Cependant, ce registre géologique est perturbé par plusieurs lacunes prolongées dans le temps, appelées discordances, lorsque aucune roche ne s’est formée ou lorsque des roches qui se sont formées à une époque antérieure ont été érodées par la suite. La figure 1 ci-dessous montre une représentation des intervalles de temps géologiques, depuis le début de la Terre, il y a environ 4,6 milliards d’années, jusqu’à aujourd’hui. Les zones grisées représentent l’âge des principales unités du substratum rocheux du Minnesota, tandis que les zones blanches représentent les discordances, c’est-à-dire les intervalles de temps manquants dans les archives géologiques du Minnesota. Seul un petit pourcentage des temps géologiques est préservé dans la géologie du substratum rocheux du Minnesota.

Dans l’ensemble, la géologie du substratum rocheux du Minnesota peut être subdivisée en trois catégories générales basées sur les temps géologiques. Du plus ancien au plus jeune, ces catégories sont le Précambrien, le Paléozoïque et le Mésozoïque (mis en évidence en rouge sur l’échelle des temps géologiques de la figure 1).

Géologie précambrienne

Que font les falaises de la rive nord du lac Supérieur (fig. 2), les affleurements lisses de la région sauvage de Boundary Waters Canoe Area (Fig. 3), les immenses mines de fer de la chaîne sidérurgique de Mesabi (Fig. 4) et les affleurements bosselés au sein de la vallée de la rivière Minnesota ont-ils en commun (Fig. 5) ? Ils font partie de la très ancienne roche-mère qui sous-tend tout le Minnesota. Le Minnesota est situé à la limite sud du Bouclier canadien, le noyau du continent nord-américain qui s’est formé à l’époque précambrienne. Cette période englobe environ 85 % de l’histoire de la Terre. Les géologues considèrent que l’ère précambrienne a commencé avec la formation de la planète Terre il y a environ 4 550 millions d’années (Ma) et s’est terminée il y a environ 541 Ma, lorsque les organismes dotés de parties dures, comme les coquilles, se sont rapidement diversifiés. Les roches qui se sont formées dans le Minnesota au cours de cet énorme laps de temps témoignent d’une histoire géologique complexe qui a impliqué des volcans, des îles océaniques, des chaînes de montagnes, des tremblements de terre et des conditions géologiques instables très différentes de celles du Minnesota actuel. Le Minnesota précambrien a ressemblé à l’Indonésie actuelle pendant un certain temps ; plus tard, il a ressemblé à la Californie actuelle ; et encore plus tard, il a ressemblé à certaines parties du Moyen-Orient et de l’Afrique orientale.

Photo gracieusement fournie par Andrew J. Retzler

Photo gracieusement offerte par Mark A. Jirsa

Photo reproduite avec l’aimable autorisation de Mark A. Jirsa

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Les montagnes et autres caractéristiques des divers paysages précambriens ont été lentement érodées jusqu’à obtenir un faible relief pendant de nombreux millions d’années. La plupart des roches précambriennes aujourd’hui exposées dans les terrains plats du Minnesota étaient à l’origine beaucoup plus profondes dans la Terre ; elles enregistrent les processus et les conditions qui existaient sous les paysages depuis longtemps supprimés par l’érosion. Les géologues peuvent reconstituer les conditions qui existaient dans l’ancienne croûte précambrienne de la Terre grâce à l’étude de ces roches autrefois enfouies en profondeur et aujourd’hui exposées à la surface. Actuellement, ces roches précambriennes profondément érodées sont pour la plupart recouvertes par des roches sédimentaires plus jeunes, ou par une épaisse couche d’argile, de limon, de sable et de gravier déposés par les glaciers. Cependant, elles apparaissent à la surface par endroits dans le nord-est, le centre-est et le sud-ouest du Minnesota.

Ensemble, les roches précambriennes du Minnesota englobent les roches métamorphiques, ignées et sédimentaires. Les exemples incluent le gneiss, le greenstone, le granite, le graywacke, la formation de fer, le schiste, le basalte, le gabbro et l’anorthosite. On trouve même certaines des plus vieilles roches du monde dans les roches précambriennes de la vallée de la rivière Minnesota – jusqu’à 3,5 milliards d’années !

Géologie paléozoïque

Imaginez un bord de mer sablonneux et tropical s’étendant sur le sud du Minnesota – une partie d’une vaste mer peu profonde qui recouvre une grande partie de l’Amérique du Nord. Les couches rocheuses de grès, de schiste et de calcaire exposées dans une grande partie du sud-est du Minnesota (figures 6 et 7) sont un témoignage géologique de telles conditions qui existaient il y a des centaines de millions d’années, au début de l’ère paléozoïque.

Bien que de nombreuses personnes ne connaissent pas l’histoire géologique du socle paléozoïque du Minnesota, ces roches sont familières à quiconque a visité le sud-est du Minnesota. Les falaises qui bordent les rivières Sainte-Croix, Minnesota et Mississippi, ainsi que leurs affluents, sont composées de couches de roches paléozoïques telles que le grès de Saint-Pierre (Fig. 8) et le groupe de Prairie du Chien (Fig. 9). Les roches paléozoïques reposent sous les dépôts glaciaires dans une grande partie du sud-est du Minnesota, d’aussi loin au nord que Taylors Falls, au sud-ouest jusqu’à Mankato. Elles s’étendent au sud dans l’Iowa et à l’est dans le Wisconsin.

