.pdf/page1-1280px-Geologic_Map_of_Minnesota-_Bedrock_Geology_(2011).pdf.jpg)
Геология Миннесоты включает горные породы , минералы и почвы американского штата Миннесота , включая их формирование, развитие, распространение и состояние.
Геологическую историю штата можно разделить на три периода. Первый период представлял собой длительный период геологической нестабильности от зарождения планеты примерно до 1100 миллионов лет назад. За это время докембрийская основа штата была сформирована в результате вулканизма и отложения осадочных пород , а затем изменена такими процессами, как разломы , складчатость и эрозия . Во втором периоде многие слои осадочных пород образовались в результате отложения и литификации последовательных слоев осадочных пород в результате стока и неоднократных наступлений моря. В третий и самый последний период , начавшийся около 1,8 миллиона лет назад, оледенение разрушило предыдущие горные образования и отложило глубокие слои ледникового тилла на большей части территории штата, а также создало русла и долины современных озер и рек.
Геологические ресурсы Миннесоты были исторической основой экономики штата . В докембрийской коренной породе добывались металлические минералы, в том числе железная руда, на которой была построена экономика северо-восточной Миннесоты. Архейские граниты и гнейсы, а позже известняки и песчаники добываются для изготовления строительного камня и памятников. Ледниковые отложения добываются для получения заполнителей, ледниковые отложения и озерные отложения образуют материнскую почву для сельскохозяйственных угодий штата, а ледниковые озера являются основой туристической индустрии Миннесоты. Эти экономические активы, в свою очередь, определили историю штата и модели расселения, а маршруты торговли и снабжения вдоль водных путей, долин и равнин стали транспортными коридорами штата .
В Миннесоте находятся одни из старейших горных пород на Земле — гранитные гнейсы , образовавшиеся около 3600 млн лет назад (миллион лет назад) — примерно 80% возраста планеты. [1] Около 2700 млн лет назад первые вулканические породы, которые позже легли в основу Миннесоты, начали подниматься из древнего океана, образуя кратон Супериор . [2] Этот кратон позже объединился в Канадский щит , который стал частью Северо-Американского кратона . Большая часть гнейсов, лежащих в основе нынешнего штата, уже сформировалась почти миллиард лет назад, но лежала под водой. [3] За исключением района, где появились острова на территории нынешней северной части штата, большая часть региона осталась под водой.
В среднем докембрии, около 2000 млн лет назад, суша поднялась над водой. Отложения тяжелых полезных ископаемых, содержащих железо, собрались на берегах отступающего моря, образовав железные хребты Месаби , Куюна , Вермилион и Ганфлинт от центра штата на север до северо-западного Онтарио , Канада. [4] В этих регионах также появились первые признаки жизни , когда на мелководье выросли водоросли .
Более 1100 млн лет назад образовался разлом , и лава вышла из трещин по краям рифтовой долины . Эта рифтовая система Среднего континента простиралась от нижнего полуострова Мичиган на север до нынешнего озера Верхнее , на юго-запад через озеро до района Дулута и на юг через восточную Миннесоту до территории современного Канзаса . [5] Раскол остановился до того, как земля смогла стать двумя отдельными континентами . Примерно 100 миллионов лет спустя последний вулкан затих.
В результате горообразования и рифтогенеза над низкой котловиной Среднеконтинентального рифта остались участки горного рельефа. В течение следующих 1100 миллионов лет возвышенности были разрушены, а разлом заполнился осадками, образовав скалы толщиной от нескольких сотен метров возле озера Верхнее до тысяч метров южнее. [6] В то время как тектонические плиты земной коры продолжали медленно дрейфовать по поверхности планеты, встречаясь и разделяясь в результате последовательных столкновений и расколов континентов, Северо-Американский кратон оставался стабильным. [7] Хотя сейчас в регионе нет складчатости и разломов, вызванных тектоникой плит , регион продолжал испытывать постепенное опускание и поднятие. [8]
Пятьсот пятьдесят миллионов лет назад штат неоднократно затоплялся водами мелководного моря, которые нарастали и отступали в течение нескольких циклов. Территория современной Северной Америки располагалась вдоль экватора, а климат Миннесоты был тропическим. [9] В море жили маленькие морские существа, такие как трилобиты , кораллы и улитки . Раковины крошечных животных опустились на дно и сохранились в известняках , песчаниках и сланцах этой эпохи. [4] Позже существа, напоминающие крокодилов и акул, скользили по воде, а на возвышенностях хребта Месаби были найдены ископаемые акульи зубы . [10] В мезозойскую и кайнозойскую эры за исчезновением динозавров последовали другие наземные животные, но большая часть физических свидетельств этой эпохи была соскоблена или похоронена недавним оледенением . Горные породы, сохранившиеся в Миннесоте с этого периода времени, имеют кембрийский и ордовикский возраст: от песчаника горы Саймон в нижней части последовательности осадочных пород до группы Макокета наверху.
