Tuttavia, questo record geologico è interrotto da diversi intervalli di tempo prolungati, chiamati unconformities, quando non si sono formate rocce o quando le rocce che si sono formate durante un periodo precedente sono state successivamente erose. La figura 1 qui sotto mostra una rappresentazione degli intervalli di tempo geologici, dall’inizio della Terra a circa 4,6 miliardi di anni fa fino ai giorni nostri. Le aree ombreggiate in grigio rappresentano l’età delle principali unità rocciose che si trovano in Minnesota, mentre le aree bianche rappresentano le inconformità, gli intervalli di tempo mancanti dal record geologico del Minnesota. Solo una piccola percentuale del tempo geologico è conservata nella geologia del Minnesota.

In generale, la geologia del Minnesota può essere suddivisa in tre categorie generali basate sul tempo geologico. Dal più antico al più giovane, queste categorie sono il Precambriano, il Paleozoico e il Mesozoico (evidenziato in rosso sulla scala del tempo geologico nella Figura 1).

Geologia Precambriana

Cosa fanno le scogliere lungo la riva nord del lago Superiore (Fig. 2), gli affioramenti lisci nella Boundary Waters Canoe Area Wilderness (Fig. 3), le immense miniere di ferro sulla Mesabi Iron Range (Fig. 4), e gli affioramenti nodosi nella valle del fiume Minnesota (Fig. 5)? Fanno parte dell’antichissimo bedrock che sottende tutto il Minnesota. Il Minnesota è situato sul bordo meridionale dello Scudo Canadese – il nucleo del continente del Nord America che si è formato durante il Precambriano. Questo periodo di tempo comprende circa l’85% della storia della Terra. I geologi ritengono che il Precambriano sia iniziato con la formazione del pianeta Terra circa 4.550 milioni di anni (Ma) fa e sia finito circa 541 Ma, quando gli organismi con parti dure, come le conchiglie, si diversificarono rapidamente. Le rocce formate in Minnesota durante questo enorme arco di tempo registrano una storia geologica complicata che ha coinvolto vulcani, isole oceaniche, catene montuose, terremoti e condizioni geologiche instabili che erano molto diverse dal Minnesota di oggi. Il Minnesota precambriano assomigliava per un po’ all’odierna Indonesia; più tardi, assomigliava all’odierna California; e ancora più tardi assomigliava a parti del Medio Oriente e dell’Africa orientale.

Foto per gentile concessione di Andrew J. Retzler

Foto per gentile concessione di Mark A. Jirsa

Foto per gentile concessione di Mark A. Jirsa

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Le montagne e le altre caratteristiche dei vari paesaggi precambriani sono state lentamente erose a basso rilievo per molti milioni di anni. La maggior parte delle rocce precambriane ora esposte nel terreno piatto del Minnesota erano originariamente molto più profonde nella Terra; esse registrano processi e condizioni che esistevano sotto i paesaggi da tempo rimossi dall’erosione. I geologi possono ricostruire le condizioni che esistevano all’interno dell’antica crosta precambriana della Terra attraverso gli studi di queste rocce precedentemente profonde ora esposte in superficie. Attualmente, queste rocce precambriane profondamente erose sono per lo più coperte da rocce sedimentarie più giovani, o da una spessa coltre di argilla, limo, sabbia e ghiaia depositata dai ghiacciai. Tuttavia, appaiono in superficie in alcuni luoghi nel nord-est, nel centro-est e nel sud-ovest del Minnesota.

Collettivamente, le rocce precambriane del Minnesota comprendono rocce metamorfiche, ignee e sedimentarie. Gli esempi includono gneiss, greenstone, granito, graywacke, formazione di ferro, scisto, basalto, gabbro e anortosite. Anche alcune delle rocce più antiche del mondo possono essere trovate nelle rocce precambriane della valle del fiume Minnesota, fino a 3,5 miliardi di anni fa!

Geologia Paleozoica

Immagina una spiaggia sabbiosa e tropicale che si estende nel Minnesota meridionale, parte di un vasto mare poco profondo che copre gran parte del Nord America. Gli strati di roccia arenaria, scistosa e calcarea esposti in gran parte del Minnesota sud-orientale (Figg. 6 e 7) sono una registrazione geologica di tali condizioni che esistevano centinaia di milioni di anni fa, durante la prima era paleozoica.

