The sedimentation along the roman coast between middle and Upper Pleistocene: the interplay of eustatism, tectonics and volcanism – new data and review

The Quaternary stratigraphy of the Roman coastal area is one of the most studied for the excellent exposures of the sedimentary succession,which offer the opportunity to analyse the interplay between eustatism, tectonics and volcanism. We present an updated interpretationbased on new stratigraphic and geomorphologic data. Sedimentary successions have been organised as Unconformity-bounded Stratigraphic Units, based on the hierarchy of the bounding unconformities. Major regional unconformities are related to eustaticsea level changes and regional uplift, whereas tectonic uplift and subsidence produced high relief but localised unconformities. Major regional unconformities are related to eustatic sea level changes and regional uplift, whereas tectonic uplift and subsidence produced high relief but localised unconformities. The sedimentary record is best preserved during high stands of the sea level, as constrained bythe several available age determinations of volcanic deposits. The transition from marine to continental environments occurred between approximately 850 and 700 ka, when the Roman area hosted the deltaic sedimentation from a paleo-Tiber river (Ponte GaleriaSynthem). The uplift of the NW-trending Mt. Mario rise, isolated the deltaic sedimentary wedge and forced the paleo-Tiber toward theSE, inside a subsiding valley wherein a thick succession of fluvial conglomerates was deposited. As a consequence of the river diversion,a large lake or swamp probably developed in the area, bearing an influence upon the early phreatoplinian activity of the ColliAlbani volcano which started at about 600 ka (Santa Cecilia Synthem; ca. 700-550 ka). The growth of the volcano progressively shiftedthe river back northward, across the Monte Mario rise (after ca. 550 ka) approximately where the present day river has its course. TheValle Giulia Synthem (ca. 550-450 ka) is made up of clastic and volcaniclastic fluvial deposits, as well as travertine related to both activetectonics (up to 20 m of local uplift) and hydrothermal activity. The subsequent Torrino Synthem (ca. 450-350 ka) is mostly made upof large volume ignimbrites and lavas erupted both from the Colli Albani volcano to the S and the Sabatini volcanoes to the N. Regionaland local tectonics was relatively quiescent. This synthem is cut by the erosional unconformity formed during the low stand of the sealevel relative to the oxygen isotopic stage 10. The overlying succession has been named Quartaccio Synthem, characterised at thebase by the Villa Senni eruption unit (ca. 350 ka), a complex ignimbrite succession erupted from the Colli Albani volcano, which causedthe last and largest collapse of its caldera. The following rise of the sea level produced an abrasion surface at the top of the ignimbrite overlain by dune sand (Nuova California subsynthem, i.e. Duna Rossa antica auct.). These deposits are cut by NE-trending faultsbetween Pomezia and Castelporziano and uplifted by 140+/-5 m during ca. 70 ka, at the rate of 2 mm/y. The uplift produced a localhigh relief unconformity wherein the Aurelia and the Vitinia subsynthems were deposited until ca. 280 ka. The top of the Quartaccio Synthem is presently at elevations comprised between 40 m and 60 m a.s.l. Successively, along with the waning of the volcanic activity,regional uplift resumed at a rate of approximately 0.2 mm/y. This allowed the preservation of terraced deposits, along the coastal beltboth to the N and S of the Tiber delta and along the Tiber Valley, referred to two different isotopic stages. Those related to the oxygenisotopic stage 7 (Campo Selva Synthem), are today preserved between 30 and 40 m a.s.l. whereas those related to the oxygen isotopicstage 5 (Saccopastore Synthem), occur between 15 and 30 m a.s.l. The computed regional uplift rate is well in agreement with knowndata for the Tyrrhenian terrace along the Italian coast.