В четвертичном периоде, начавшемся около двух миллионов лет назад, ледники расширялись и отступали по всему региону. Лед отступил в последний раз около 12 500 лет назад. [11] Таяние ледников образовало множество озер штата и запечатлело его речные долины. Они также образовали ряд прогляциальных озер , которые внесли свой вклад в топографию и почвы штата. Главным среди этих озер было озеро Агассис , огромное озеро, по объему соперничающее с объемом всех нынешних Великих озер вместе взятых. Запруженный северным ледяным щитом, огромный поток этого озера нашел выход в ледниковой реке Уоррен , которая текла на юг через Траверс-Гэп через долины, которые сейчас занимают реки Миннесота и Миссисипи . В конце концов ледяной покров растаял, и Красная река дала озеру Агассис северный выход в сторону Гудзонова залива . Когда озеро высохло, его дно превратилось в торфяники и плодородную равнину. Точно так же ледниковое озеро Дулут в бассейне озера Верхнее было перекрыто ледником; он стекал по древнему руслу Срединно-континентального разлома к рекам Санта-Крус и Миссисипи. Когда ледники отступили, озеро смогло стечь через Великие озера в реку Святого Лаврентия . [12]
По территории бродили гигантские животные. Бобры были размером с медведя , а мамонты имели высоту в холке 14 футов (4,3 м) и весили 10 тонн . Даже буйволы были намного крупнее, чем сегодня. Ледники продолжали отступать, и в течение следующих нескольких тысячелетий климат стал теплее; гигантские существа вымерли около 9000 лет назад. [13]
Это оледенение радикально изменило большую часть Миннесоты, и все регионы штата, кроме двух, покрыты глубокими слоями ледникового тилла. [14] Безводная территория юго-восточной Миннесоты не была затронута последним оледенением. В отсутствие ледникового размыва и дрейфа этот регион представляет собой широко расчлененный ландшафт, отсутствующий в других частях штата. Северо-восток Миннесоты подвергся оледенению и его последствиям, но его твердые архейские и протерозойские породы были более устойчивы к ледниковой эрозии, чем осадочные породы, впервые обнаруженные во многих других регионах, а ледниковый тилл относительно немногочисленн. Хотя последствия ледниковой эрозии явно присутствуют и имеются некоторые участки ледникового тилла, более древние скалы и формы рельефа остаются непогребенными и обнаженными на большей части региона.
Современная Миннесота с геологической точки зрения гораздо спокойнее, чем в прошлом. Выходы потоков лавы и вторжения магмы — единственные оставшиеся следы вулканизма, завершившегося более чем 1100 млн лет назад. Не имея выхода к морю внутри континента, штат находится далеко от морей, которые когда-то покрывали его, а континентальный ледник полностью отступил от Северной Америки. Ландшафт Миннесоты представляет собой относительно плоский пенеплен ; его самая высокая и самая низкая точки разделены высотой всего 518 метров (1699 футов). [15]
Хотя в штате больше нет настоящих горных хребтов или океанов, существует значительное региональное разнообразие в формах рельефа и геологической истории, что, в свою очередь, повлияло на структуру расселения Миннесоты, историю человечества и экономическое развитие. Эти разнообразные геологические регионы можно классифицировать несколькими способами. Используемая здесь классификация в основном заимствована из книги Сансома « Миннесота под ногами: полевое руководство по геологии Миннесоты» , но также на нее повлияла « Геология Миннесоты» Оджакангаса и Матча. Эти органы власти в целом согласны с границами территорий, но регионы, определенные Оджакангасом и Матчем, являются более географическими в своих приближениях к областям схожей геологии, в то время как подразделения Сансома имеют более неправильную форму, чтобы включить в регион все области схожей геологии. с особым упором на последствия недавнего оледенения. Поскольку оледенение и его остатки во многом определили региональную геологию и топографию поверхности, подразделения Сансома часто совпадают по протяженности с экологическими провинциями, разрезами и подразделами. [16]
Северо-восточная Миннесота — это регион неправильной формы, состоящий из самой северо-восточной части штата к северу от озера Верхнее, территории вокруг государственного парка Джея Кука и бассейна реки Немаджи к юго-западу от Дулута, а также большей части территории к востоку от шоссе 53 США , которое проходит между Дулут и Международный водопад . Исключены части русла ледниковых озер Агассис и Уфам , последнее в настоящее время занято верхней долиной реки Сент-Луис и ее притока Клоке . Эта территория совпадает с участком Северной Верхней возвышенности Лаврентийского смешанного леса . [17]
