Original paper

Geomorphological evolution of Phlegrean volcanic islands near Naples, southern Italy

Aiello, G. Barra

Abstract

Using volcanological, morphological, palaeoecological and geoarchaeological data we reconstructed the complex evolution of the island volcanic system of Procida-Vivara, situated west of Naples between the Island of Ischia and the Phlegrean Fields, for the last 75 ky.Late Pleistocene morphological evolution was chiefly controlled by a series of pyroclastic eruptions that resulted in at least eight volcanic edifices, mainly under water. Probably the eruptive centres shifted progressively clockwise until about 18 ky BP when volcanic development on the islands ceased.The presence of stretches of marine terraces and traces of wave cut notches, both below and above current sea levels, the finding of exposed infralittoral microfossils, and the identification of three palaeo-surfaces buried by palaeosoils indicates at least three differential uplift phases. These phases interacted with postglacial eustatic fluctuations, and were separated by at least two periods of general stability in vertical movements. A final phase of ground stability, characterised by the deposition of Phlegrean and Ischia pyroclastics, started in the middle Holocene. Finally, flattened surfaces and a sandy tombolo developed up to the present-day.Recent archaeological surveys and soil-borings at Procida confirm the presence of a lagoon followed by marshland at the back of a sandy tombolo that were formed after the last uplift between the Graeco-Roman period and the 15th-16th century. These areas were gradually filled with marine and continental sediments up to the 20th century.Finally, our investigation showed that the volcanic sector of Procida-Vivara in the late Pleistocene-Holocene was affected by vertical displacements which were independent of and less marked than the concurrent movement in the adjacent sectors of Ischia and of the Phlegrean Fields. The displacements were probably controlled by volcano-tectonic phenomena rather than bradyseism (slow pseudo-elastic deformation of soil due to underground magma intrusion and/or gas and steam pressure).

Kurzfassung

Mit vulkanologischen, morphologischen, paläökologischen und geoarchäologischen Daten wurde die Entwicklung der vulkanischen Inseln Procida-Vivara für die letzten 75.000 Jahre rekonstruiert.Die spätpleistozäne Entwicklung wurde durch mindestens acht submarine pyroclastische Ausbrüche gesteuert, deren Zentren sich dextral verschoben und 18.000 BP endeten. Marine Terrassen, Wellenkerben, infralittorale Mikrofossilien sowie drei Paläooberflächen mit Böden dokumentieren drei Hebungsphasen. Diese überlappen mit den holozänen Meeresspiegelschwankungen und bewirken zwei Perioden an Höhenkonstanz. Eine letzte Phase, belegt durch Ablagerungen von pyroclastischen Sedimenten aus Ischia und den Phlegreischen Feldern, beginnt im mittleren Holozän und es entwickelte sich ein flaches Relief und ein Tombolo.Archäologische Studien und Bohrungen belegen eine Lagune und Marschland hinter einem sandigen Tombolo. Diese bildeten sich nach einer Hebungsphase zwischen der griechisch-römischen Periode und dem 15-16. Jahrhundert und wurden bis ins 20. Jahrhundert mit marinen und kontinentalen Sedimenten aufgefüllt.Letztlich zeigen die Untersuchungen, dass Procida-Vivara im Untersuchungszeitraum durch vertikale vulkanotektonische Bewegungen beeinflusst wurde, die unabhängig von den angrenzenden Sektoren von Ischia und den Phlegreischen Feldern abliefen.

Résumé

En employant les données volcanologiques, morphologiques, palaeoecologiques et geoarcheologiques nous avons reconstruit l'évolution complexe, dans les derniers 75 ky, du système volcanique de l'île de Procida-Vivara, situé à l'ouest de Naples entre l'île d'Ischia et des Champs Flégréens.L'évolution morphologique du Pléistocène terminal a été principalement commandée par une série d'éruptions pyroclastiques qui ont originè au moins huit édifices volcaniques, principalement sousmarines. Probablement les centres éruptifs ont décalé progressivement dans le sens des aiguilles d'une montre jusqu'à environ 18 ky BP, quand le développement volcanique sur les îles a cessé.La présence des bords des terrasses et des traces marines des sillions de battant emergè et submergè, la découverte des microfossils infralittoral exposés et de trois palaeo-surfaces évidentes enterrées par des palaeosoils a accordé l'identification d'au moins trois phases différentielles de soulèvement. Ces phases ont agi l'un sur l'autre avec des fluctuations eustatiques postglaciales et ont été séparées par au moins deux périodes de stabilité générale dans les mouvements verticaux; une phase finale de stabilité, commençant dans l'Holocène moyen et caractérisée par le dépôt des pyroclastites des Champs Flégréens et d'Ischia, le développement des surfaces aplaties et un tombolo arénacé, continue à l'actuel.Les aperçus archéologiques récents et les investigations geognostic chez Procida confirment la présence d'une lagune suivie du marais au fond d'un tombolo arénacé, formée après que la dernière phase de soulèvement du sol, entre les périodes Graeco-Romaines et les 15ème-16ème siècles, et graduellement comblée de sédiments marins et continentaux jusqu'au 20ème siècle.En conclusion, notre recherche a prouvé que le secteur volcanique de Procida-Vivara pendent le Pléistocène terminal-Holocène a été affecté par le mouvement vertical du sol ce qui était indépendant et moins marqué que le mouvement concourant dans les secteurs contigus d'Ischia et des Champs Flégréens, très probablement commandé par des phénomènes volcanotectoniques plutôt que le bradyseism.