Песчаник Якобсвилля — это красное песчаниковое образование , отмеченное светлыми полосами и пятнами, в основном встречающееся в северной части Верхнего Мичигана , частях Онтарио и под большей частью озера Верхнее . Требуемый за свою прочность и эстетичность, песчаник использовался в качестве архитектурного строительного камня как в Канаде, так и в Соединенных Штатах. Камень добывался в тридцати двух карьерах по всему Верхнему полуострову Мичигана примерно между 1870 и 1915 годами.
Песчаник называли по-разному: редстоун , браунстоун , песчаник озера Верхнее и восточный песчаник . В 1907 году формация Якобсвилл получила свою нынешнюю классификацию и название Якобсвилль в честь Якобсвилля, штат Мичиган , города, известного производством песчаника. Песчаник откладывался в наземных флювиальных средах в начале неопротерозойской эры. [1]
Самые ранние геологические исследования южной части озера Верхнее были проведены в начале 1800-х годов. Во многих исследованиях термин « песчаник озера Верхнее» использовался для описания ряда различных геологических формаций. [2] [3] Дифференциация песчаника в основном сосредоточена на восточно-западном разделении через полуостров Кивино или между нижними красными и верхними серыми песчаниками. [4] Текущее определение формации Якобсвилл было дано в 1907 году AC Lane и AE Seaman , в которых различные песчаники озера Верхнее были разделены на Jacobsville, Freda и Munising . [5] [6] Jacobsville отражает песчаники, описанные либо как нижние красные , либо как восточные . [7] Они также ввели название Jacobsville в честь Jacobsville, Мичиган , города, известного производством песчаника, включая «знаменитый Portage Redstone». [3] [7]
Сходство в литологии и наборах тяжелых минералов между песчаником Jacobsville и группой Bayfield , похожим песчаником, расположенным в северном Висконсине, предполагает, что они могут быть связаны. [8] [9] Песчаник Jacobsville больше всего похож на самую верхнюю формацию группы, песчаник Chequamegon. [10] Несмотря на их сходство, неизвестно, являются ли эти две формации одной и той же. [10] [11] Корреляция между Jacobsville и песчаником Freda (вместо Bayfield) была предложена на основе схожей минералогии, текстуры и стратиграфического положения. [12] Формация похожа на формацию Middle Run на юго-западе Огайо. [13] Ранние исследования также предполагали корреляцию между Jacobsville и песчаником Potsdam в Нью-Йорке. [5]
Красный обломочный слой в округе Патнэм, штат Огайо, был предварительно назван песчаником Якобсвилля в 1948 году Чарльзом Фетке. [13]
Песчаник Якобсвилля, как правило, красный из-за небольшого количества оксидов железа, с пятнами различных розовых, белых и коричневых оттенков. [14] Песчаник имеет множество белых полос и сферических пятен, вызванных выщелачиванием и обесцвечиванием, которые образуют резкие границы с окружающими цветами. [14] [15] Его литология варьируется от богатого кварцем до богатого полевым шпатом песчаника и сланца. [16] [17] Формация состоит из четырех различных фаций : конгломерата , линзовидного песчаника, массивного песчаника и красного алеврита . [18]
Песчаник хорошо сцементирован [17] и не содержит ледниковых отложений и ископаемых. [19] Размеры зерен песчаника Якобсвилля составляют от 0,25 до 0,5 мм (от 0,0098 до 0,0197 дюйма). [14] Согласно среднему значению образцов, взятых в округах Маркетт и Элджер , песчаник Якобсвилля состоит из: 27,4% неволнистого кварца, 27,0% волнистого кварца, 23,0% калиевого полевого шпата и 12,3% кремнистых вулканических обломков. Более мелкие составляющие: 3,8% поликристаллического кварца, 2,4% метаморфического, 1,4% осадочного, 1,3% непрозрачного, 0,8% основного вулканического и 0,1% плагиоклаза . Тяжелый минеральный состав песчаника Якобсвилля состоит на 84% из ильменита , 4–5% лейкоксена , 4% граната , 3% апатита , 3% циркона и 1% турмалина . [14]
Формация расположена к юго-востоку от разлома Кивино на полуострове Кивино и к югу от озера Верхнее, далее на восток на Верхнем полуострове. [20] В Онтарио песчаник Якобсвилль залегает под Sault Ste. Marie и простирается прерывисто вдоль берега озера от реки Бар на юге до Вавы на севере. [21] [22] Формация также имеет небольшую протяженность в округе Айрон, штат Висконсин . [23] Из-за крайне неровной поверхности, на которой она отложилась, [9] толщина формации варьируется от 5 футов (1,5 м) до более 1800 футов (550 м) в Мичигане. [24] Песчаник также залегает под большей частью озера Верхнее, в частности , к западу от Мунисинга , [7] при максимальной толщине более 3000 футов (910 м). [3] Формация Якобсвилль несогласно залегает под формацией Мунисинга и над группой Оронто . [19] [25] Формация является верхним членом супергруппы Кевинаван . [26] Песчаник Якобсвилл варьируется от горизонтального до слегка наклонного, а палеотеки направлены в сторону бассейна озера Верхнее. [27]
Формация Якобсвилл обнажается на поверхности по всему Верхнему полуострову, с меньшими выходами в Онтарио и Висконсине. [28] Скалы песчаника, как правило, имеют глыбовые осыпи , которые поддерживают мало растительности. [29] Песчаник Якобсвилл, возвышающийся всего на несколько футов над уровнем озера, является старейшей формацией, обнажающейся в национальном озерном побережье Пикчед Рокс . Песчаник занимает видное место на Гранд-Айленде в национальном лесу Гайавата . [25]
Песчаник Якобсвилл откладывался в речных , озерных и дельтовых средах. [25] [30] Песок и гравий переносились потоками, которые текли на север из Северного Мичиганского нагорья, остатков гор, образовавшихся во время Пенокейского орогенеза . Потоки выравнивались вдоль того, что сейчас является южным берегом озера Верхнее, откладывая осадок, который образовал песчаник Якобсвилл. [9] Среда отложения была влажной и сырой, что привело к красному цвету песчаника из-за осаждения пигментного гематита. Последующий поток жидкости создал полосы цвета в Якобсвилле, где пигментный гематит был обесцвечен. [31]
Формация Якобсвилл была отложена поверх пород позднего мезопротерозоя Мидконтинентального разлома. Например, вдоль реки Стерджен в Национальном лесу Оттавы песчаник Якобсвилл несогласно залегает на базальте Мидконтинентального разлома возрастом около 1108 миллионов лет, на котором до отложения песчаника Якобсвилл образовалась почва. [32] Якобсвилл несогласно перекрыт кембрийской формацией Мунисинг . Точный возраст песчаника Якобсвилл между этими ограничивающими ограничениями долгое время был неопределенным. Точное датирование зерен обломочного циркона в песчанике Якобсвилл теперь ограничивает его отложение после 992,51 ± 0,64 млн лет. [1] Дополнительное ограничение по возрасту исходит из того, что песчаник Якобсвилл был сложен в зоне разлома Кивино. [33] Движение по разлому Кивино связано с поздними стадиями гренвильского орогенеза возрастом от 1090 до 980 миллионов лет . [1] В результате песчаник Якобсвилля, как предполагается, был отложен во время финальной фазы Риголет гренвильского орогенеза (1010–980 миллионов лет назад).