Этот регион, известный за свою форму как «Наконечник стрелы» , является наиболее наглядным свидетельством жестокого прошлого штата. На поверхности имеются обнажения пород, впервые образовавшихся в результате вулканической активности около 2700 млн лет назад во время строительства провинции Архаен-Супериор, [18] в том числе зеленокаменные породы Эли , метаморфизованные и сильно складчатые вулканические породы, которые когда-то считались древнейшими обнаженными породами на Земле; [19] Протерозойские образования образовались около 1900 млн лет назад, что дало этой области большую часть ее минерального богатства; и более поздние интрузивные габбро , экструзивные базальты и риолиты Дулутского комплекса и вулканической группы Северного побережья, созданные магмой и лавой, которые поднимались и затвердевали около 1100 млн лет назад во время Срединно-континентального разлома . [20] Докембрийская коренная порода , образовавшаяся в результате этой деятельности, была размыта, но остается на поверхности или близко к ней на большей части территории.
Вся территория представляет собой южную окраину Канадского щита . Верхние почвы тонкие и бедные, а их материнские почвы образовались из скал ниже или поблизости, а не из ледникового тилла, который встречается редко. [21] Многие из озер этого региона расположены во впадинах, образованных дифференциальной эрозией наклонных слоев напластованных пород Канадского щита; образовавшиеся в результате трещины наполнились водой, образовав многие из тысяч озер и болот Верхнего национального леса . [22]
В послеледниковые времена северо-восточная Миннесота была покрыта лесом, прерываемым только этими взаимосвязанными озерами и водно-болотными угодьями. Большая часть территории мало изменилась в результате деятельности человека, так как здесь есть обширные леса и заповедники дикой природы, в первую очередь дикая местность в районе каноэ Баундэри-Уотерс и национальный парк Вояжёрс . В остальной части региона озера служат местом отдыха, леса используются для получения балансовой древесины, а в подстилающих породах ведется добыча ценных руд, отложенных в докембрийские времена. Хотя добываются медные и никелевые руды, основным металлическим минералом является железо. В этом регионе находятся три из четырех месторождений железа Миннесоты, в том числе хребет Месаби , который обеспечивал более 90% исторической добычи штата, включая большую часть природных руд, достаточно чистых, чтобы их можно было подавать непосредственно в печи. Железные рудники штата добыли более трех с половиной миллиардов тонн руды. [23] В то время как руды с высоким содержанием уже исчерпаны, таконит с более низким содержанием продолжает обеспечивать значительную часть потребностей страны.
Северо-запад Миннесоты представляет собой обширную равнину на дне ледникового озера Агассис. Эта равнина простирается на север и северо-запад от Морены Большого Камня, за пределы Миннесоты, в Канаду и Северную Дакоту . На северо-востоке равнина ледникового озера Агассис переходит в леса Эрроухед. Регион включает низменные части водораздела Красной реки и западную половину водораздела реки Рейни в пределах штата, примерно на уровне пляжа Херман на озере Агассис . [24] С экологической точки зрения, он включает в себя торфяники Северной Миннесоты Лаврентийского смешанного леса, [25] парковые зоны Талграсс-Аспен, [26] и секцию долины Красной реки прерийных парков. [27]
Коренная порода в этом регионе в основном архейская , с небольшими участками осадочных пород нижнего палеозоя и верхнего мезозоя вдоль западной границы. [28] К концу времен Висконсина эта коренная порода была покрыта глинистым ледниковым наносом, очищенным и перенесенным на юг из осадочных пород в Манитобе. Низина нерасчлененная и по существу плоская, но незаметно снижается примерно с 400 метров на южных пляжах озера Агассис до 335 метров вдоль реки Рейни. Здесь почти нет рельефа, за исключением скамеек и пляжей, где ледниковое озеро Агассис на какое-то время стабилизировалось, прежде чем опуститься на более низкий уровень. В отличие от дна озера, эти пляжи поднимаются с юга на север и восток с уклоном примерно 1:5000; этот подъем стал результатом изостатического восстановления суши после отступления последнего ледникового покрова. [29] В западной части региона, в долине Красной реки, мелкозернистые отложения ледниковых озер и разложившиеся органические материалы на глубине до 50 метров образуют богатые, хорошо текстурированные, влагоудерживающие, но хорошо дренированные почвы ( mollisols ), которые идеально подходят для сельского хозяйства. [30] На севере и востоке большая часть земель представляет собой плохо дренированный торф , часто организованный в редкие и характерные узоры, известные как узорчатый торфяник . [31] [32] На незначительно более высоких отметках в пределах этих водно-болотных угодий находятся участки черной ели, тамарака и других водоустойчивых видов.
