Dieser geologische Datensatz wird jedoch durch mehrere längere Zeitspannen unterbrochen, die Diskordanzen genannt werden, in denen sich keine Gesteine gebildet haben oder in denen Gesteine, die sich in einer früheren Zeit gebildet haben, später abgetragen wurden. Abbildung 1 unten zeigt eine Darstellung der geologischen Zeitintervalle vom Beginn der Erde vor etwa 4,6 Milliarden Jahren bis zum heutigen Tag. Die grau schattierten Bereiche stellen das Alter der wichtigsten Gesteinseinheiten in Minnesota dar, während die weißen Bereiche Diskordanzen darstellen, d. h. die Zeitintervalle, die in der geologischen Aufzeichnung von Minnesota fehlen. Nur ein kleiner Teil der geologischen Zeit ist in der Grundgebirgsgeologie von Minnesota erhalten.

Gesamt kann die Grundgebirgsgeologie von Minnesota in drei allgemeine Kategorien auf Basis der geologischen Zeit unterteilt werden. Von der ältesten bis zur jüngsten sind diese Kategorien das Präkambrium, das Paläozoikum und das Mesozoikum (in der geologischen Zeitskala in Abbildung 1 rot hervorgehoben).

Präkambrische Geologie

Was bedeuten die Klippen entlang der Nordküste des Lake Superior (Abb. 2), die glatten Aufschlüsse in den Felsen, die in der Nähe des Lake Superior liegen? 2), die glatten Aufschlüsse in der Boundary Waters Canoe Area Wilderness (Abb. 3), die riesigen Eisenminen in der Mesabi Iron Range (Abb. 4) und die knorrigen Aufschlüsse im Tal des Minnesota River (Abb. 5) gemeinsam? Sie sind Teil des sehr alten Grundgesteins, das ganz Minnesota unterlagert. Minnesota liegt am südlichen Rand des Kanadischen Schildes – dem Kern des nordamerikanischen Kontinents, der sich während des Präkambriums bildete. Diese Zeitspanne umfasst etwa 85 % der Erdgeschichte. Geologen gehen davon aus, dass das Präkambrium mit der Entstehung des Planeten Erde vor etwa 4.550 Millionen Jahren (Ma) begann und vor etwa 541 Ma endete, als sich Organismen mit harten Teilen, wie z. B. Schalen, schnell diversifizierten. Die Gesteine, die sich während dieser enormen Zeitspanne in Minnesota bildeten, zeichnen eine komplizierte geologische Geschichte auf, die Vulkane, Ozeaninseln, Gebirgsketten, Erdbeben und instabile geologische Bedingungen beinhaltete, die sich sehr von dem heutigen Minnesota unterschieden. Das präkambrische Minnesota ähnelte eine Zeit lang dem heutigen Indonesien; später ähnelte es dem heutigen Kalifornien; und noch später ähnelte es Teilen des Nahen Ostens und Ostafrikas.

Foto mit freundlicher Genehmigung von Andrew J. Retzler

Foto mit freundlicher Genehmigung von Mark A. Jirsa

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Abbildung 5. Aufschluss von Knobby Sioux Quarzit in der Nähe des Minnesota River Valley.

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Die Berge und andere Merkmale der verschiedenen präkambrischen Landschaften wurden über viele Millionen Jahre langsam zu einem niedrigen Relief erodiert. Die meisten der präkambrischen Gesteine, die heute in Minnesotas flachem Gelände freigelegt sind, befanden sich ursprünglich viel tiefer in der Erde; sie zeichnen Prozesse und Bedingungen auf, die unter Landschaften existierten, die längst durch Erosion entfernt wurden. Geologen können die Bedingungen rekonstruieren, die in der alten präkambrischen Erdkruste herrschten, indem sie diese ehemals tief liegenden Gesteine untersuchen, die jetzt an der Oberfläche freigelegt sind. Gegenwärtig sind diese tief erodierten präkambrischen Gesteine meist von jüngeren Sedimentgesteinen oder von einer dicken Decke aus eiszeitlich abgelagertem Ton, Schluff, Sand und Kies bedeckt. Sie treten jedoch an einigen Stellen im Nordosten, Osten und Südwesten Minnesotas an die Oberfläche.

Gesamt umfassen die präkambrischen Gesteine Minnesotas metamorphe, eruptive und sedimentäre Gesteine. Beispiele sind Gneis, Grünstein, Granit, Grauwacke, Eisenformation, Schiefer, Basalt, Gabbro und Anorthosit. Sogar einige der ältesten Gesteine der Welt finden sich in den präkambrischen Gesteinen des Minnesota River Valley – bis zu 3,5 Milliarden Jahre alt!

Paläozoische Geologie

Stellen Sie sich eine sandige, tropische Meeresküste vor, die sich über den Süden Minnesotas erstreckt – Teil eines riesigen, flachen Meeres, das einen Großteil Nordamerikas bedeckt. Die Sandstein-, Schiefer- und Kalksteinschichten, die in weiten Teilen des südöstlichen Minnesota freigelegt sind (Abb. 6 und 7), sind ein geologisches Zeugnis solcher Bedingungen, die vor Hunderten von Millionen Jahren, während des frühen Paläozoikums, herrschten.

Obwohl vielen Menschen die geologische Geschichte des paläozoischen Grundgesteins in Minnesota nicht bekannt ist, sind die Gesteine jedem vertraut, der den Südosten von Minnesota besucht hat. Die Steilküsten entlang der Flüsse St. Croix, Minnesota und Mississippi und ihrer Nebenflüsse bestehen aus Gesteinsschichten aus dem Paläozoikum, wie dem St. Peter Sandstein (Abb. 8) und der Prairie du Chien Gruppe (Abb. 9). Paläozoische Gesteine liegen unter glazialen Ablagerungen in weiten Teilen des südöstlichen Minnesota, von Taylors Falls im Norden bis Mankato im Südwesten. Sie erstrecken sich im Süden bis nach Iowa und im Osten bis nach Wisconsin.

