ミネソタ州の地質は、アメリカ合衆国ミネソタ州の岩石、鉱物、土壌から成り、それらの形成、発達、分布、状態を含みます
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州の地質史は3つの期間に分けられます。第1期間は、地球の誕生から約11億年前までの長い地質不安定期でした。この期間に、州の先カンブリア時代の岩盤は火山活動と堆積岩の堆積によって形成され、その後、断層、褶曲、浸食などの作用によって変化しました。第2期間は、流出と度重なる海水侵入による堆積物の連続的な層の堆積と岩石化によって、多くの堆積層が形成されました。第3期であり最も新しい期間は約180万年前に始まり、氷河作用によって以前の岩層が浸食され、州の大部分に深い氷河堆積層の堆積が起こり、現在の湖や川の底や谷が形成されました。
ミネソタ州の地質資源は、州経済の歴史的基盤となってきました。先カンブリア時代の岩盤からは鉄鉱石などの金属鉱物が採掘され、ミネソタ州北東部の経済はこれらの鉱物の上に築かれました。始生代の花崗岩と片麻岩、そして後には石灰岩と砂岩が、建築用石材や記念碑の材料として採掘されています。氷河堆積物は骨材として採掘され、氷河堆積物と湖沼堆積物は州の農地の土壌を形成し、氷河湖はミネソタ州の観光産業の基盤となっています。これらの経済的資産は、州の歴史と居住パターンを決定づけ、水路、渓谷、平野に沿った交易路と補給路は州の交通回廊となっています。
地質史
先カンブリア時代の岩盤
ミネソタ州には地球上で最も古い岩石のいくつか、約36億 年前(100万年前)に形成された花崗岩質片麻岩があり、これは地球の年齢の約80%に相当します。[ 1 ]約27億年前、後にミネソタ州の基盤となる 最初の火山岩が古代の海から上昇し始め、スペリオルクラトンを形成しました。[ 2 ]このクラトンは後にカナダ楯状地になり、北アメリカクラトンの一部となりました。今日のミネソタ州の基盤となる片麻岩の多くは、ほぼ10億年前に既に形成されていましたが、海の下にありました。[ 3 ] 現在の州の北部に島が出現した地域を除き、その地域の大部分は海中のままでした。
中期先カンブリア時代(約20億年前)には、陸地が水面上に隆起しました。海が後退するにつれて、鉄を含む重鉱床が海岸に堆積し、州中央部からカナダのオンタリオ州北西部にかけて、メサビ、クユナ、バーミリオン、ガンフリントといった鉄山脈が形成されました。[ 4 ]これらの地域では、浅瀬に藻類が生育し、 生命の 兆候が初めて見られました。
11億年以上前、地溝帯が形成され、地溝帯の縁に沿って亀裂から溶岩が噴出しました。この大陸中部地溝帯は、ミシガン州のロウアー半島から北は現在のスペリオル湖まで、南西は湖を通ってダルース地域まで、そして南はミネソタ州東部を通って現在のカンザス州まで広がっていました。[ 5 ] この地溝帯の形成は、大陸が2つの大陸に分かれる前に止まりました。約1億年後、最後の火山は活動を停止しました。
先カンブリア時代後期および古生代堆積岩
造山運動と地溝帯の形成により、大陸中部の地溝帯の低地には起伏の激しい地域が形成された。その後11億年をかけて、高地は削られ、地溝帯は堆積物で満たされ、スペリオル湖付近では数百メートル、さらに南では数千メートルの厚さの岩石が形成された。[ 6 ] 地殻プレートが地球表面をゆっくりと移動し、大陸の衝突と分裂を繰り返しながら、出会ったり離れたりを繰り返したが、北アメリカ・クラトンは安定した状態を保っていた。[ 7 ]プレートテクトニクス による褶曲や断層運動はなくなったものの、この地域は緩やかな沈降と隆起を繰り返し続けた。[ 8 ]
5億5千万年前、この州は浅い海の水に何度も浸水し、その水は数回の周期で拡大と縮小を繰り返していた。現在の北アメリカ大陸は赤道に沿って走っており、ミネソタ州は熱帯気候だった。[ 9 ]三葉虫、サンゴ、巻貝 などの小型海洋生物が海に生息していた。こうした小型動物の殻は海底に沈み、この時代からの石灰岩、砂岩、頁岩の中に保存されている。[ 4 ] その後、ワニやサメに似た生物が水中を泳ぎ回り、メサビ山脈の高地ではサメの歯の化石が見つかっている。[ 10 ]中生代と新生代 には恐竜の絶滅とともに他の陸生動物も現れたが、この時代からの物理的証拠の多くは最近の氷河作用によって削り取られたり埋もれたりしている。この時期のミネソタ州に残る岩石単位は、堆積岩層の最下部にあるマウント・サイモン砂岩から最上部の マクオケタ層群まで、カンブリア紀とオルドビス紀のものである。
