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Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10761/116

Issue Date: 2-May-2011
Authors: Santoro, Enrico
Title: Deformazione recente e attiva (Pleistocene Medio - Olocene) nell'area costiera compresa tra la Sila e il Pollino (confine calabro-lucano): analisi integrata di tipo morfotettonico e strutturale.
Abstract: Uno studio di dettaglio dei terrazzi marini del Pleistocene Medio-Olocene affioranti lungo la costa orientale della Calabria settentrionale e della Basilicata, integrato da un'analisi morfometrica del paesaggio e del reticolo idrografico, ha consentito di poter determinare lo stile e i tassi della deformazione attiva che interessa l'area di studio. Tale regione e' ubicata in corrispondenza del margine Nord-orientale dell'Arco Calabro, interessato da un rapido sollevamento Tardo-Quaternario a causa della combinazione di processi litosferici e crostali. Sono stati individuati dieci ordini di terrazzi, tra 5 e 663 m s.l.m., correlati lateralmente, attraverso un approccio geomorfologico e sedimentologico, tra le fasce costiere del Pollino e della Sila e attraverso la Piana di Sibari. Datazioni radiometriche (ESR e 14C) hanno consentito di attribuire ciascun terrazzo al relativo picco interglaciale. Le eta' dei terrazzi piu' alti e antichi non sono direttamente determinabili, ma sulla base del tasso di sollevamento medio (~1 mm/a) dedotto dalla quota del marker costiero Tirreniano (~125 Ka) e' stato possibile estendere la cronologia sino al MIS 15 (~576 Ka). I tassi di sollevamento non sono costanti nello spazio come e' ben documentato dai profili delle antiche linee di riva, caratterizzati dalla presenza di ondulazioni, di piccola lunghezza d'onda (fino a 20 km) e ampiezza (fino a 100 m), sovrapposte al sollevamento regionale. Le deformazioni delle paleo-linee di riva coincidono con l'ultima generazione di strutture plicative e con sistemi di faglia transpressivi sinistri che localmente deformano depositi di conoide alluvionale costiera del Pleistocene Inferiore-Medio e che hanno controllato l'evoluzione morfologica e strutturale Tardo-Quaternaria dell'offshore. Analisi strutturali e l'investigazione dei dati sismici e geodetici a disposizione suggeriscono che l'area e' tuttora interessata da tettonica transpressiva in risposta ad un raccorciamento in direzione NE-SO. Sulla base di questo e' possibile interpretare le ondulazioni delle linee di riva come delle pieghe crostali legate alla crescita verso l'alto di sovrascorrimenti ciechi. L'ipotesi dell'esistenza di deformazioni transpressive recenti in Calabria settentrionale e' supportata dai risultati dell'analisi morfometrica. Il reticolo idrografico e' stato analizzato attraverso il calcolo degli integrali ipsometrici e degli indici SL e Vf; la topografia residuale e gli swath profiles hanno, inoltre, consentito di individuare aree caratterizzate da una maggiore incisione fluviale. Le anomalie morfometriche individuate sono solo debolmente influenzate da fattori litologici e/o climatici e coincidono spazialmente con le deformazioni delle antiche linee di riva. In particolare, le maggiori anomalie e deformazioni delle paleo-linee coincidono con il versante meridionale della dorsale del Pollino. Allo scopo di verificare che tali anomalie sono legate ad una tettonica compressiva tuttora attiva, e' stato realizzato un modello numerico della deformazione cosismica verticale delle strutture transpressive, da confrontare con i profili deformati delle antiche linee di riva. Il modello si basa su due principali assunzioni: a) la terra e' un semi-spazio elastico; b) le faglie sono delle superfici di forma rettangolare. I parametri geometrici delle faglie modellate (giacitura, lunghezza, ampiezza, area, profondita' minima e massima) sono stati ricavati da sezioni geologiche, da profili di sismica a riflessione e da evidenze morfologiche. Il rake delle faglie e' stato, invece, derivato da dati strutturali, geodetici e sismici. La modellazione numerica ha interessato due zone di faglie transpressive (Amendolara Fault Zone, AMFZ, e Valsinni Fault Zone, VFZ) che, come dimostrato dai dati di sismica a riflessione disponibili nell'offshore, hanno accumulato una significativa dislocazione verticale interessando i depositi del Pleistocene Medio. I parametri geometrici e cinematici che riescono meglio a spiegare l'andamento delle linee di riva sono stati calcolati matematicamente attraverso una procedura iterativa, confrontando 558613 combinazioni possibili. Il buon grado di correlazione ottenuto tra il modello cosismico e le paleo-linee di riva deformate rappresenta la prova a sostegno dell'esistenza di una tettonica transpressiva tuttora attiva. La deformazione verticale accumulata lungo la AMFZ e la VFZ riesce a giustificare circa il 34% del sollevamento totale. Sulla base dei modelli di deformazione realizzati per i terrazzi dal T2 (MIS 5.1; ~81 Ka) al T8 (MIS 11; ~401 Ka) e' possibile affermare che i tassi di dislocazione verticale relativi alle strutture transpressive sono variati nel tempo, tra 0 e ~2,7 mm/a. Tale variabilita' non ha interessato solo i singoli segmenti di faglia modellati ma anche le zone di faglia AMFZ e VFZ nel loro complesso; in altre parole, l'attivita' tettonica e' stata nel tempo trasferita tra le due zone di faglia analizzate. E' evidente, inoltre, che la AMFZ e' stata interessata da una accelerazione dei tassi di deformazione negli ultimi ~81 Ka, da 0 a ~1,3 mm/a. Questo potrebbe giustificare l'incremento dei tassi di sollevamento Olocenici calcolati dalla quota del terrazzo T0 (MIS 1; da ~0,7 a ~2,2 mm/a), insieme con le maggiori anomalie morfotettoniche e la piu' significativa sismicita' che interessano il Pollino e la dorsale di Amendolara rispetto all'anticlinale di Valsinni. Infine, dettagliate analisi morfometriche delle fiumare che drenano il versante orientale del Pollino confermano la recente attivita' delle zone di faglia di Amendolara e di Valsinni, consentendo di ipotizzare l'esistenza di deformazioni recenti anche a monte dei terrazzi marini e di determinare i tassi di incisione fluviale e l'attuale stato evolutivo del paesaggio.