Формирование представляет собой в основном неограниченный водоносный горизонт , [34] называемый водоносным горизонтом Якобсвилля , [17] , который охватывает площадь 4363 квадратных миль (11300 км 2 ). [35] Несмотря на то, что это водоносный горизонт песчаника, он имеет низкую проницаемость [36], и вода в основном движется через трещины и изломы, которые простираются на глубину около 100-150 футов (30-46 м). В 1985 году 6,5 миллионов галлонов США (25000 м 3 ) пресной воды изымалось в день для использования человеком. [17] Ряд скважин в коренной породе водоносного горизонта Якобсвилля имеют повышенные уровни урана . [37] Повышенный уран также способствует высоким уровням радона , особенно на полуострове Кивино. [38]
Самая ранняя добыча песчаника произошла в округе Алжир в 1860-х годах, когда две компании поставляли камень для строительства близлежащих доменных печей для металлургической промышленности . [39] Первая широкомасштабная и коммерческая добыча песчаника началась около 1870 года. [40] Промышленность достигла пика в начале 1890-х годов. [41] Около тридцати двух карьеров [42] существовали на протяжении многих лет, сгруппированные около Джейкобсвилля и Маркетта, а другие были разбросаны вдоль побережья озера Верхнее. [43] Конец промышленности наступил по-разному в зависимости от местоположения, хотя завершился около 1915 года с началом Первой мировой войны . [44]
Одной из главных фигур в песчаниковой промышленности Джейкобсвилля был Джон Генри Джейкобс , [42] с которым были связаны крупнейшие производители в районе Джейкобсвилля. [45] Город был основан в 1884 году, когда Джейкобс открыл свои первые карьеры в этом районе. [46] И песчаник, и город Джейкобсвилль названы в его честь. [20]
Два основных вида песчаника Якобсвилля, которые добывались, были редстоун и коричневый камень. [47] Редстоун доставлялся из района Якобсвилля, как в однородном, так и в пестром виде. [48] Пурпурно-коричневый вид коричневого камня, известный как «капля дождя», названный так из-за своего влажного вида, был описан как «самый красивый камень, добываемый на озере Верхнее». [49] Коричневый камень и «капля дождя» поставлялись из Маркетта, однако поставки, как правило, были ограничены. [48] До начала 1900-х годов песчаник Якобсвилля был широко известен как песчаник озера Верхнее, коричневый камень или красный камень и имел префикс в соответствии с местом, где он добывался, например, Маркетт и Портидж-Энтри ( например , коричневый камень Маркетта). [9]
Песчаник добывался как блочный камень , тонновый камень и бутовый камень , причем блочный камень был наиболее ходовым и дорогим. Блоки блочного камня обычно имели размеры 8 на 4 на 2 фута (2,44 на 1,22 на 0,61 м). [50] Побочным продуктом удаления блочного камня был бутовый камень, который либо продавался дешево, либо полностью выбрасывался. [51] Песчаник добывался в период с апреля по ноябрь, [52] поскольку зима могла быть губительной для камня. [53]
Когда открывался новый карьер, до 50 футов (15 м) ледникового наноса и сланцевой вскрыши взрывались и удалялись, чтобы получить доступ к песчанику под ним. Если для забоя карьера не было скал песчаника , длинные и узкие каналы, расположенные на расстоянии четырех футов друг от друга, прокладывались, чтобы обеспечить добычу. [52] Ключ удалялся из каналов, либо путем расклинивания, либо путем взрыва, чтобы создать пространство для перемещения блоков по мере их удаления. [54] После удаления ключа, горизонтально под блоком, который должен был быть добыт, сверлились отверстия, а затем они раскалывались клиньями. Затем эти большие блоки разбивались до нужного размера с помощью клиньев, ударяемых кувалдами. После того, как блоки были правильного размера, их либо перевозили на трамвае в доки, либо напрямую загружали на корабли. [55] Оттуда песчаник отправлялся в порты вдоль Великих озер для распределения внутри страны. [48] [53]
Всемирная Колумбийская выставка 1893 года в Чикаго с ее Белым городом возвестила об изменении стиля, в котором предпочтение отдавалось светлому мрамору и известняку вместо темного цвета песчаника Якобсвилля. [57] Направление архитектуры было кардинально изменено в течение десятилетия за счет песчаника Якобсвилля, особенно в районе озера Верхнее. [58] В 1896 году комиссар по статистике полезных ископаемых Мичигана сообщил, что:
Архитекторы высказались против этого в своих планах и спецификациях... по той причине, что архитектура должна иметь смену стиля и материала, как шляпное дело и портняжное дело. Они утверждали, что слишком много песчаника используется, и что однообразие должно быть нарушено использованием камня другого вида и цвета... [53]
