Nell'era cenozoica, si assiste ad un'evoluzione accelerata della nostra Penisola con il movimento delle grandi falde di ricoprimento verso nord. Il fenomeno inizia alla fine dell'Eocene quando i bacini che separavano gli arcipelaghi erano stati ormai completamente riempiti dal flysch e il mare cominciava a ritirarsi da vaste aree della regione alpina. Contemporaneamente si assistette alla compressione della geosinclinale fra il continente africano e quello europeo con conseguente deformazione e corrugamento del suo contenuto. La fase parossistica dell'orogenesi alpina può collocarsi quindi nell'Oligocene, circa 35 milioni di anni fa.

Alla fine dell'era cenozoica, nell'area corrispondente a quella che diventerà la pianura padana, inizia la deposizione di materiale clastico proveniente dallo smantellamento della catena alpina che stava emergendo dalle acque oceaniche. Questo materiale generò la molassa, una formazione rocciosa costituita da arenarie, argille, calcari e conglomerati, simile al flysch, ma depositatasi in una fase più avanzata dell'orogenesi. Contemporaneamente all'accumulo dei detriti provenienti dalla catena montuosa in via di sollevamento, si assistette ad una notevole attività magmatica che portò alla formazione delle aree vulcaniche dei Lessini, dei Berici e degli Euganei.

Frattanto, la convergenza fra la catena appenninica e quella alpina aveva delimitato un vasto golfo a forma triangolare con vertice in Piemonte e base in Veneto che poi proseguiva lungo la penisola bordando il lato degli Appennini rivolto verso l'Adriatico. In questo mare poco profondo si depositò, durante il Pliocene, la cosiddetta «Formazione gessoso-solfifera» un insieme di terreni di varia natura contenenti livelli di gesso e zolfo che affiora lungo tutto l'arco esterno dell'Appennino fino in Sicilia, mentre nella pianura padana la stessa formazione è ricoperta dai depositi fluvio-glaciali e alluvionali.

Nel Quaternario, infine, la catena alpina, e in parte anche quella appenninica, sono state ripetutamente ricoperte dai ghiacciai i quali hanno portato a valle ingenti quantità di materiale morenico che si è depositato nelle depressioni di fondovalle sbarrando quegli avvallamenti scavati dai ghiacciai stessi e riempiti successivamente d'acqua che formano gli attuali grandi laghi subalpini. Successivamente i fiumi che scendevano dalle Alpi e dagli Appennini hanno provveduto a riempire di materiale alluvionale la pianura padana e, contemporaneamente, il mare che la inondava si ritirò più o meno sulle posizioni che occupa attualmente.

Prima di concludere è necessario accennare a quell'intensa attività magmatica che caratterizza il nostro territorio e che, iniziatasi già nel Pliocene, è continuata poi per tutto il Quaternario e prosegue anche attualmente. Questa attività è consistita nella messa in posto di alcuni piccoli plutoni granitici e granodioritici come quelli dell'Isola d'Elba e del versante tirrenico della Toscana, e vulcanici come quelli di Monte Amiata e dei Monti Cimini. A questa attività endogena sono legati sia i giacimenti di cinabro del Monte Amiata, sia le manifestazioni geotermiche di Larderello.

Della stessa età sono gli apparati vulcanici dei Monti Vulsini e Sabatini, di Vico, di Albano, di Roccamonfina e del Vulture, mentre più recenti sono le prime manifestazioni eruttive dei vulcani attivi della nostra penisola: Vesuvio, Vulcano, Stromboli ed Etna.

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