A detailed study of uplifted Middle Pleistocene-Holocene marine terraces on the eastern side of northern Calabria and Basilicata, coupled to the river and landscape morphotectonic analysis, allowed to model the recent activity of transpressional faults and related folds that stretches from on-land to offshore across the coastline. This region is located on the northeastern tip of the Calabrian arc, which experienced rapid Late Quaternary uplift due to a combination of lithospheric and crustal processes. Ten terrace orders were mapped up to 663 m a.s.l., and were correlated between the coastal slopes of Pollino and Sila mountain ranges across the Sibari Plain. Radiometric (ESR and 14C) dating of shells have provided a chrono-stratigraphic scheme for the Late Pleistocene terraces. The age of higher terraces is poorly constrained, but, based on the average uplift rate (~1 mm/a) deduced from the Tyrrhenian marker (~125 ka BP) and highlighted by several authors, conceivably is tracked back to MIS 15 (~576 ka). Spatial variability in uplift rates is recorded by the terrace deformation profiles parallel to the coast, which document small-wavelength (up to 20 km) and amplitude (up to 100 m) local undulations superposed to the regional uplift pattern, which is the dominant tectonic signal. The local structures spatially coincide with the last generation folds and locally with southward-directed left-transpressional faults mapped in bedrock and locally in Early-Middle Pleistocene fan-delta deposits, striking orthogonal to the coastline, and involving the sea-bottom along their offshore extension. Structural analysis and appraisal of local network seismicity and regional GPS geodesy suggests that the area is experiencing transpressional deformation in response to a broad NE-SW shortening; this explains the origin of the local-scale undulations in the deformation profile of paleo-shorelines as due to fault-related crustal folds. The recent tectonic activity of the major faults in northern Calabria was supported by a morphotectonic analysis. We used the SL index, Vf index and the hypsometric integral in order to identify drainage network anomalies, and the residual topography and the swath profiles to characterize the landscape. All the indexes are poorly linked to lithological and climatic factors, and anomalies were found to be spatially related to the faults inquired to cause the paleo-shorelines deformation. The greater morphotectonic anomalies correspond to the maximum deformation zone of the paleo-shorelines, along the southern flank of the Pollino Chain. On-shore and offshore faults were grouped in geometrically coherent systems of faults of assigned length, dip and kinematic parameters. This selection was the basis for a numerical modeling of the vertical coseismic deformation associated to the transpressional faults which could reproduce the observed deformation profile of paleo-shorelines. The model is based on two major assumptions: a) the earth is assumed to be an elastic half-space; b) the faults are assumed to be rectangular shaped. The geometrical fault parameters (strike, plunge, dip, length, width, area, minimum and maximum depth) were derived from geological cross sections, offshore seismic reflection profiles and morphological evidences. The faults rakes were derived from structural, geodetic and seismic data. We modeled two fault zones (Amendolara Fault Zone, AMFZ, and Valsinni Fault Zone, VFZ), that, on the base of the seismic reflection profile F75-89, have accrued a significant vertical displacement and affect Middle Pleistocene sediments. The geometric and cinematic parameters that better can explain the marine terraces deformation were mathematically derived through an iterative procedure between 558613 combinations. The good match obtained between the deformed paleo-shorelines and the coseismic model supports the contention that transpression along the AMFZ and VFZ fault zones can reasonably explain the marine terraces deformation. Besides, the local fault-related vertical deformation is less than the 34% of the total uplift suffered by the coastal area. Basing on the fault modeling results for the terraces from T8 to T2, we also find that fault activity not only changed through time for individual faults (and for the cumulative fault array), but also shifted among single faults, between the AMFZ and the VFZ fault zones. It seems also that in the last ~81 ka the AMFZ has accrued the largest deformation with an increase of the vertical deformation rate from 0 to 1.3 mm/a. This could explain the increase in the Holocene uplift rates deduced from T0 elevation along the Pollino coastal range (from 0.7 to 2.2 mm/a), together with the greater morphotectonic anomalies and an apparent spatial clustering of minor seismicity that currently characterize the Pollino Chain and the Amendolara Ridge southern flanks relative to the Valsinni Ridge. Finally, detailed morphometric analysis (river steepness maps, pattern and basin asymmetry analysis, knickpoint correlation with marine terraces and paleo-longitudinal river profiles reconstruction) were performed along the major rivers draining the eastern Pollino flank in order to test and to improve the proposed deformational model. The morphometric data confirm the fault modeling results providing insights into the erosion rates and the recent landscape evolution.
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