氷河期
約200万年前に始まった第四紀には、氷河がこの地域全体で拡大と後退を繰り返した。氷が最後に後退したのは約1万2500年前である。[ 11 ] 溶けた氷河によって州の多くの湖が形成され、川の谷が刻まれた。また、多くの氷河前縁湖も形成され、州の地形と土壌に貢献している。これらの湖で主要なものはアガシー湖で、現在の五大湖すべてを合わせた量に匹敵する巨大な湖である。北部の氷床によって堰き止められたこの湖の膨大な水は、氷河のウォーレン川に流れ出し、トラバース・ギャップを越えて南に流れ、現在はミネソタ川とミシシッピ川が流れている谷を抜けた。最終的に氷床が溶け、レッド川がアガシー湖にハドソン湾への北の出口をもたらした。湖の水が引き出されると、湖底は泥炭地と肥沃な平野になった。同様に、スペリオル湖流域にあるダルース氷河湖は氷河によって堰き止められ、大陸中部地溝帯の古代の流路を流れてセントクロワ川とミシシッピ川に流れ込んでいました。氷河が後退すると、この湖は五大湖を通ってセントローレンス川に流れ込むようになりました。[ 12 ]
巨大な動物たちがこの地域を闊歩していました。ビーバーはクマほどの大きさで、マンモスは肩までの高さが14フィート(4.3メートル)、体重は10 トンもありました。バッファローでさえ、現在よりもはるかに大きかったのです。その後数千年の間に氷河は後退を続け、気候は温暖化しました。そして、巨大生物は約9000年前に絶滅しました。[ 13 ]
この氷河作用によりミネソタ州の大部分は劇的に変貌し、州内の2地域を除く全地域が氷河堆積物の深い層で覆われている。[ 14 ]ミネソタ州南東部の漂砂のない地域は 、最近の氷河作用の影響を受けていない。氷河による浸食や漂砂がないため、この地域は州の他の地域には見られない広範で高度に分断された景観を呈している。ミネソタ州北東部も氷河作用とその影響を受けたが、そこに含まれる太古代および原生代の硬い岩石は、他の多くの地域で最初に遭遇した堆積性の基盤岩よりも氷河浸食に強く、氷河堆積物は比較的まばらである。氷河浸食の影響は明らかに存在し、氷河堆積物の地域もあるが、古い岩石や地形は埋もれずに、この地域の多くの場所で露出したままである。
現代の特徴
現代のミネソタ州は、地質学的に過去よりもはるかに静かです。溶岩流とマグマの貫入の露頭は、11億年以上前に終息した火山活動の痕跡として唯一残っているものです。大陸に囲まれた内陸州であるため、かつて州を覆っていた海からは遠く離れており、大陸氷河は北アメリカから完全に後退しました。ミネソタ州の地形は比較的平坦な準平原で、最高地点と最低地点の標高差はわずか518メートル(1699フィート)です。[ 15 ]
州にはもはや真の山脈や海洋はないが、地形や地質史には地域的な多様性がかなりあり、それがミネソタ州の入植パターン、人類の歴史、経済発展に影響を与えてきた。これらの多様な地質学的地域はいくつかの方法で分類できる。ここで使用する分類は主にサンサムのMinnesota Underfoot: A Field Guide to Minnesota's Geologyに由来するが、オジャカンガスとマッチのMinnesota's Geologyの影響も受けている。これらの権威は一般的に面積的な境界については一致しているが、オジャカンガスとマッチの定義による地域は類似した地質の地域を近似した地理的なものであるのに対し、サンサムの区分は地域内に類似した地質の地域をすべて含めるためにより不規則な形をしており、特に最近の氷河作用の影響を強調している。氷河作用とその残留物が地域の地表地質と地形を大きく決定したため、サンサムの区分は生態学的な地域、セクション、サブセクションと一致することが多い。[ 16 ]
ミネソタ州北東部:古代の岩盤
