Ледниковая история Миннесоты наиболее определена с начала последнего ледникового периода , который закончился около 10 000 лет назад. В течение последнего миллиона лет большая часть Среднего Запада Соединенных Штатов и большая часть Канады были покрыты в то или иное время ледяным щитом . Этот континентальный ледник оказал глубокое влияние на особенности поверхности области, по которой он двигался. Огромные количества камней и почвы были соскребаны с ледниковых центров к его краям медленно движущимся льдом и переотложены в виде наносов или тилла . Большая часть этого наноса была сброшена в старые доледниковые речные долины, в то время как часть была нагромождена в пояса холмов ( конечные морены ) на краю ледника. Главным результатом оледенения стало изменение доледникового рельефа путем отложения наносов на сельской местности. Однако континентальные ледники обладают большой эрозионной силой и могут фактически изменять доледниковую поверхность земли путем размывания и истирания, а не путем отложения наносов.
Следы оледенения значительно изменили топографию Миннесоты. Вероятно, наиболее значительным изменением стал характер и протяженность дренажа . В доледниковые времена есть основания полагать, что большая часть дождевой или талой воды из снега быстро уносилась обратно в океан. Сегодня большая часть осадков временно задерживается на поверхности в озерах . Ручьи извиваются от озера к озеру, и только часть общего количества осадков уносится реками. Такой рельеф можно охарактеризовать как незрелый, поскольку ручьи еще не смогли образовать сеть, которая быстро и эффективно осушает землю. Река Миссисипи прорезала глубокую долину ниже водопада Св. Антония , но даже воды этой большой реки не текут свободно в океан из-за озера Пепин , которое служит водохранилищем для части воды. Ручьи активно занимались своей эрозионной работой только в течение последних 10 000 лет, предполагаемого периода времени с тех пор, как последний ледник начал свое окончательное отступление. Этот промежуток времени относительно незначителен по сравнению с долгой историей Земли .
Миннесота была покрыта ледником, по крайней мере частично, много раз в течение четвертичного ледникового периода . В порядке возрастания возраста, эти продвижения имели место во время висконсинского эпизода и иллинойского этапа; до этого континентальные ледяные щиты наступали и отступали от Миннесоты много раз в течение пре-иллойского этапа . [1] [2]
Лед перемещался в Миннесоту в разное время из трех ледниковых центров: Лабрадорского центра на севере Квебека и Лабрадора ; Патрицианского центра, расположенного к юго-западу от Гудзонова залива ; и центра Киватин, расположенного к северо-западу от Гудзонова залива.
Отложения, оставленные континентальными ледниковыми щитами , продвигавшимися из этих трех центров, отражают характеристики пород, по которым они проходили. Лед Киватин столкнулся с меловыми известняками и сланцами Манитобы и долины Красной реки , тогда как патрицианский и лабрадорский лед двигался по богатым железом докембрийским кристаллическим породам Канадского щита .
Есть несколько областей, в которых более ранние наносы из ледниковых отложений пре-илионского или иллинойского этапов обнажаются на поверхности. [1] Крайние юго-восточные и юго-западные части Миннесоты ( район безнаносных наносов ) имеют обширные области пре-висконсинских наносов, но они почти везде замаскированы поверхностным покрытием из лесса (переносимого ветром ила). Более того, эти области более старых наносов зрело осушены, потому что у потоков было больше времени, чтобы превратиться в эффективную дренажную систему по сравнению с потоками, текущими в областях, покрытых более молодыми ледниковыми отложениями. Говард Хоббс предположил, что пре-илинойские ледниковые отложения на юго-востоке Миннесоты на самом деле являются более молодыми иллинойскими ледниковыми отложениями. [3] [4]
Когда ледяные щиты сместились в центральную часть Северной Америки , реки, которые раньше текли от Скалистых гор на северо-восток в Северный Ледовитый океан, обнаружили, что их долины забиты льдом. Рекам пришлось отклоняться в обход самых дальних участков льда. Когда лед отступил, новые долины, размытые в ландшафте, не дали рекам вернуться на свои старые позиции.
Висконсинский ледниковый эпизод , самый последний ледниковый период , был разделен на четыре подстадии , каждая из которых представляет собой наступление и отступление льда. Подстадии, названные от самой старой к самой молодой, — это Айован, Тэзуэлл, Кэри и Манкейто. В Миннесоте признаются только Айован, Кэри и Манкейто, но исследования показывают, что дрейф Тэзуэлл может присутствовать на юго-западе Миннесоты.
Дрейф Айовы широко распространен на поверхности только в юго-западной и юго-восточной Миннесоте и содержит мало озер, если вообще содержит, из-за относительно зрелого поверхностного дренажа. Дрейф Тазевелла в юго-западной Миннесоте лишен озер; на самом деле, критерий дренажа был использован Робертом Руэ для различения дрейфов Тазевелла и Кэри.
Почти все озера Миннесоты находятся в пределах дрейфов Кэри и Манкейто. По этой причине необходимо подробно рассмотреть природу и распределение этих двух дрейфовых листов.
Ледники, которые выдвинулись из северо-восточной части Канады, были достаточно толстыми, чтобы вызвать значительную эрозию в северо-восточной Миннесоте. Поскольку затронутая область достигла несколько южнее Миннеаполиса , ее называют «долей Миннеаполиса». Доля Миннеаполиса характерно красная и песчаная из-за красного песчаника и сланцевых исходных пород на севере и северо-востоке; ее также можно узнать по гальке базальта , габбро , красного сиенита , фельзита и железной формации с северо-востока Миннесоты.
Наземная морена с нехарактерными красноватыми богатыми железом отложениями простиралась от Сент-Клауда, Миннесота , обратно на северо-восток. Ледники создали ряд конечных морен, которые простираются с северо-запада от Сент-Клауда в города-побратимы и вверх в центральный Висконсин . Они отложили красноватые пески и гравий на западе и юге в зандровых равнинах .
С отступлением льда Patrician была подготовлена сцена для заключительной фазы оледенения эпизода Висконсин в Миннесоте. Последнее крупное продвижение континентального ледника в Миннесоте достигло кульминации в лепестке, которая достигла юга до Де-Мойна, штат Айова . Движение ледника с северо-запада было из более удаленного источника, чем лед с северо-запада. Последующий ледник, который двинулся в Миннесоту, был довольно тонким и не мог вызвать большой эрозии. Лепесток Де-Мойна создал движущийся на северо-восток выступ, известный как сублепесток Грантсбурга . Также выступающим из основного ледникового щита Киватин был сублепесток Сент-Луиса . Дрейф этих ледяных лепестков, как правило, приходится на позднее висконсинское время. Осадок, переносимый ледником Манкато, окрашен в желтовато-коричневый или темно-желтый цвет и богат глиной и известняком из-за сланцевых и известняковых исходных пород на северо-западе. Верхняя доля также развивалась во времена Манкейто и продвинулась на запад до округа Эйткин, штат Миннесота .
Грантсбургская сублоубия эффективно блокировала сток реки Миссисипи с севера от Сент-Клауда на юго-восток через города-побратимы. Смыв, несущий большое количество песка, был отведен по суше на восток вокруг сублоубии. Настоящей дренажной долины не образовалось; вместо этого несколько небольших ручьев текли на северо-восток, откладывая свои излишки песка по мере своего движения. Это создало приблизительно треугольную песчаную область смыва, называемую песчаной равниной Анока , простирающуюся от Сент-Клауда до городов-побратимов на северо-восток до Грантсбурга, штат Висконсин .
По мере того, как ледники продвигались и отступали через Миннесоту, часть застоявшегося льда было труднее растопить, чем другие области. Ледники продолжали откладывать осадки вокруг, а иногда и поверх этих изолированных ледяных глыб. По мере таяния ледяных глыб они оставляли впадины в ландшафте. Впадины заполнялись талой водой и дождевой водой, образуя озера-котлы .
Озера-котлы могут быть образованы в районе донной морены за конечными моренами . Они могут быть любого размера, а их береговые линии могут состоять из чего угодно: от глины до песка и валунов. В районе конечной морены котлы довольно маленькие, но глубокие, чтобы поместиться между крутыми и холмистыми хребтами морены. Если лед выдвинулся наружу, а затем отступил, оставив после себя зандру, могли образоваться котлы. Озера-котлы зандры обычно мелкие, и их количество намного меньше, чем в других ледниковых регионах. Обильный песок может быстро заполнить впадины и составить большинство пляжей этих озер.
Поскольку в Миннесоте ледниковые движения происходили как с северо-востока, так и с северо-запада, ландшафт был изменен перекрывающимися ледниковыми регионами. Например, равнина, вымытая ледником Кэри, может иметь более новый покров из наземной морены ледника Манкейто, или наземная морена Кэри могла быть впоследствии покрыта намывом ледника Манкейто [ требуется ссылка ] .
Большинство озер в мире — это озера-котлы, образованные ледниковой активностью [ требуется ссылка ] . В Миннесоте большинство озер-котлов находятся в районах донных и конечных морен.
На северо-востоке Миннесоты ледники имели толщину в тысячи футов. По мере того, как ледники двигались по этой местности, они размывали большое количество горных пород. Сам по себе лед не очень абразивен, но, подбирая и перемещая куски горных пород, он мог соскребать более мягкие подстилающие материалы. Вулканические породы залегают в этой местности. Вдоль региона Роув региона Эрроухед есть несколько наклонных слоев вулканических пород, перемежающихся слоями сланца; слои сланца мягче вулканического базальта. По мере того, как ледники размывали материалы, сланцы были удалены. Топография региона Роув чередует холмы (состоящие из диабаза) и долины (бывшие слои сланца); эти холмы и долины ориентированы в направлении с запада на восток. Многие из этих долин теперь являются озерами. Поскольку озера ориентированы с запада на восток, посетители региона Роув думают, что лед двигался в направлении с востока на запад. Ледниковые полосы (царапины) показывают, что лед двигался с севера на юг, перпендикулярно ориентации самих озерных лож.
Рядом с районом Роув находится бассейн озера Верхнее, который находится в миллиардолетней впадине, которая была вызвана разломом Среднего континента. До ледникового периода впадина была заполнена эродированными сланцами. Тысячи футов ледникового льда размыли большое количество сланца. Лед был настолько толстым, что он размыл песчаник до глубины 700 футов (210 м) ниже уровня моря. Нынешнее озеро Верхнее является крупнейшим по площади пресноводным озером в мире.
Около 18 000 лет назад ледниковый щит Лаврентида начал таять и отступать. По мере того, как лед Манкато уменьшался, талая вода скапливалась в нескольких местах вдоль края ледника. Некоторые из этих озер занимали площадь в несколько сотен тысяч квадратных миль и оставили определенный отпечаток на топографии . Все они с тех пор были осушены естественным путем или значительно уменьшились по сравнению с их первоначальным размером.
Ледниковое озеро Дулут — водоем, образовавшийся на юго-западном краю Верхней долины и занимавший гораздо большую площадь, чем нынешнее Верхнее озеро . Его береговые линии возвышались почти на 148 метров над уровнем его современного преемника, озера Верхнее. В раннюю историю озеро Дулут впадало в реку Миссисипи по долине реки Сент-Круа . Было два выхода: один вдоль рек Кеттл и Немаджи в Миннесоте, а другой на востоке вдоль реки Буа-Брюль в Висконсине. Однако позже, когда Верхняя доля отступила дальше на северо-восток, воды озера Дулут слились с водами бассейнов Мичигана и Гурона, и южные выходы были заброшены в пользу более низкого на восточном конце озера Верхнее. Река Кеттл больше не вытекает из озера Верхнее, а протекает в большой долине, которая сама по себе не могла бы образовать ее с ее нынешним стоком. Реки Немаджи и Буа-Брюль на самом деле текут на север к озеру Верхнее через восточный прогляциальный сток. Несмотря на то, что огромное количество воды протекало через южный край озера Верхнее, сток реки Буа-Брюль никогда не был достаточно глубоким, чтобы удалить континентальный водораздел в верховьях реки Буа-Брюль .
Самым большим из всех прогляциальных озер было озеро Агассис , небольшая часть которого занимала нынешнюю долину реки Ред-Ривер в Миннесоте и Северной Дакоте . Ледники на севере блокировали естественный северный дренаж этих территорий. По мере таяния льда прогляциальное озеро образовалось к югу от льда. Вода перелилась через континентальный водораздел в долине Браунс, Миннесота ; стекала через ущелье Траверс и прорезала нынешнюю долину реки Миннесота . Объем сброса был ошеломляющим. Он помог соседней реке Миссисипи образовать очень большую долину на юго-востоке Миннесоты.
Река, которая вытекала из озера Агассис, называется ледниковой рекой Уоррен . Она протекала по вершине отступающей морены в долине Браунс. По мере того, как вода размывала ледниковые отложения, уровень в озере падал. В конце концов, осталось достаточно больших валунов, чтобы образовалась валунная мостовая, которая препятствовала дальнейшему падению. Таким образом, уровень озера на некоторое время стабилизировался. В течение нескольких десятилетий, когда уровень был постоянным, волны на озере создавали заметные пляжи вдоль береговой линии. Ледниковый сток также откладывался на дне озера. В конце концов, валуны у выхода из озера были размыты вниз по течению, и тогда река могла размываться вниз через смесь размеров осадков. Снова образовалась валунная мостовая, и, как и прежде, уровень озера стабилизировался на более низком уровне, снова образовав еще один набор пляжей.
После дальнейшего отступления льда в Канаду , нижние выходы были открыты в залив Гудзона, а выход в долину Миннесоты был заброшен. Континентальный водораздел в долине Браунс стал истоком для текущей на север реки Ред-Ривер и текущего на юго-восток притока реки Миссисипи, реки Миннесота .
За время своего существования озеро Агассис, возможно, было крупнейшим пресноводным озером, когда-либо существовавшим. Ложе озера, состоящее из озерных илов и ила, является одним из самых плоских регионов Земли и чрезвычайно плодородно. Там нет озер, образовавшихся в результате эрозии коренной породы, поскольку лед был слишком тонким для эрозии. На дне озера не обнаружено озер-котловин, поскольку озерные отложения заполнили бы их углубления.