Photo gracieusement fournie par Andrew J. Retzler

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Les couches de roches paléozoïques sont d’origine sédimentaire. Elles sont composées de particules de roches ou de minéraux préexistants, ou sont précipitées par des processus biologiques ou chimiques. Les roches sédimentaires se déposent par l’accumulation de ces particules en couches, ou lits. Les petits grains sont lâchés par le vent ou se déposent dans l’eau pour former du grès et du schiste. Des éléments, tels que le calcium, le magnésium, le carbone et l’oxygène, précipitent à partir de l’eau de mer ou sont laissés sous forme de restes biologiques, tels que des coquilles, pour former ce que nous appelons des sédiments calcaires, ou carbonatés, et des roches ultérieures – soit du calcaire riche en calcium, constitué en grande partie du minéral calcite, soit de la dolomie plus riche en magnésium, constituée en grande partie du minéral dolomite – une grande partie du magnésium étant généralement ajoutée ultérieurement par la percolation de l’eau.

Les différentes roches reflètent les conditions environnementales présentes au moment où les sédiments originaux ont été déposés. Par exemple, là où le sable était rare, des minéraux carbonatés, précipités chimiquement à partir de l’eau de mer, et des coquilles carbonatées d’organismes marins, se sont accumulés pour former le calcaire.

Si vous visitez les falaises fluviales du sud-est du Minnesota, prenez note des formations rocheuses variées. N’oubliez pas que ces roches témoignent de ce qu’était le monde il y a des centaines de millions d’années, lorsqu’une mer tropicale peu profonde existait ici même, dans le Minnesota et dans une grande partie du centre de l’Amérique du Nord.

Géologie mésozoïque

Les roches d’âge mésozoïque du Minnesota racontent l’histoire de deux grandes transgressions marines (ou élévations du niveau de la mer) : l’une au cours de la période jurassique (il y a environ 200 millions d’années) et l’autre au cours de la période crétacée (il y a environ 100 millions d’années).

Les roches jurassiques, mal connues, ne sont connues que par des carottes de forage à l’extrême nord-ouest de l’État (Fig. 10). Elles comprennent du schiste, du calcaire, de la dolomie, du grès et du siltstone éventuellement déposés au sein de cours d’eau, de lacs et d’autres environnements marginaux-marins alors qu’une mer recouvrant une grande partie du Dakota du Nord et d’autres États occidentaux avançait lentement vers l’est.

Les roches crétacées forment une couverture presque continue recouvrant les roches paléozoïques et précambriennes dans toute la moitié occidentale du Minnesota et de nombreux petits points singuliers dans la moitié orientale de l’État (Fig. 10). Ces roches consistent principalement en un résidu altéré et des roches sédimentaires sus-jacentes de conglomérat, grès, mudstone, shale, marne et calcaire mineur. Le résidu, qui s’étend à la fois sur la moitié occidentale et orientale de l’État, s’est développé au cours d’une longue période d’altération et d’érosion allant d’un moment après le Dévonien moyen (il y a environ 370 millions d’années) au Crétacé supérieur (il y a environ 100 millions d’années), après quoi les roches sédimentaires sus-jacentes ont été déposées.

Les roches sédimentaires du Crétacé se sont formées dans un environnement marin et non marin de transition, le long du littoral oriental d’une grande mer intérieure, connue sous le nom de Voie maritime intérieure occidentale, qui séparait autrefois l’Amérique du Nord en deux masses continentales. Des dents de requin, des escargots, des palourdes, des ammonites, des os de poisson et même des parties de crocodile fossilisés sont connus dans les dépôts marins et marginaux-marins du sud-ouest et du nord-est du Minnesota, tandis que des impressions de feuilles et du pollen fossilisés ont été identifiés dans certains des dépôts non marins du sud-est (Fig. 11).

Photo reproduite avec l’aimable autorisation d’Andrew J. Retzler

Carte vedette

Carte géologique S-21 du Minnesota : Géologie du substratum rocheux

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Vous trouverez ci-dessus la version de la carte Web de la carte géologique S-21 du Minnesota : Bedrock Geology publiée en 2011. Elle dépeint notre compréhension géologique actuelle de la répartition temporelle et géographique des unités au sein des principaux terranes précambriens et des strates phanérozoïques (substratum rocheux paléozoïque et mésozoïque). La partie occidentale du terrane précambrien cartographié est déduite en grande partie des cartes géophysiques, ancrées localement par le forage. En de nombreux endroits, des contacts sont établis entre des unités de type rocheux apparent identique ou similaire (et de même étiquette d’unité) ; celles-ci sont reconnues comme géométriquement distinctes, bien que géophysiquement ou lithologiquement similaires. Cliquez ici pour télécharger la version de publication.