ミネソタ州北東部は、スペリオル湖の北に位置する州北東部、ジェイ・クック州立公園周辺、ダルース南西部のネマジ川流域、そしてダルースとインターナショナルフォールズを結ぶ国道53号線の東側の大部分からなる不規則な形状の地域である。アガシー湖とアップハム湖の湖底の一部は除外されており、後者は現在、セントルイス川とその支流であるクロケット川の上流域となっている。この地域は、ローレンシャン混合林のスペリオル湖北部高地セクションと面積が等しい。[ 17 ]
その形状から「矢じり」の愛称で知られるこの地域は、この州の激動の過去を最も目に見える形で示す証拠を示している。始生代スーペリア地域が形成された約27億年前の火山活動で初めて形成された岩石が地表に露出しており、[ 18 ]その中には、かつて地球上で露出した最古の岩石であると考えられていた変成作用を受けた高度に褶曲した火山岩である イーリー緑色岩が含まれる。 [ 19 ]約19億年前、原生代層が形成され、この地域に豊富な鉱物資源のほとんどがもたらされた。そして、より新しい貫入岩である斑れい岩や噴出岩であるダルース複合岩体とノースショア火山群の玄武岩や流紋岩は、約11億年前、大陸中部地溝帯で隆起して固まったマグマと溶岩によって形成された。[ 20 ]この活動で形成された先カンブリア時代の 岩盤は侵食されているが、この地域の多くの部分で地表か地表近くに残っている。
この地域全体はカナダ楯状地の南端に位置し、表土は薄く貧弱で、その母土壌はまばらな氷河堆積物ではなく、その下または近くの岩石に由来しています。[ 21 ]この地域の湖の多くは、カナダ楯状地の傾斜した層状岩の差別侵食によって形成された窪地に位置しています。その結果形成されたクレバスに水が溜まり、スペリオル国有林 の数千もの湖や沼の多くが形成されました。[ 22 ]
後氷河期には、ミネソタ州北東部は森林に覆われており、これらの相互につながった湖と湿地がそれを遮るものとなっていた。この地域の大部分は人間の活動によってほとんど変わっておらず、広大な森林と自然保護区があり、最も有名なのはバウンダリーウォーターズ・カヌー・エリア荒野とボエジャーズ国立公園である。この地域の残りの地域では、湖がレクリエーションの場となり、森林はパルプ材のために管理され、その下の岩盤からは先カンブリア時代に堆積した貴重な鉱石が採掘されている。銅鉱石とニッケル鉱石が採掘されてきたが、主要な金属鉱物は鉄である。ミネソタ州の4つの鉄山脈のうち3つがこの地域にあり、その中にはメサビ山脈も含まれ、州の歴史的な産出量の90%以上を供給してきた。これには炉に直接投入できるほど純粋な天然鉱石のほとんどが含まれる。州の鉄鉱山は35億トン以上の鉱石を産出してきた。[ 23 ] 高品位の鉱石は枯渇しましたが、低品位のタコナイトは依然として国の需要の大部分を供給し続けています。
ミネソタ州北西部:氷河湖底
ミネソタ州北西部は、アガシー湖氷河の底にある広大な平野である。この平野はビッグストーンモレーンから北北西に広がり、ミネソタ州境を越えてカナダとノースダコタ州にまで広がっている。北東部では、アガシー湖氷河平野はアローヘッドの森林へと移行している。この地域には、レッド川流域の低地と、州内のレイニー川流域の西半分、アガシー湖のハーマンビーチとほぼ同じ水位が含まれる。[ 24 ]生態学的には、ローレンシャン混合林のミネソタ北部泥炭地、[ 25 ]トールグラスアスペンパークランド、[ 26 ]およびプレーリーパークランドのレッド川渓谷セクションが含まれる。[ 27 ]
この地域の基盤岩は主に始生代で、西側の境界に沿って前期古生代と後期中生代の堆積岩が小規模に存在する。 [ 28 ]ウィスコンシン時代後期までには、この基盤岩はマニトバ州の堆積岩から南へ削り取られて運ばれた粘土質の氷河漂流物で覆われていた。低地は解剖されておらず、基本的に平坦であるが、アガシー湖南部のビーチの約 400 メートルからレイニー川沿いの 335 メートルまで、目に見えないほどに下がっている。アガシー湖氷河が低いレベルまで後退する前にしばらくの間安定していたベンチやビーチを除いて、起伏はほとんどない。湖底とは対照的に、これらのビーチは南から北と東に向かって約 1:5000 の勾配で上昇している。