Il litorale romano è uno degli ambienti più studiati per capire le relazioni tra tettonica, vulcanismo ed eustatismo nel corso delPleistocene. Questo lavoro propone una nuova sintesi delle complesse relazioni stratigrafiche e geomorfologiche di quest’area. I corpirocciosi sono stati organizzati in unità stratigrafiche a limiti inconformi, in base alla gerarchia delle superfici che li delimitano. Per il Pleistocene medio-superiore dell'area romana, le superfici di grado gerarchico maggiore e correlabili a scala regionale, sono legate allevariazioni eustatiche del livello marino, mentre l'azione della tettonica sviluppa superfici ad alto rilievo ma localizzate alle aree di deformazione.Le successioni sedimentarie sono da correlare, in genere, agli alti stazionamenti del livello del mare, come suggerito dalledatazioni dei livelli vulcanici intercalati. L’emersione dell’area romana avviene con la deposizione, tra la dorsale di M. Mario e la costa,dell’unità di Ponte Galeria (ca. 850-700 ka) in facies di delta, alimentata da un paleoTevere proveniente da N. L’isolamento di questocuneo deposizionale avviene per l’innalzamento dell’alto di M. Mario a direzione NW-SE. Il Tevere è forzato a scorrere ad est di questo cuneo, parallelamente alla costa verso SE, lungo una fascia in continua subsidenza con la deposizione di diverse decine di metri di conglomerati, probabilmente determinando una vasta area palustre che condizionerà il carattere freatomagmatico delle prime eruzionidei Colli Albani, note come Tufi pisolitici. Queste unità costituiscono il Sintema Santa Cecilia, depostosi tra 700 e 550 ka ovvero tra lostadio 17 ed il 15. A partire da questo momento, la crescita del vulcano dei Colli Albani risospinge il Tevere verso nord dove trova unvarco verso la costa vicino al suo corso attuale. Il successivo Sintema Valle Giulia (stadio 13) accoglie, oltre alla sedimentazione del Tevere e quella vulcanoclastica, anche ingenti volumi di travertini a testimonianza di una tettonica attiva con dislocazioni dell’ordine dei20 m, e di un importante sistema idrotermale legato all’inizio del vulcanismo. Nel successivo Sintema Torrino (stadio 11) sono inclusi imaggiori volumi di prodotti vulcanici, con la messa in posto di vaste coltri ignimbritiche ed espandimenti lavici sia dai Colli Albani (Lavedi Vallerano, Pozzolane Rosse, Lave di Fosso Tre Rami, Pozzolane Nere) che dai vulcani Sabatini (Tufo Rosso a Scorie Nere).Durante questo periodo la tettonica regionale è relativamente quiescente. Il sintema è tagliato dalla superficie relativa all’abbassamentodel livello del mare, durante lo stadio 10, entro cui si depone il Sintema Aurelia, con alla base l’unità ignimbritica del Villa Senni (350ka), cui si deve il collasso della caldera Tuscolano-Artemisia al centro dei Colli Albani. Subito dopo la messa in posto del Villa Senni siha l’ingressione marina relativa allo stadio 9 che porta alla formazione di una superficie di abrasione al tetto dell’ignimbrite, coperta dasabbie di spiaggia, duna e retroduna (Subsintema Nuova California), ovvero la Duna Rossa antica auct. Questa superficie è dislocatada faglie ad andamento NE tra Pomezia e Castelporziano ed oggi si trova a quote comprese tra +60 m s.l.m.e +100 m s.l.m. Il sollevamento determina la formazione di una superficie erosiva tra la costa e la bassa valle del Tevere, che ospiterà fino ai 280 ka la deposizione dei subsintemi Aurelia e Vitinia la cui quota di tetto è compresa tra i 40 m ed i 60 m s.l.m. Questo terrazzo sutura, o quasi, ledislocazioni tra Pomezia e Castelporziano, che dunque determinarono un innalzamento relativo di 140+/-5 m in circa 70 ka, al tasso dicirca 2 mm/a. Successivamente la regione va incontro a sollevamento generalizzato che, in concomitanza con le oscillazioni del mare, ha consentito la conservazione di terrazzi incassati sia lungo la costa che lungo la valle del Tevere, dove i sedimenti relativi allo stadio7 formano il Sintema Campo Selva oggi posti tra 30 m e 40 m s.l.m., mentre i depositi relativi allo stadio 5 formano il Sintema Saccopastore, oggi riconoscibili tra quota 15 m e 30 m s.l.m. Il tasso calcolato regionale di sollevamento è di 0.2 mm/a in accordo conquanto noto per il litorale laziale a nord ed i dati noti del Tirreniano.