Detecting and modeling active structures in northern Calabria: new insights from drainage network morphometric analysis

A detailed morphometric analysis of the drainage network on the eastern side of the Pollino mountain range (NortheasternCalabria) was performed in order to gain new insights on the active tectonic frame, the landscape evolutionstate and the response time of the hydrographic network to the tectonic deformations. The uniform coastal lithology andclimate allow us to isolate the tectonic signal from the fluvial morphometric analysis.Previous work, based on detailed mapping and lateral correlation of ten marine terrace orders (Middle Pleistocene –Holocene) between the Pollino range and the southern border of the San Nicola plain (Basilicata), and on analysis ofstructural, geodetic, geophysical and seismic data, allowed to hypothesize the active uplift of two fault-propagationfolds, along the Pollino and the Valsinni ridges, linked to the high-angle transpressive shear zones that affected theregion since the Early Pleistocene.The quantitative analysis of the longitudinal profiles was performed in order to test and improve the above mentioneddeformation model. Linear regressions of the logarithms of channel gradient and drainage area data was used to findconvexities (knickpoints) and to determine the concavity index (θ) and the steepness index (ks). Based on the θ and ksvalues the river paleo-longitudinal profiles were reconstructed in order to correlate each knickpoint with a marineterrace and the following glacial eustatic regression. The river vertical incision rates and the along coast variation of theknickpoints elevation linked to the same glacial eustatic regression are in perfect agreement with the deformationmodel. The rivers that flow through the uplifting Pollino and Valsinni anticlines are characterized by an increase of the:1. longitudinal gradient; 2. vertical incision rate; 3. knickpoints elevation. They react to the higher uplift rates increasingtheir steepness in order to gain sufficient energy to incise the river-bed and to reestablish the previous equilibrium state.The hydrographic network response time (~105 year; that is the time for the knickpoint migration through the entirebasin) shows that the tectonic morphometric anomalies are linked to active landscape deformation processes. Finally,the drainage network morphometric analysis has confirmed the deformation model derived from the paleo-shorelineprofiles and from structural-geophysical data, suggesting that the analyzed sector of the Southern Apennine is stillaffected by a transpressional tectonic regime.

Un’analisi morfometrica di dettaglio delle principali fiumare che drenano il versante orientale del Pollino (Calabria Nordorientale)ha consentito di acquisire nuove conoscenze riguardo il quadro tettonico attivo, lo stato evolutivo delpaesaggio e i tempi di risposta del sistema idrografico alle deformazioni imposte dalla tettonica. La possibilità dideterminare indipendentemente i fattori di controllo di natura climatica, litologica e tettonica rende l’area di studio unottimo banco di lavoro per l’analisi dei processi tettonici attivi attraverso l’applicazione delle tecniche morfometriche.In lavori precedenti, sulla base del rilevamento di dieci ordini di terrazzi marini (Pleistocene Medio – Olocene), tra ilversante orientale del Pollino e il limite meridionale della Piana di San Nicola (Basilicata) e di dati strutturali, geofisici,geodetici e sismici era stato ipotizzato che l’area è interessata dal sollevamento di due anticlinali di crescita, incorrispondenza delle dorsali del Pollino e di Valsinni, relazionate a zone di taglio transpressive, ad alto angolo e adirezione NO-SE, attive a partire dal Pleistocene Inferiore.Con l’obiettivo di verificare e implementare il suddetto modello di deformazione è stata realizzata un’analisi quantitativadei profili longitudinali delle fiumare che ha consentito di individuare numerosi knickpoint. La ricostruzione dei paleoprofililongitudinali delle valli, attraverso l’utilizzo dei parametri ks (indice della pendenza) e θ (concavità), ricavati daigrafici logaritmici area del drenaggio – gradiente, ha permesso di datare le convessità di origine eustatica (regressioniglaciali) attraverso la correlazione con i terrazzi marini. I risultati ottenuti (tassi di incisione verticale delle fiumare,variazione lungo costa dell’altezza delle convessità correlate ad uno stesso ciclo glaciale e dei parametri ks e θ) sono inperfetto accordo con il sollevamento delle suddette anticlinali. In corrispondenza di queste ultime i corsi d’acquareagiscono ai maggiori tassi di sollevamento attraverso un aumento dei gradienti finalizzato all’acquisizione dell’energianecessaria ad erodere e attraversare la soglia tettonica in sollevamento. Il risultato è un aumento dei tassi di incisionefluviale fino ad un massimo di 0,7 mm/a. I tempi di risposta del sistema idrografico (~105 anni; tempo necessario ad unaconvessità per migrare attraverso l’intero bacino idrografico) indicano che le anomalie morfometriche relazionabili allatettonica sono necessariamente legate a processi di deformazione del paesaggio tuttora attivi. In definitiva, l’analisimorfometrica conferma il modello di deformazione precedentemente proposto sulla base dei profili delle antiche linee diriva e dei dati strutturali e geofisici, evidenziando che il settore di catena investigato è tuttora interessato da tettonicatranspressiva.