Промышленность начала приходить в упадок, и многие карьеры простаивали, поскольку ранее добытого песчаника было достаточно для удовлетворения спроса. [59] После нескольких лет пониженного спроса отрасль восстановилась на рубеже веков. [47] Однако общий объем добычи песчаника в Мичигане достиг пика в 1902 году на уровне 188 073 долларов США и упал до 12 985 долларов США к 1911 году. [56] К 1914 году в штате песчаник добывали менее трех компаний, и поэтому никаких данных не фиксировалось. [56]
По словам директора Мичиганской геологической и биологической службы , упадок был частично вызван Депрессией 1893 года и большим расстоянием от карьеров до основных рынков. [59] Искусственный камень, бетон и кирпич стали популярными и недорогими, вытеснив все разновидности камня с рынка. [59] Кроме того, производители кирпича успешно вели кампанию против использования камня. [60] Около 1897 года песчаник Якобсвилля привлек внимание во время строительства здания суда округа Уэйн . [61] Использование песчаника было законтрактовано, но в конечном итоге отменено в пользу камня из Огайо, [62] на фоне обвинений в том, что песчаник Якобсвилля был менее прочным и долговечным. [61]
Точный конец отрасли неясен, но большинство карьеров были закрыты примерно к 1915 году. [42] Записи указывают, что последний действующий карьер, которым управляла компания Portage Entry Redstone Company, был закрыт между 1923 и 1926 годами. [48] Несмотря на упадок отрасли, некоторые новые постройки все еще использовали песчаник Jacobsville Sandstone несколько лет в двадцатом веке. Примерами являются школа Baraga (1903–06), JH Kaye Hall (1913–15) в Northern State Normal School (ныне Northern Michigan University ) и статуя под названием USS Kearsarge, построенная в Вулверине Управлением по прогрессу работ . [63] Поскольку большинство карьеров больше не работали, песчаник часто спасали из существующих зданий. [64]
Город Джейкобсвилл, основанный песчаниковой промышленностью, достиг пика численности населения около 1897 года, когда насчитывалось около 800 жителей. [46] Город начал приходить в упадок около 1910 года, и к середине 1960-х годов почтовое отделение закрылось, и в нем осталось всего семьдесят жителей. [65]
Хотя песчаник Якобсвилля в основном использовался как камень, существует потенциал для других отраслей промышленности. Формация содержит большое количество железа, но разведка проводилась мало. [66] Была история разведки урановых ресурсов на Верхнем полуострове, в том числе в формации Якобсвилля. [67] [68] В период с 2003 по 2010 год совместная операция двух компаний потратила 1,6 миллиона долларов на разведку урана в Якобсвилле. [69] Также был определенный интерес к возобновлению добычи песчаника как строительного камня . [70]
Песчаник Якобсвилля был признан Международным союзом геологических наук каменным ресурсом мирового наследия . [71]
Песчаник Якобсвилла был популярен как строительный материал из-за своей прочности, долговечности и эстетической привлекательности. В частности, он устойчив к экстремальным температурам огня и циклам замерзания-оттаивания северного климата. [72] Mining Journal of Marquette сообщил 20 ноября 1875 года, что:
Его огнестойкие качества были тщательно проверены во время большого пожара в Чикаго , где стены из коричневого песчаника озера Верхнее... остались целыми, без трещин, отложений или пятен, вызванных сильным жаром, под воздействием которого мраморные фасады крошились и падали на землю. [73]
Песчаник был доступен в больших количествах по низкой цене, а его транспортировка по Великим озерам еще больше снижала расходы. Он также легко поддавался обработке и резьбе и мог использоваться по всему зданию. [40] Наиболее востребованным камнем был камень без белых пятен и однородной окраски. [52] Ричардсоновский романский стиль, который «особенно подходит для выражения в цветном камне», помог популяризировать песчаник в архитектуре. [59] Здания в этом стиле создавали впечатление стабильности в быстро меняющемся обществе и хорошо соответствовали характеру региона озера Верхнее. [74]
Несколько зданий на Верхнем полуострове [75] , а также по всей территории Соединенных Штатов и Онтарио, Канада, используют песчаник Якобсвилл в своих конструкциях. На Верхнем полуострове к таким зданиям относятся театр Калумет , [76] церковь Святого Игнатия Лойолы , [77] и несколько зданий в историческом районе Куинси-стрит . [78] В других местах песчаник использовался в оригинальном отеле Waldorf-Astoria в Нью-Йорке. [46] Многие исторические здания в Су-Сент-Мари, Онтарио, построены из песчаника Якобсвилл, так как он был в изобилии после раскопок канала Су-Сент-Мари в 1895 году и последующего промышленного бума. Эти песчаники кажутся светлее, так как пороги Сент-Мэрис протекали по этим отложениям на протяжении тысячелетий, выщелачивая железосодержание и оставляя мраморную текстуру. [79]
Бутовый камень обычно использовался для фундаментов, свай, волнорезов и пирсов. [51]
Песчаник Якобсвилля использовался в качестве заполнителя для бетона [48] и плитняка . [80]