Foto mit freundlicher Genehmigung von Andrew J. Retzler

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Paläozoische Gesteinsschichten sind sedimentären Ursprungs. Sie setzen sich aus Partikeln von bereits existierenden Gesteinen oder Mineralien zusammen oder werden durch biologische oder chemische Prozesse ausgefällt. Sedimentgesteine werden durch die Anhäufung dieser Partikel in Schichten oder Betten abgelagert. Kleine Körner werden vom Wind fallen gelassen oder setzen sich im Wasser ab und bilden Sandstein und Schiefer. Elemente wie Kalzium, Magnesium, Kohlenstoff und Sauerstoff fallen aus dem Meerwasser aus oder bleiben als biologische Überreste wie Muscheln zurück, um das zu bilden, was wir als kalkhaltige oder karbonatische Sedimente und spätere Gesteine bezeichnen – entweder kalkreicher Kalkstein, der größtenteils aus dem Mineral Kalzit besteht, oder magnesiumreicher Doloston, der größtenteils aus dem Mineral Dolomit besteht, wobei ein Großteil des Magnesiums häufig später durch versickerndes Wasser hinzugefügt wird.

Die verschiedenen Gesteine spiegeln die Umweltbedingungen wider, die zu der Zeit herrschten, als die ursprünglichen Sedimente abgelagert wurden. Wo beispielsweise Sand knapp war, lagerten sich Karbonatminerale, die chemisch aus dem Meerwasser ausgefällt wurden, und Karbonatschalen von Meeresorganismen ab, um Kalkstein zu bilden.

Wenn Sie die Flussufer im südöstlichen Minnesota besuchen, achten Sie auf die unterschiedlichen Gesteinsformationen. Denken Sie daran, dass diese Felsen aufzeichnen, wie die Welt vor Hunderten von Millionen Jahren aussah, als ein flaches tropisches Meer genau hier in Minnesota und in weiten Teilen des zentralen Nordamerikas existierte.

Geologie des Mesozoikums

Gesteine des Mesozoikums in Minnesota erzählen die Geschichte von zwei großen Meeresübergängen (oder Meeresspiegelanstiegen): einer während der Jurazeit (vor etwa 200 Millionen Jahren) und einer während der Kreidezeit (vor etwa 100 Millionen Jahren).

Die schlecht verstandenen Jura-Gesteine sind nur von Bohrkernproben in der nordwestlichen Ecke des Staates bekannt (Abb. 10). Sie umfassen Schiefer, Kalkstein, Dolomitstein, Sandstein und Schluffstein, die möglicherweise in Flüssen, Seen und anderen marginal-marinen Umgebungen abgelagert wurden, als ein Meer über einem Großteil von North Dakota und anderen westlichen Staaten langsam nach Osten vordrang.

Die kretazischen Gesteine bilden eine fast durchgängige Decke, die die paläozoischen und präkambrischen Gesteine in der gesamten westlichen Hälfte von Minnesota und zahlreiche, kleine Ausreißer in der östlichen Hälfte des Staates bedeckt (Abb. 10). Diese Gesteine bestehen in erster Linie aus verwittertem Restgestein und darüber liegenden Sedimentgesteinen wie Konglomerat, Sandstein, Tonstein, Schiefer, Mergel und in geringem Maße Kalkstein. Das Residuum, das sich sowohl über die westliche als auch über die östliche Hälfte des Bundesstaates erstreckt, entstand während einer langen Verwitterungs- und Erosionsperiode, die irgendwann nach dem Mitteldevon (vor ca. 370 Millionen Jahren) bis in die späte Kreidezeit (vor ca. 100 Millionen Jahren) reichte und nach der die darüber liegenden Sedimentgesteine abgelagert wurden.

Die Sedimentgesteine der Kreidezeit bildeten sich in einer marinen und nicht-marinen Übergangsumgebung entlang der östlichen Küstenlinie eines großen Binnenmeeres, das als Western Interior Seaway bekannt ist und Nordamerika einst in zwei Landmassen teilte. Versteinerte Haifischzähne, Schnecken, Muscheln, Ammoniten, Fischknochen und sogar Krokodilteile sind aus den marinen und marginal-marinen Ablagerungen im südwestlichen und nordöstlichen Minnesota bekannt, während in einigen der nichtmarinen Ablagerungen im Südosten versteinerte Blattabdrücke und Pollen identifiziert wurden (Abb. 11). 11).

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S-21 Geologic Map of Minnesota: Bedrock Geology

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Oben sehen Sie die Webkartenversion von S-21 Geologic Map of Minnesota: Bedrock Geology aus dem Jahr 2011. Sie stellt unser aktuelles geologisches Verständnis der zeitlichen und geografischen Verteilung der Einheiten innerhalb der großen präkambrischen Terrane und der phanerozoischen Schichten (paläozoisches und mesozoisches Grundgestein) dar. Der westliche Teil des kartierten präkambrischen Terranes wird weitgehend aus geophysikalischen Karten abgeleitet, die lokal durch Bohrungen verankert wurden. An vielen Stellen werden Kontakte zwischen Einheiten des gleichen oder ähnlichen offensichtlichen Gesteinstyps (und der gleichen Einheitsbezeichnung) gezogen; diese werden als geometrisch unterschiedlich erkannt, obwohl sie geophysikalisch oder lithologisch ähnlich sind. Klicken Sie hier, um die Publikationsversion herunterzuladen.