Юго-западная Миннесота находится в водоразделах рек Миннесота , Миссури и Де-Мойн . [33] Река Миннесота лежит в русле ледниковой реки Уоррен , гораздо более крупного потока, который осушил озеро Агассис, в то время как выходы на север были заблокированы ледниками. Кото -де-Прери разделяет долины рек Миннесота и Миссури и представляет собой поразительную форму рельефа, созданную в результате раздвоения различных лепестков ледникового наступления. На стороне кото, расположенной в Миннесоте, находится участок, известный как Баффало-Ридж , где средняя скорость ветра составляет 16 миль в час (26 км/ч). Это ветреное плато было разработано для коммерческой ветроэнергетики . [34]
Между рекой и плато расположены плоские прерии на ледниковых тиллах различной глубины. В крайней юго-западной части штата распространены обнажения коренных пород сиу-кварцита , реже встречаются переслаивающиеся обнажения связанного метаморфизованного аргиллита, называемого катлинитом . Пайпстоун, штат Миннесота, является местом исторических карьеров коренных американцев по добыче катлинита, который более известен как «трубный камень». Еще одним примечательным обнажением породы в регионе являются петроглифы Джефферса , обнажение кварцита сиу с многочисленными петроглифами, возраст которых может достигать 7000–9000 лет. [35]
Более засушливый, чем большая часть остальной части штата, этот регион представляет собой переходную зону между прериями и Великими равнинами . Когда-то богатые водно-болотными угодьями, известными как выбоины прерий , [36] 90%, или около трех миллионов акров (12 000 км²), в бассейне реки Миннесота были осушены для сельского хозяйства. [37] Большинство прерий в настоящее время являются сельскохозяйственными полями. [37] Из-за четвертичной и коренной геологии региона, а также из-за уменьшения количества осадков в регионе, ресурсы подземных вод не являются ни многочисленными, ни широко распространенными, в отличие от большинства других районов штата. Учитывая эти ограничения, в этой сельской местности имеется обширная сеть водопроводов, по которым подземные воды доставляются из немногих локализованных районов с продуктивными скважинами для подземных вод к большей части населения региона.
Юго-восточная Миннесота отделена от юго-западной Миннесоты мореной Оватонна , восточной ветвью морены Бемис, конечной мореной доли Де-Мойна от последнего оледенения Висконсина . [12] Оджакангас и Матч расширяют регион на запад за мореной до линии, идущей на север от границы Айовы между Манкато и Нью-Ульмом до широты городов-побратимов , а затем охватывая последний мегаполис широкой дугой на восток до острова Санта-Крус. Река . [38] Эта морена проходит на юг от городов-побратимов в районе шоссе штата Миннесота 13 и межштатной автомагистрали 35 . Сансом связывает эту морену со своим описанием западно-центральной Миннесоты, учитывая ее сходство ледниковых особенностей с этим регионом. [39] Согласно классификации Сансома (см. здесь), юго-восточная часть Миннесоты обычно совпадает с участком палеозойского плато Восточной широколиственной лесной провинции. [40]
Основой здесь являются осадочные породы нижнего палеозоя , причем у поверхности особенно преобладают известняк и доломит . Оно сильно расчленено, и местные притоки Миссисипи прорезали в скальной породе глубокие долины. Это область карстового рельефа с тонким верхним слоем почвы, лежащим поверх пористых известняков, что приводит к образованию каверн и провалов . Последнее оледенение не охватило этот регион (останавливаясь в упомянутой выше конечной доли Де-Мойна), поэтому здесь нет ледникового дрейфа, формирующего недра, что дало региону название района Без Дрифтлеса . Поскольку верхний слой почвы более мелкий и бедный, чем на западе, основной сельскохозяйственной деятельностью является молочное животноводство , а не выращивание товарных культур.
