L'église du Saint-Sépulcre est située dans la partie supérieure du quartier de Marina. Les sources documentaires sur ses origines sont rares, mais la préexistence archéologique mise au jour sous la sacristie décrit une zone sacrée d'origine très ancienne, comme en témoigne notamment un bassin baptismal circulaire, datant de l'Antiquité tardive. La première attestation certaine de l'existence de l'église remonte à 1519. En 1564, l'archevêque Antonio Parragues de Castillejo l'a confiée à la nouvelle archiconfrérie du Très Saint Crucifix de Prière et de Mort, une association pieuse qui a gouverné l'église jusqu'au milieu du XXe siècle et dont le but principal était d'enterrer les indigents. Un cimetière était rattaché à l'édifice sacré, qui est resté en activité jusqu'aux premières décennies du XIXe siècle. Après 1564, l'église a été entièrement reconstruite, prenant des dimensions et des formes encore appréciables aujourd'hui : la première phase, toujours de style gothique tardif, remonte au presbytère carré, recouvert d'une grande voûte en étoile à cinq clés, construit à partir de 1587. La disposition des nombreuses chapelles latérales qui flanquent la nef unique, aujourd'hui agrémentées de riches meubles en bois et en marbre datant du XVIIIe siècle, remonte également au dernier quart du XVIe siècle et au début du XVIIe siècle. La construction de la nouvelle façade sur la place en 1899 a redéfini tout le côté sud du bâtiment et a mis en arrière-plan la façade principale d'origine de l'église, aujourd'hui visible sur l'allée latérale, caractérisée par un grand oculus circulaire et un portail classique de style XVIIe siècle.
Sur le côté nord, près de la paroi rocheuse, se trouve la grande chapelle baroque dédiée à la Vierge de la Miséricorde. Elle se caractérise par son plan central et son impressionnant dôme octogonal et a remplacé, entre 1681 et 1686, une ancienne chapelle en forme de dôme attestée par des sources archivistiques. La reconstruction de la chapelle a été conçue par le maître d'œuvre ligure Domenico Spotorno et a été réalisée avec le soutien financier du vice-roi de Sardaigne Antonio Lopez de Ayala y Velasco, comte de Fuensalida. Les grands portraits de la famille vice-royale, réalisés par le peintre Giuseppe Deris, autrefois accrochés dans la chapelle, sont aujourd'hui visibles au musée du trésor de Sant'Eulalia, situé à proximité. Le mur du fond abrite un impressionnant retable en bois sculpté, doré et polychrome, créé dans les années 1684-1686 par le fuster majorquin Joan Gabanellas en collaboration avec le sculpteur napolitain Paolo Spinale et le doreur Bernardo Infante. La niche centrale abrite le simulacre de la Vierge de la Miséricorde du XVe siècle. En même temps que l'usine, sous le grand hall octogonal, une spacieuse crypte funéraire a été fouillée, qui peut maintenant être visitée, divisée en deux salles communicantes transformées en tonneaux et caractérisées par une décoration sur les murs qui imite une draperie funéraire noire.

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