この上昇は最後の氷床の後退後に陸地がアイソスタシー反発によって生じたものである。 [ 29 ] レッド川渓谷の西部では、深さ50メートルまでの細粒の氷河湖の堆積物と腐敗した有機物が、豊かで質感がよく保水性があり、しかも水はけの良い土壌(モリソル)を形成しており、農業に最適です。[ 30 ] 北部と東部では、土地の大部分が水はけの悪い泥炭で、パターン化泥炭地として知られる珍しく独特なパターンに組織化されていることがよくあります。[ 31 ] [ 32 ] これらの湿地帯のわずかに標高の高い場所には、クロトウヒ、アメリカカラマツ、その他の耐水性の樹種が生育しています。
ミネソタ州南西部:氷河川と氷河堆積物
ミネソタ州南西部はミネソタ川、ミズーリ川、デモイン川の流域にある。[ 33 ]ミネソタ川はウォーレン氷河川 の河床にある。ウォーレン川はアガシー湖を排水していたはるかに大きな急流であり、北側の出口は氷河に塞がれていた。コトー・デ・プレーリーはミネソタ川とミズーリ川の谷を分割しており、氷河の前進によって異なるローブが分岐して形成された印象的な地形である。コトーのミネソタ側にはバッファローリッジとして知られる地形があり、平均風速は時速16マイル(26キロメートル)に達する。この風の強い高原は商業用風力発電のために開発されている。[ 34 ]
川と高原の間には、氷河堆積物の深さが変化する平坦な草原が広がっています。州の南西部では、スー族珪岩の岩盤露頭が一般的で、カトリナイトと呼ばれる変成泥岩の互層露頭も稀に見られます。ミネソタ州パイプストーンは、カトリナイト(通称「パイプストーン」)の歴史的なネイティブアメリカン採石場跡です。この地域でもう一つ注目すべき露頭は、ジェファーズ・ペトログリフです。これはスー族珪岩の露頭で、7000年から9000年前のものとみられる多数のペトログリフが刻まれています。[ 35 ]
州の他のほとんどの地域よりも乾燥しているこの地域は、プレーリーとグレートプレーンズの移行地帯です。かつてはプレーリーポットホールとして知られる湿地帯が豊富でしたが、[ 36 ] 90%、または約300万エーカー(12,000 km²)がミネソタ川流域で農業用に排水されました。[ 37 ] ほとんどのプレーリーは現在、農地になっています。[ 37 ]この地域の第四紀および岩盤の地質とこの地域の降水量の減少により、州の他のほとんどの地域とは異なり、地下水資源は豊富ではなく、広く分布していません。これらの制約により、この田舎の地域には、地下水が豊富な井戸があるいくつかの局所的な地域から地域の多くの人口に地下水を輸送する広大な水道管網があります。
ミネソタ州南東部:断崖、洞窟、陥没穴
ミネソタ州南東部は、オワトナ・モレーンによって南西部から隔てられている。これは、最終ウィスコンシン氷河期のデモイン・ローブの末端モレーンであるベミス・モレーンの東支流である。[ 12 ]オジャカンガス・モレーンとマッチ・モレーンは、この地域をモレーンの西に延長し、マンケートとニューアルムの間のアイオワ州境から北に走る線をツインシティーズの緯度まで延ばし、そこから東のセントクロワ川まで広い弧を描いてツインシティーズを取り囲んでいる。[ 38 ]このモレーンは、ミネソタ州道13号線と州間高速道路35号線 のある地域でツインシティーズから南に伸びている。サンサムは、このモレーンが中西部ミネソタ州の氷河の特徴に似ていることから、このモレーンを中西部ミネソタ州の記述に結び付けている。[ 39 ] サンサムの分類(以下参照)によれば、ミネソタ州南東部は東部広葉樹林地域の古生代高原セクションとほぼ境界を接している。[ 40 ]
ここの基盤岩は前期古生代堆積岩で、特に地表付近では石灰岩とドロマイトが広く分布しています。基盤岩は高度に開析されており、ミシシッピ川の支流が基盤岩に深い谷を刻んでいます。この地域はカルスト地形で、多孔質の石灰岩の上に薄い表土が広がり、洞窟や陥没穴が形成されています。最終氷期はこの地域を覆っていませんでした(前述のデモイン末端ローブで停止)。そのため、氷河の漂流による下層土の形成はなく、この地域は「ドリフトレス地域」と呼ばれています。表土は西側に比べて浅く、質も悪いため、換金作物ではなく 酪農が主な農業活動となっています。