Центральная Миннесота состоит из (1) водосборного бассейна реки Санта-Крус (2) бассейна реки Миссисипи выше ее впадения в Миннесоту, (3) тех частей бассейнов Миннесоты и Ред-Ривер на ледниковых возвышенностях, образующих водоразделы этих двух бассейнов с бассейном Миссисипи, (4) морена Оватонна на вершине полосы земли, проходящей от западного округа Хеннепин на юг до границы с Айовой, и (5) верхняя долина реки Сент-Луис и долина реки его главный приток - река Клоке , которая когда-то впадала в Миссисипи, прежде чем они были захвачены речным пиратством , и их воды были перенаправлены через нижнее течение реки Сент-Луис в озеро Верхнее. [41] [42] Ледниковые формы рельефа являются общими характеристиками этого региона, похожего на джерримандру .
Возраст коренной породы варьируется от архейских гранитов до верхнемезозойских меловых отложений, [43] а под восточной частью региона (и южной частью Айовы) лежат позднедокембрийские вулканы Кевинаван Среднеконтинентального рифта, перекрытые тысячами метров осадочные породы. [44]
На поверхности весь регион представляет собой «моренную местность» с ледниковыми формами рельефа в виде морен , друмлинов , озов , камов , низменных равнин и тилльных равнин - все это остатки недавнего оледенения. Среди множества впадин, образованных ледниками, находятся водно-болотные угодья и многие из «10 000 озер штата», которые делают этот район идеальной территорией для отдыха. Ледниковые отложения являются источником заполнителя, а под ледниковыми отложениями находятся высококачественные граниты, которые добывают для строительства зданий и памятников.
Субрегион Восточно-Центральной Миннесоты — это часть Центральной Миннесоты, расположенная недалеко от слияния трех крупнейших рек штата. Включены округ Дакота , восточный округ Хеннепин и регион к северу от Миссисипи, но к югу от линии восток-запад от Сен-Клу до реки Санта-Крус на границе с Висконсином . Он включает в себя большую часть агломерации городов-побратимов . [45] Этот регион имеет те же типы ледникового рельефа, что и остальная часть Центральной Миннесоты, но отличается своими долинами коренных пород, как активными, так и погребенными.
В настоящее время в долинах протекают три крупнейшие реки Миннесоты, которые сливаются здесь. Санта-Крус впадает в Миссисипи в Прескотте , штат Висконсин. Выше по течению Миссисипи впадает в реку Миннесота в историческом форте Снеллинг . Когда водопад Ривер Уоррен отступил после впадения в гораздо меньшую по размеру реку Верхнюю Миссисипи , там, где эта река впадала в гораздо более низкую реку Уоррен, образовался новый водопад. Новый водопад отступил вверх по течению Миссисипи, мигрируя на восемь миль (13 км) за 9600 лет туда, где Луи Хеннепин впервые увидел его и назвал водопадом Святого Антония в 1680 году. Благодаря своей ценности как источника энергии, этот водопад определил местоположение Миннеаполис . Один приток реки, идущий с запада, Миннехаха-Крик , отступал всего на несколько сотен ярдов от одного из рукавов Миссисипи. Водопад Миннехаха остается живописным и информативным пережитком водопада Ривер Уоррен, а в его небольшом ущелье легко увидеть постройку из известняка и песчаника. У водопада Сент-Энтони река Миссисипи упала на известняковый уступ с высоты 50 футов (15 м); эти водопады использовались для привода в движение мукомольных заводов , которые послужили основой роста города в 19 веке.
Другие долины туннелей в коренных породах лежат глубоко под ними, пока не отложились ледниками, которые их создали, но во многих местах их можно проследить по Цепи озер в Миннеаполисе, а также озерам и сухим долинам в Сент-Поле. [46]
К северу от мегаполиса находится песчаная равнина Анока , плоская область песчаных вод последнего ледникового периода. [47] Вдоль восточного края региона расположены Даллес реки Санта-Крус , глубокое ущелье, вырезанное стоками из ледникового озера Дулут в древнюю скальную породу. [48] Межгосударственный парк здесь содержит самую южную поверхность обнажения докембрийских потоков лавы Среднеконтинентального разлома , что дает представление о вулканическом прошлом Миннесоты. [49]
{{cite web}}: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )(Дата создания страницы - 01.04.2005.){{cite web}}: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )