aumento gradual en los valores de δ18O y δ13C en los últimos 4 ciclos (Fig. 4). El carbonato se vuelve más poroso entre IX y X y contiene abundantes impresiones de filamentos de algas (Figura complementaria S7b).

No se observó ningún cambio en la tela en la parte superior de la secuencia media, pero un cambio en la composición isotópica estable sigue a la discordancia XI, con valores más negativos de δ18O y más positivos de δ13C en los 2,5 años anteriores a la superficie XII y el segundo evento de re-enyesado. Se observaron cambios similares en isótopos estables después de la discordancia VII y la superficie del fragmento 14 en la secuencia inferior (Fig. 4).

La parte superior de la secuencia superior muestra una transición de tejido similar a la parte superior de la secuencia inferior hacia un tejido de carbonato más poroso, aunque con mayor contenido de arcilla, pero sin filamentos de algas y sin un cambio significativo en el patrón de isótopos estables (Fig. 4, Figura complementaria S7c).

El yacimiento carbonatado de Nouailhac es excepcional por su gran número de discordancias. Estos son evidentes donde las capas más jóvenes se superponen a capas más antiguas truncadas, lo que en geología se denomina discordancia angular (Fig. 3b, c). Las discordancias angulares se gradúan lateralmente en superficies paralelas a las capas, que se forman porque el carbonato se ha dividido a lo largo de las capas durante la limpieza, faltando material (paraconformidad), o representa el contacto final carbonato-agua (conformidad). Sólo en el caso de superficies de conformidad la estratigrafía es continua. Las discordancias marcan sitios donde se ha retirado material previamente depositado.

Las maclas de deformación en cristales de calcita formadas en discordancias y en la micrita suprayacente son signos de daño físico: los cristales de calcita desarrollan maclas cristalográficas cuando se les presiona o responden a un choque (Fig. 3i, j, Fig. complementaria S7g – j) 26. 27,28. Los pasos de tamaño localmente irregulares en cm en discordancias tienen la forma de marcas de herramientas (Fig. 3a, Fig. Suplementaria S3). En conjunto, estas observaciones indican que las discordancias no se desarrollaron naturalmente sino que se deben a la eliminación manual del carbonato. Por lo tanto, utilizamos el término "superficie de limpieza" para referirnos a los niveles estratigráficos que se superponen inmediatamente a las discordancias. En la mayoría de los casos, estos niveles están marcados por la presencia de finas bandas micríticas blancas persistentes con fragmentos de cristales rotos, muy probablemente causadas por la recarga de agua del acueducto después de haber estado cerrado por un corto tiempo y haberse secado, redistribuyendo el carbonato restante. escombros y polvo de la limpieza, seguido de la nucleación de micrita (Fig. 3b, i, j).

Inclusiones extrañas de carbonato de acueducto más antiguo, esferulitas, terracota, mortero gris y lecho de piedra caliza (Figs. 2 y 3d-g) se encuentran en las superficies de limpieza, pero también en las primeras capas de la secuencia inferior donde las superficies de limpieza están ausentes. Los agregados de fragmentos angulares de carbonato viejo son los más comunes. Los fragmentos más grandes pueden reconocerse por su patrón de capas internas como partes de la estratigrafía subyacente (Fig. 3e). Los cristales triturados en los bordes de estos fragmentos (Fig. 3i) sugieren que son rastros de actividad humana aguas arriba de Nouailhac, donde los restos del carbonato desprendido quedaron en el canal y posteriormente fueron arrastrados aguas abajo. Los fragmentos de terracota con un diámetro de 1 a 2 mm se concentran en pequeñas bolsas, principalmente en las superficies de limpieza II y VII (Figs. 2 y 3f, Figs. complementarias S2, S3 y S6). Lo más probable es que representen un almacenamiento de terracota triturada utilizada para la preparación de opus signinum para su reparación dentro del canal aguas arriba de Nouailhac, que luego fue arrastrada aguas abajo. Los fragmentos de mortero gris y piedra caliza (Fig. 3g) pueden representar mortero derramado durante los trabajos de reparación y fragmentos de roca rota derramados en el canal durante la preparación del mortero. La mayoría de los fragmentos están desnudos, probablemente porque fueron transportados rápidamente a una distancia corta y cubiertos por depósitos más jóvenes (Figs. 2 y 3h). Los fragmentos que viajaron una distancia mayor fueron cubiertos gradualmente por nueva calcita y se convirtieron en esferulitas (Fig. 3d, g).

Los fragmentos presentes en los primeros 8 cm de la secuencia inferior no se distribuyen aleatoriamente, sino que ocurren periódicamente en al menos 14 horizontes, que hemos denominado superficies de fragmentos (Fig. 2, Figs. Suplementarias S2, S3 y S6). Las principales superficies de los fragmentos y su cronología relativa están marcadas en las Figs. 3h y 4. Los tipos de fragmentos en las superficies de los fragmentos son similares a los de las superficies de limpieza, y al menos algunos contienen fragmentos de terracota (Figs. 2b, 3h). Por lo tanto, pensamos que todos los niveles estratigráficos que contienen fragmentos corresponden a trabajos de reparación o limpieza del canal del acueducto aguas arriba de Nouailhac. Aparentemente, el equipo de mantenimiento comenzó a limpiar y reparar algunas secciones aguas arriba del acueducto poco después de que el canal que cruza el puente en Nouailhac fuera puesto en servicio por primera vez, pero esperó 23 años antes de que el canal fuera limpiado de carbonato por primera vez en el sitio de Nouailhac. Por tanto, se cree que todos los niveles estratigráficos que contienen fragmentos corresponden a trabajos de limpieza o reparación de revoques en el canal del acueducto.

Según el perfil δ18O resuelto estacionalmente (Fig. 4), se puede determinar el intervalo de tiempo entre la limpieza de superficies en toda la secuencia. La secuencia inferior y media tiene un intervalo de 1 a 5 años, con una media de 2,8 años (Fig. 4). Al parecer, se introdujo un régimen de limpieza regular. El intervalo de tiempo que separa las superficies de los fragmentos en los primeros 8 cm de la secuencia inferior es similar pero ligeramente más corto que las superficies de limpieza en la parte superior de la secuencia inferior y en la secuencia media en Nouailhac, probablemente porque se registran más eventos de limpieza y reparación a lo largo de un sección más larga del canal (Fig. 4). La secuencia superior es diferente, con sólo dos episodios de limpieza a intervalos de 9,5 y 12,5 años. Esto podría deberse a una estrategia de limpieza diferente o, más probablemente, a la disminución de la población y a la reducción de la demanda de agua, o a que había menos recursos disponibles para el mantenimiento. Es obvio que el mantenimiento en la última época romana disminuyó en los últimos años antes de que se abandonara el acueducto.

Las interrupciones en el suministro de agua de más de un mes son visibles como truncamientos en el perfil estacional δ18O, como se observa en muestras de los molinos de agua de Barbegal8. En el perfil de Nouailhac no existen truncamientos que correspondan a superficies de limpieza en la estratigrafía (Fig. 4). Por lo tanto, los trabajos de limpieza, que implicaron la interrupción del suministro de agua potable de la ciudad de Divona, se realizaron en muy poco tiempo, menos de un mes. Sin embargo, se observaron truncamientos que implicaban interrupciones más prolongadas en los dos eventos de reenlucido, como se analiza a continuación.

Las superficies de limpieza en la Fig. 4 se pueden agrupar según el lugar donde se cruzan con la curva δ18O, interpretada en términos de temperaturas estacionales. Combinando 14 superficies de limpieza y 14 de fragmentos, 13 eventos caen en otoño, 10 en primavera, 5 en invierno y ninguno en verano. Curiosamente, este patrón se ajusta a las recomendaciones de Sexto Julio Frontino (40-103 d.C.), curador del acuario de la ciudad de Roma, de evitar trabajos de limpieza y reparación en el verano, cuando la demanda de agua es mayor (nota complementaria S2, figura complementaria. S2).

En la secuencia inferior, los primeros 8 cm de carbonato, que representan 23 años de deposición anual, carecen de superficies de limpieza, mientras que 9 superficies de limpieza en la parte superior de la secuencia inferior y en sus depósitos laterales conservados se encuentran muy juntas y parcialmente superpuestas. recortando partes de superficies de limpieza anteriores y crecimiento posterior (Fig. 2a, Fig. Suplementaria S3). Aparentemente, la limpieza se realizó con regularidad y hasta el nivel aproximado de la limpieza anterior o justo por encima, sin cortar más profundamente. Aunque la falta de limpieza en los primeros 8 cm de la secuencia inferior podría atribuirse a la negligencia del equipo de mantenimiento, es más probable que el equipo no estuviera consciente de la verdadera profundidad del nuevo canal original y del espesor del resto. carbonato sobre el opus signinum durante la primera limpieza en Nouailhac. En caso de daños en el revestimiento impermeable opus signinum del canal, habría sido necesario volver a enyesarlo, lo que habría interrumpido el suministro de agua durante un período prolongado, y el equipo de mantenimiento habría intentado evitarlo. Por lo tanto, durante la limpieza posterior se tuvo cuidado de no cortar más profundamente que durante la limpieza inicial. Alternativamente, se conocía la profundidad del canal original, pero no se consideró necesaria una limpieza completa para obtener suficiente descarga; También en este caso se mantuvo la limpieza a los niveles anteriores aproximados. Independientemente de las razones, el patrón de limpieza parcial en Nouailhac es fortuito porque preserva evidencia de mantenimiento que se habría perdido si se hubiera eliminado todo el carbonato.

Algunos eventos registrados en la secuencia estratigráfica merecen una discusión más profunda. Después de 35 años de deposición y seis episodios de limpieza en 12 años, el episodio de limpieza VII cambió la forma del canal al eliminar no solo los depósitos del fondo, sino también parte de los depósitos de la pared NO (Fig. 2a). La señal del isótopo estable muestra un cambio significativo después de VII, con δ18O disminuyendo y la señal de δ13C aplanándose (Fig. 4). Este cambio va acompañado de un cambio en el tipo de laminación, con pareados de láminas bimodales más pronunciados después de VII (Fig. 4). Una rápida disminución similar en δ18O, con un rápido aumento en δ13C, ocurrió después de la superficie del fragmento 14 (Fig. 4), donde δ18O y δ13C solo regresaron a sus valores originales después de algunos años. Evidentemente, estos cambios se deben a condiciones de flujo alteradas en el canal debido a la intervención humana, posiblemente debido a un aumento en el área de la sección transversal del canal parcialmente limpio que proporciona más espacio para un flujo más rápido y una descarga más alta.

Además de la limpieza regular, dos eventos de revestimiento con opus signinum en los depósitos de Nouailhac, separando las secuencias inferior, media y superior, representan dos períodos importantes de flujo de agua interrumpido durante la actividad del acueducto de Divona, marcados por truncamientos en el perfil isotópico estable estacional (Fig. 4). No se puede estimar cuánto duraron estas interrupciones sin fecharlas: cada interrupción podría haber durado al menos unos pocos meses o incluso hasta varios años.

Hay pruebas de que el suministro de agua enfrentó problemas algunos años antes del primer revoque. Después de limpiar la superficie IX, el año 53 muestra una señal de microtejido y de isótopos similar a los depósitos anteriores, pero cambia en el año 54 hasta el primer revoque en X después del año 57 (Fig. 4). El aumento de la porosidad (Fig. 3h) y la abundante presencia de filamentos de algas en la parte superior de la secuencia inferior después del año 54 (Fig. Suplementaria S7b) indican condiciones modificadas de deposición de carbonato y una mayor actividad biológica en el canal. Un problema estructural como la falta de piedras de cubierta o daños en la bóveda del acueducto podría haber permitido que la luz del día llegara al canal dando lugar al crecimiento de algas y una transición gradual de microesparita sólida a micrita porosa, parecida a la toba. El aumento de δ18O y δ13C puede explicarse por una mayor evaporación, desgasificación y crecimiento de algas, y posiblemente por una descarga reducida (Fig. 4). El año 57 está marcado por una fuerte inestabilidad de las curvas isotópicas. Estas observaciones sugieren un mantenimiento bajo o nulo y una calidad del agua reducida desde el año 55 hasta que se interrumpió el flujo de agua para limpiar y volver a enyesar en el año 57 (Fig. 4). La reparación del canal de Nouailhac pudo haber ocurrido en el año 58, con sólo un breve retraso, o pudo haber llevado más tiempo si las reparaciones fueron extensas. En cualquier caso, el nuevo enlucido parece haber ocurrido en respuesta al daño al canal, y el acueducto se volvió a utilizar durante la temporada de invierno/más fría.

Después del primer re-enyesado/renovación, se formó carbonato durante 5 años hasta que se produjo una interrupción repentina del suministro de agua, posiblemente debido a algún desorden, seguido de un nuevo enyesado. Esta vez, el nuevo enyesado fue solo a lo largo de los lados del canal y no en el fondo, lo que sugiere que solo estaba destinado a optimizar la forma del canal después de que se eliminaron algunos depósitos de la pared lateral, como se ve en la discordancia XII en la Fig. 2a. El fondo del canal no fue tocado en esta etapa, pero estaba contaminado con una fina capa de opus signinum que provocó la separación de las secuencias media y superior. El segundo enyesado coincide con un intervalo de tiempo de al menos varios meses, como lo registra la curva truncada δ18O.

La parte superior de la secuencia de carbonato después del episodio de limpieza XIV y la capa 85 muestra un cambio de tejido a micrita porosa como en la parte superior de la secuencia inferior (Figs. 3h y 4). No se observa ninguna anomalía en el patrón de isótopos estables, pero la parte superior de la muestra contiene abundante micrita que recubre arcilla, lo que sugiere que la escorrentía de la pendiente ingresa a un canal dañado. Esto indica que el acueducto transportó agua de mala calidad en condiciones subóptimas durante al menos tres años antes de dejar de funcionar por completo. O bien no fue posible reactivar el acueducto como se había hecho en dos ocasiones anteriores, o ya no fue necesario.

La estratigrafía de Nouailhac proporciona evidencia de interacciones humanas con el suministro de agua de Divona. El inicio repentino de la limpieza regular después del año 23, los dos eventos de reenlucido, el cambio en la frecuencia entre los eventos de limpieza de la secuencia media a la superior y los signos de mantenimiento deficiente en la parte superior de las secuencias inferior y superior proporcionan evidencia de cambios en la estrategia de limpieza y, en el caso de un mantenimiento deteriorado e intervalos más largos entre episodios de limpieza, posible estrés socioeconómico. Intervalos más largos entre episodios de limpieza podrían reflejar un régimen de mantenimiento diferente, un nuevo supervisor de los esclavos públicos utilizados en el acueducto, inestabilidad en Divona o una población en disminución en la ciudad. El episodio de limpieza XIV también es revelador: su situación 3-4 años antes del abandono definitivo del acueducto atestigua que todavía se hizo un esfuerzo por seguir utilizándolo y que su desaparición definitiva fue relativamente rápida, posiblemente debido a un acontecimiento económico o político repentino. De este modo, los conocimientos adquiridos mediante el estudio de los depósitos de carbonato en el acueducto de Divona se pueden combinar con datos arqueológicos de los alrededores para arrojar luz sobre las condiciones socioeconómicas de Divona en la Antigüedad tardía.

La evidencia arqueológica sugiere que el acueducto de Divona funcionó en un período comprendido aproximadamente desde principios del siglo I d.C. hasta algún momento del siglo IV o principios del V d.C.19,20,21,22. No hay evidencia directa de la fecha de su abandono, que se infiere del desuso de los baños públicos de la ciudad, que se cree que fue en el siglo IV o principios del V, pero faltan pruebas concretas de datación. El puente de Nouailhac, donde se tomó la muestra de carbonato, pertenece a una fase de fecha desconocida posterior a la construcción inicial del acueducto, en la que se acortó el recorrido del acueducto para cortar un bucle que subía por un lado del valle y descendía por el otro. . Dado que los depósitos de carbonato en Nouailhac representan sólo 88 años de operación (Fig. 4), posiblemente faltando algunos años adicionales durante los eventos de re-enyesado, la implicación lógica es que el puente de Nouailhac se construyó menos de 100 años antes del abandono definitivo del acueducto. , situándose su construcción en algún momento de la tercera o primera mitad del siglo IV d.C. Por tanto, los depósitos de carbonato datarían del siglo III o IV, y los últimos años posiblemente dataran de principios del siglo V d.C. Esto sugiere un cambio considerable en la suerte de Divona a lo largo del período tardorromano: en la primera mitad del período cubierto por nuestra muestra de carbonatos, se llevaron a cabo importantes obras de construcción, que incluyeron un nuevo puente acueducto que acorta el recorrido del canal, y el mantenimiento del canal estuvo bien organizado durante los primeros 54 años después de la construcción del puente de Nouailhac. Después de eso, a finales del siglo III o en el siglo IV, vemos signos de deterioro hasta que el acueducto quedó fuera de uso y no pudo ser rehabilitado. Si el puente de Nouailhac se construyó a principios del siglo III, los cambios en los depósitos que implican un deterioro de la calidad del agua al final de la secuencia inferior podrían reflejar uno o más de los diversos problemas socioeconómicos registrados después de mediados del siglo III, incluidos la plaga de Cipriano, la secesión del Imperio galo y las invasiones alemanas, algunas de las cuales llegaron hasta esta zona de la Galia29,30,31,32,33. Ese escenario implicaría un abandono relativamente temprano del acueducto, en el siglo IV d.C. Alternativamente, dado que la construcción del puente de Nouailhac es poco probable durante los disturbios de los años 250 a 270, la construcción a principios del siglo IV, tal vez bajo Constantino, también es un escenario plausible; y en ese caso la secuencia de carbonatos reflejaría un mantenimiento durante gran parte del siglo IV, con un deterioro tanto en el mantenimiento como en la calidad del agua hasta su eventual abandono a finales del siglo IV o incluso principios del siglo V.

