Provenance of the Cotignola quarry sands (northern Apennines) as a tool for palaeogeographical studies on the action of Senio and Santerno rivers in the Romagna floodplain

Palaeogeographic studies on western Romagna plain focus on the location of the ancient pattern of Santerno river, that nowadays joins Reno river before reaching the Adriatic sea near Ravenna. Several authors agree on locating this river in an eastern position during Roman Age and suggest an overlap of Santerno and Senio rivers in the Cotignola floodplain (Fig. 2).
Outcrops of recent fluvial sediments are exposed at Cotignola quarry, near Faenza (Northern Apennines, Italy). According to the the present hydrography, the top sediments (age: ca 1.000 yrs) were deposited only by the action Senio river. On the contrary, the most ancient alluvial deposits of Cotignola quarry display different geological features suggesting a combination of Santerno and Senio contributions.
In the sediment source areas of both rivers there are extensive sandstones and marls outcrops belonging to the “Marnoso-Arenacea” formation. Though, the Santerno source area stands out because it also contains basic volcanic and metamorphic rocks, coarse-grained carbonates and cherts (deep oceanic and ophiolithic lithotypes belonging to the “Ligurian Units”). These rocks can be considered as petrographic tracers of Santerno drainage basin provenance.
Sand samples were collected at Cotignola quarry and compared by means of petrographical analysis to the present day fluvial sands of Santerno deposits, which are to be considered as compositional standard for sediments resulting from the contribution of this river.
At Cotignola quarry basic volcanic and metamorphic, coarse-grained carbonate and chert rock fragments occur in the most ancient sediments, whereas they decrease or disappear upward in the more recent sediments. These results prove that the upper sand top of Cotignola quarry is due only to sedimentation by Senio river, while the lower layers can be considered as the result of contributions from both rivers.
Furthermore, a sand sample was collected near Maiano Monti (age: ca 2.200 yrs BP, radiometric dating), which is located in the floodplain included between Senio and Santerno close to the northern part Senio river (Fig. 4). The petrographic analyses detect the presence of the ophiolithic tracers in the composition of sands collected at Maiano-Monti.
The sediments provenance implement the hypothesis of an eastern location of Roman Santerno river in the Cotignola floodplain and suggest an overlap of its ancient pattern with that of Senio river, according to the archeologic and stratigraphic evidences (Fig. 2 and 3).

Gli studi di paleoidrografia storica della porzione occidentale della pianura romagnola sono imperniati, soprattutto, sulla ricerca del tracciato antico del fiume Santerno, il quale proviene dall'Imolese e attualmente confluisce nel fiume Reno poco prima della foce di questo nell'Adriatico, a nord di Ravenna. La maggioranza degli autori recenti concorda sull'ipotesi che durante l'epoca romana il Santerno avesse in pianura un tracciato più orientale di oltre una decina di kilometri rispetto all'attuale, attraversando la zona di Cotignola, a nord di Faenza, oggi solcata dal solo torrente Senio (Fig. 2).
Nella porzione sommitale della cava per laterizi di Cotignola affiorano sabbie alluvionali (deposte circa 1.000 anni fa secondo la profondità del piano di calpestio medievale nell'area) geomorfologicamente correlabili con il vicino dosso fluviale del Senio. A profondità di oltre 5-6 m affiorano argille e sabbie in facies di piana esondabile sottostanti i piani di calpestio di età romana.
Allo scopo di verificare la provenienza delle alluvioni di età romana e pre-romana della cava di Cotignola, sono stati raccolti dei campioni di sabbie per l'analisi petrografica lungo l'intera sezione stratigrafica e confrontati con un campione di sabbie prelevate nell'alveo attuale del Santerno, circa 10 km a valle di Imola.
Infatti, in entrambi i bacini appenninici fonte di sedimento per il Senio e il Santerno affiorano estesamente le arenarie arcosiche e le marne della formazione “Marnoso-Arenacea”, ma solamente in quello del Santerno affiorano anche rocce basiche vulcaniche e metamorfiche, selci e carbonati a grana grossa, cioè litotipi oceanici profondi e ofiolitici delle “Unità Liguridi”. Questi ultimi (ed in particolare le ofioliti) hanno quindi assunto, ai fini di questo lavoro, il significato di traccianti per discernere la provenienza dei granuli dall'area fonte del Santerno.
Le sabbie basali della cava Cotignola risultano ricche in carbonati a grana grossa e selci e contengono frammenti di rocce basiche vulcaniche e metamorfiche, mentre quelle sommitali sono relativamente povere in queste componenti. In sostanza, i risultati dell'analisi modale confermano la deposizione da parte del solo Senio per gli strati sommitali della cava, mentre indicano, ragionevolmente, un contributo anche da parte del Santerno per la deposizione dei sedimenti profondi e più antichi.
Un ulteriore confronto è stato eseguito con un campione di sabbie medio-grossolane, per cui la datazione radiometrica (14C) ha indicato un'età compresa tra 2.300-2.110 e 2.200-2.090 anni, prelevato in carotaggio a profondità di circa 11 metri presso Maiano Monti, località prossima al corso del Senio ubicata circa 12 km a nord di Cotignola (Fig.4). Anche la composizione di questo campione di sabbie depostesi in età immediatamente pre-romana mostra un probabile contributo di granuli provenienti dal bacino di drenaggio del Santerno, inclusa la presenza dei traccianti ofiolitici, analogamente ai sedimenti basali della cava di Cotignola.
Dallo studio sulla provenienza delle sabbie della piana di Cotignola si conferma più compiutamente l'ipotesi, in accordo con le ricostruzioni paleoidrografiche su base archeologica descritte in Figura 2, della presenza di un tracciato in questa zona del Santerno in età romana e pre-romana, al quale, dopo il suo spostamento verso ovest in epoca medievale, si è poi sovrapposto l'attuale dosso fluviale del Senio.