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All'inizio del Pliocene, ristabilitesi definitivamente le comunicazioni tra Mediterraneo e oceano Atlantico, un mare ricco di vita vegetale, il mare è tornato ad avanzare fino alle attuali aree di bassa collina ed ha abbandonato sedimenti argillosi e sabbiosi a seconda dei luoghi e delle profondità. In questo periodo si è depositato anche lo ''spungone'', pietra tipica locale, costituita da un calcare del Pliocene inferiore medio, prodotto da una scogliera sottomarina ricca di vita.

Durante il Pliocene superiore e gran parte del pleistocene inferiore, con cui inizia circa 1,8 milioni di anni fa l'era quaternaria, continua nella bassa collina la sedimentazione dell'argille marine il cui inizio della nuova era è indicato dalla comparsa di fossili, testimoniante il raffreddamento del Mediterraneo. Successivamente la profondità del mare è progressivamente diminuita fino a dare luogo nella zona precollinare, tra 1,45 e 1,1 milioni di anni fa, alla spiaggia delle sabbie gialle, interrotta qua e là dai delta dei fiumi appenninici. Sulle terre emerse allora crescevano rigogliose vegetazioni arboree e il mare era ricco di molluschi e di altri organismi. Alla fine del pleistocene inferiore lungo questa costa viveva l' [[homo erectus|''Homo erectus'']], che ha lasciato numerosi reperti nella zona del [[Monte Poggiolo]].

Alla fine del pleistocene medio, su una superficie di erosione raccordante la pianura all'antica superficie collinare, si è venuto formando un livello di limi di origine eolica, definiti loess,<ref>{{cita web|url=https://books.google.it/books?id=-_3oY6CQ9xAC&pg=PA114&lpg=PA114&dq=costa+di+limi+di+origine+eolica&source=bl&ots=fyNMqWo92a&sig=ewFPDLRh1qTUYrZjBqaqtWF9gw8&hl=it&sa=X&ved=0ahUKEwjwzpTi0rTLAhUEwBQKHZrrDBUQ6AEIIzAE#v=onepage&q=costa%20di%20limi%20di%20origine%20eolica&f=false|titolo=Dinamica dei terreni|p= 114}}</ref> attribuibile alla glaciazione rissiana, terminata circa 150.000 anni fa. L'ambiente era allora arido e piuttosto freddo, ed il suolo coperto da piante erbacee e da rari alberi, grossi erbivori (elefanti, rinoceronti, bisonti) che erano preda di piccoli gruppi di cacciatori nomadi.