Las capas de la estratigrafía carbonatada de Nouailhac son como páginas de un libro sobre la antigua gestión del agua: documentan los esfuerzos constantes para el abastecimiento de agua, la limpieza, el mantenimiento y el revoque de un acueducto. Un análisis detallado de las intervenciones antropogénicas en el suministro de agua, como se hizo para el acueducto de Divona, puede utilizarse en estudios arqueohidrológicos de depósitos de carbonatos para obtener no sólo información arqueológica valiosa sino también datos ambientales confiables de la antigüedad.

El acueducto de Divona muestra evidencia de una limpieza regular, en su mayoría sin interrupciones significativas del suministro de agua y, como recomienda Frontinus, nunca en la temporada de verano. Las observaciones realizadas proporcionan nuevas herramientas para reconocer superficies de limpieza en depósitos de carbonatos de sistemas de agua antiguos. Las discordancias relacionadas con las deformaciones y las marcas de herramientas son evidencia de una limpieza con carbonatos. De manera similar, los fragmentos de carbonato y terracota concentrados en ciertos horizontes son indicaciones para una limpieza aguas arriba. El aumento de la porosidad, el contenido de arcilla y la actividad biológica del carbonato, vinculados a una disminución de la frecuencia de limpieza, pueden indicar una disminución del mantenimiento general. El mantenimiento regular puede considerarse como evidencia de una organización bien estructurada de un sitio urbano, mientras que, indirectamente, el estrés socioeconómico puede resultar en un mantenimiento menos regular o en una falta total del mismo.

Los datos necesarios para evaluar las conclusiones del artículo están presentes en el artículo y/o en los materiales complementarios. Los resultados de los isótopos estables analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente previa solicitud razonable.

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Agradecemos a Manuela Wimmer por su generosa ayuda durante el confinamiento en Innsbruck, cuando micromolió nuestras muestras. Agradecemos al Prof. Philippe Leveau por las discusiones arqueológicas. Nos gustaría agradecer a los propietarios de los terrenos privados por su generoso permiso para trabajar a lo largo del acueducto de Divona. Finalmente, agradecemos al capitán Giles Middleton del SV Ariel por proporcionar conexión satelital durante la revisión. Se agradece la financiación del plan de la UE de la beca individual Marie Curie AQUEA (890454) (GS) y los proyectos DFG PA578/17 (CWP) y SU864/2‐1 (GS).

Financiamiento de Acceso Abierto habilitado y organizado por Projekt DEAL.

Escuela de Arqueología, Universidad de Oxford, Oxford, Reino Unido

Rosa Surmeli Hindi

Instituto de Geociencias, Universidad de Mainz, Mainz, Alemania

Cees W. Passchier

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Regalo Didier

Escuela de Arqueología/Facultad de Clásicos y All Souls College, Oxford, Reino Unido

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Instituto de Geología, Universidad de Innsbruck, Innsbruck, Austria

Christoph Spötl

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Investigación diseñada por GS y CWP; GS y CWP realizaron investigaciones; DR y AW proporcionaron información arqueológica; DR proporcionó las muestras; CS proporcionó análisis de isótopos estables; GS y CWP escribieron el artículo; AW y CS revisaron y editaron versiones del artículo. Fotografías Fig. 1d – g de DR Todas las demás fotografías de CWP

Correspondencia a Cees W. Passchier.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Sürmelihindi, G., Passchier, CW, Rigal, D. et al. Mantenimiento del acueducto romano en el sistema de abastecimiento de agua de Divona, Francia. Informe científico 13, 12035 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-38655-z

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Recibido: 31 de marzo de 2023

Aceptado: 12 de julio de 2023

Publicado: 04 de agosto de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-38655-z

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