Pliocene

Circa 500.000 anni più tardi (5 milioni di anni fa) si ristabilirono le comunicazioni con l'Atlantico e si ripristinarono condizioni marine, come documentato dalla scomparsa delle specie ipoaline e dall'arrivo di biota prettamente marini tra cui alcune specie indicatrici di acque fredde e profonde (ostracodi e coralli psicrosferici) e numerose nuove specie di molluschi, artropodi, pesci e cetacei.

Questo evento rappresenta il concetto storicamente usato per definire la base del Pliocene. Da questo momento in poi il bacino padano, che sino ad allora aveva seguito le vicende del Mediterraneo, iniziò una sua storia particolare che culminò, nel corso di circa 4,5 milioni di anni, col suo colmamento da parte delle alluvioni del fiume Po, e dei tributari, e con la definitiva emersione.

Dopo l'evento trasgressivo Pliocenico si registrò infatti una nuova fase tettonica compressiva che portò al sollevamento del margine appenninico e dei fondali dell'adiacente bacino padano dove si stavano accumulando milioni e milioni di metri cubi di detriti portati dai fiumi. Non a caso dunque l'attuale Adriatico settentrionale raggiunge una profondità massima di soli 85 mt.

I suddetti depositi diedero origine ad una potente successione sedimentaria marina caratterizzata dalla presenza di due cicli regressivi principali (Ciclo Pliocenico Inferiore e Ciclo Pliocenico superiore, localmente riferibili alla Formazione di Lugagnano ed alla Formazione di Castell'Arquato), intercalati da cicli minori, i cui effetti furono talora amplificati o attenuati dall'intensa tettonica locale che caratterizzava i vari settori dell'Appennino.

Miocene superiore (Messiniano)

Il Mediterraneo fu, per molto tempo dopo la sua formazione, un grande golfo dell'Atlantico caratterizzato dalla presenza di estese scogliere coralline, fino a che 5.6 milioni di anni fa (tardo Messiniano) i collegamenti con l'oceano si ridussero drasticamente a seguito della collisione tra Spagna e Africa e di un evento regressivo registrato su scala mondiale riconducibile alla formazione della calotta artica.

Questo fatto associato ad un'intensa evaporazione (tutt'oggi presente) determinarono un grave deficit idrologico, che non poteva essere controbilanciato dal semplice apporto delle acque continentali da parte dei fiumi, a cui fece seguito un rapido abbassamento del livello marino e, quindi, del livello di base dell'erosione; quest'ultimo effetto innescò un'intensa erosione regressiva che produsse, tra l'altro, la formazione di profondi "paleocanyons" attualmente sede dei principali laghi alpini.

All'abbassamento del livello del mare corrispose inoltre l'emersione di vaste aree continentali tra le quali rimasero piccoli bacini a circolazione ristretta entro cui si depositarono, in momenti successivi, i gessi, le anidriti e i sali potassici che attualmente costituiscono la "Vena del Gesso" emiliano-romagnola e che sono alla base della presenza di fenomeni sorgivi di acque solfuree (Terme di Bacedasco).

A questa "crisi di salinità" è imputabile la pressochè totale scomparsa dei biota marini preesistenti che vennero sostituiti da organismi ipoalini affini a quelli della Paratetide (a testimonianza di un temporaneo scambio d'acqua tra i due bacini).

Miocene

Circa 20 milioni di anni fa la collisione della placca Africana con quella Euroasiatica provocò il sollevamento di una serie di catene montuose, estendentisi dalle Alpi sino ai Monti Tauri (Turchia meridionale), che oltre a chiudere le comunicazioni tra la regione Indo-Pacifica e la Tetide divise quest'ultima in due bacini di cui uno più settentrionale ed "est-europeo" (la Paratetide) ed uno più meridionale (il Mediterraneo).

La Paratetide era una specie di enorme lago salato estendentesi dall'attuale Ungheria al Mar d'Aral ed al Golfo Persico che, a causa del suo confinamento all'interno di masse continentali e di una serie di processi geodinamici che variarono l'assetto strutturale dell'area, si frazionò ben presto in una serie di "piccoli" bacini con acque salmastre entro le quali si svilupparono  diverse forme endemiche.   A seguito del suo parziale colmamento e, soprattutto, sotto la continua spinta di fenomeni tettonici compressivi, la Paratetide si ridusse a tal punto da occupare solo le zone depresse corrispondenti agli attuali M.Nero, M.Caspio e M.d'Aral.

Pleistocene

Pleistocene

Con il Pleistocene (circa 1.6 milioni di anni fa) si assiste al definitivo ritiro del mare dal territorio di Castell'Arquato ben documentato da una maggior frequenza di depositi lagunari o continentali all'interno di succesioni sedimentarie marine (come nel caso del torrente Arda). Il limite Plio-Pleistocene è macroscopicamente segnato, nell'intero bacino del Mediterraneo, da un netto deterioramento climatico che porta alla scomparsa degli ultimi organismi ad affinità sub-tropicale ed alla comparsa di organismi tipici di clima temperati-freddi o freddi (ospiti nordici) quali ad esempio l’Arctica islandica.

Quaternario

Durante il Quaternario il mare prosegue il suo ritiro verso est ed i vari affluenti del Po impostano le proprie conoidi alluvionali al limite tra le catene montuose e la vasta pianura.

Circa 800.000 anni fa il mare abbandona definitivamente queste zone e le vaste aree emerse della neoformata pianura padana vengono colonizzate da elefanti, ippopotami e rinoceronti i cui antenati migrarono dall'Africa all'Europa sfruttando i ponti naturali che si formarono durante la "crisi di salinità" messiniana.