ミネソタ州中部:ノブとケトルの国
ミネソタ州中部は、(1)セントクロワ川の流域、( 2)ミシシッピ川とミネソタ川の合流点より上流の流域、(3)ミネソタ川とレッド川の流域のうち、ミシシッピ川との分水嶺となる氷河高原にある部分、(4)ヘネピン郡西部から南のアイオワ州境まで続く細長い土地の上にあるオワトナ・モレーン、(5)セントルイス川の上流の谷とその主要支流であるクロケット川の谷から成り、この2つの川はかつてはミシシッピ川に流れ込んでいたが、河川海賊行為によって占拠され、その水は下流のセントルイス川を通ってスペリオル湖に向けられた。[ 41 ] [ 42 ]氷河地形は、このゲリマンダーのような地域の共通の特徴である。
基盤岩の年代は始生代花崗岩から中生代後期白亜紀の堆積物まで様々であり[ 43 ]、この地域の東部(およびアイオワ州までの南の延長部)の下部には、数千メートルの堆積岩に覆われた大陸棚リフトの後期先カンブリア時代のキーウィーナワン火山岩類がある[ 44 ] 。
地表では、この地域全体が「モレーン地形」で、モレーン、ドラムリン、エスカー、ケイム、アウトウォッシュ平野、ティル平野といった氷河地形が見られます。これらはすべて最近の氷河期の名残です。氷河によって形成された多数の窪地には湿地帯や、州内の「10,000の湖」の多くが存在しており、この地域は最高のリゾート地となっています。氷河堆積物は骨材の原料となり、氷河堆積物の下には良質の花崗岩があり、建物や記念碑の採石に利用されています。
ミネソタ州東中部:岩盤谷と流出平野
ミネソタ州東中部地域は、ミネソタ州中部のうち、州内の3つの大河川の合流点付近に位置する地域です。ダコタ郡、ヘネピン郡東部、そしてミシシッピ川の北、セントクラウドからウィスコンシン州境のセントクロワ川までの東西線より南の地域が含まれます。ツインシティーズ大都市圏の大部分もこの地域に含まれます。[ 45 ]この地域はミネソタ州中部の他の地域と同様の氷河地形を有していますが、活氷河と埋没氷河の両方を含む岩盤谷によって特徴付けられます。
現在、この渓谷にはミネソタ州最大の川が 3 本流れており、ここで合流しています。セントクロワ川はウィスコンシン州プレスコットでミシシッピ川に合流します。上流では、歴史あるフォートスネリングでミネソタ川がミシシッピ川に合流します。ウォーレン川の滝が、はるかに小さな上流ミシシッピ川との合流点を超えて後退したとき、上流ミシシッピ川がはるかに下流のウォーレン川に流れ込む場所に新しい滝ができました。新しい滝はミシシッピ川を上流に後退し、9600 年かけて 8 マイル (13 km) を移動し、 1680 年にルイス ヘネピンが最初にそれを見つけてセント アンソニー滝と名付けました。動力源としての価値があったため、この滝によってミネアポリスの位置が決定されました。西から来るミネハハ クリークの支流は、ミシシッピ川の水路の 1 つからわずか数百ヤード後退しただけです。 ミネハハ滝は、ウォーレン川の滝の美しい遺構として今もなお息づいており、その小さな渓谷では、砂岩の上に石灰岩が重なった構造がはっきりと見て取れます。セントアンソニー滝では、ミシシッピ川が石灰岩の岩棚から50フィート(15メートル)の落差を流れ落ちています。これらの滝は、19世紀の都市発展の基盤となった 製粉所の動力源として利用されていました。
その他の岩盤トンネル谷は、それらを形成し氷河によって堆積した堆積岩の深いところにありますが、ミネアポリスの湖沼群やセントポールの湖沼や乾燥谷によって多くの場所で追跡することができます。[ 46 ]
首都圏の北には、最終氷河期の砂質流出物の平坦なアノーカ砂平原がある。 [ 47 ] この地域の東端には、セントクロワ川のダルズがあり、ダルース氷河湖からの流出水によって古代の岩盤に削られた深い峡谷である。[ 48 ]ここにある州間公園には、大陸棚地溝帯の先カンブリア時代の溶岩流の最南端が地表に露出しており、ミネソタの火山活動の歴史を垣間見ることができる。[ 49 ]
参考文献
注記
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