Anche se molte persone non sono a conoscenza della storia geologica del paleozoico del Minnesota, le rocce sono familiari a chiunque abbia visitato il Minnesota sud-orientale. Le scogliere lungo i fiumi St. Croix, Minnesota e Mississippi, e i loro affluenti, sono composte da strati di roccia di età paleozoica come il St. Peter Sandstone (Fig. 8) e il Prairie du Chien Group (Fig. 9). Le rocce paleozoiche si trovano sotto i depositi glaciali in gran parte del Minnesota sudorientale, dal nord fino a Taylors Falls, a sud-ovest fino a Mankato. Si estendono a sud nell’Iowa e a est nel Wisconsin.

Foto per gentile concessione di Andrew J. Retzler

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Gli strati di roccia paleozoica sono di origine sedimentaria. Sono composti da particelle di rocce o minerali preesistenti, o sono precipitati da processi biologici o chimici. Le rocce sedimentarie sono depositate dall’accumulo di queste particelle in strati, o letti. I piccoli grani sono lasciati cadere dal vento o si depositano nell’acqua per formare l’arenaria e gli scisti. Elementi come calcio, magnesio, carbonio e ossigeno precipitano dall’acqua di mare o vengono lasciati come resti biologici, come le conchiglie, per formare ciò che chiamiamo sedimenti calcarei o carbonati e le rocce successive – o calcare ricco di calcio, costituito in gran parte dal minerale calcite, o dolomite più ricco di magnesio, costituito in gran parte dal minerale dolomite – con gran parte del magnesio comunemente aggiunto in seguito dall’acqua di percolazione.

Rocce diverse riflettono le condizioni ambientali presenti al momento in cui i sedimenti originali sono stati depositati. Per esempio, dove la sabbia era scarsa, i minerali carbonati, precipitati chimicamente dall’acqua di mare, e i gusci carbonati degli organismi marini, si sono accumulati per formare il calcare.

Se visitate le scogliere del fiume nel sud-est del Minnesota, prendete nota delle varie formazioni rocciose. Ricorda che queste rocce registrano come era il mondo centinaia di milioni di anni fa, quando un mare tropicale poco profondo esisteva proprio qui in Minnesota e in gran parte del Nord America centrale.

Geologia mesozoica

Le rocce di età mesozoica in Minnesota raccontano la storia di due grandi trasformazioni marine (o aumenti del livello del mare): una durante il periodo giurassico (circa 200 milioni di anni fa) e una durante il periodo cretaceo (circa 100 milioni di anni fa).

Le rocce giurassiche poco conosciute sono note solo da campioni di carotaggi nell’estremo angolo nord-ovest dello stato (Fig. 10). Esse comprendono scisti, calcare, dolomia, arenaria e siltite probabilmente depositati all’interno di torrenti, laghi e altri ambienti marini marginali quando un mare su gran parte del Nord Dakota e altri stati occidentali avanzò lentamente verso est.

Le rocce cretacee formano una coltre quasi continua che copre le rocce paleozoiche e precambriane in tutta la metà occidentale del Minnesota e numerose, piccole propaggini nella metà orientale dello stato (Fig. 10). Queste rocce consistono principalmente di residui esposti alle intemperie e di rocce sedimentarie sovrastanti di conglomerato, arenaria, fango, scisto, marna e calcare minore. Il residuo, che si estende sia nella metà occidentale che in quella orientale dello stato, si è sviluppato durante un lungo periodo di erosione e di erosione da qualche tempo dopo il Devoniano medio (circa 370 milioni di anni fa) al tardo Cretaceo (circa 100 milioni di anni fa), dopo di che le rocce sedimentarie sovrastanti si sono depositate.

Le rocce sedimentarie del Cretaceo si sono formate in un ambiente marino e non marino di transizione lungo la costa orientale di un grande mare interno, noto come il Western Interior Seaway, che un tempo divideva il Nord America in due pianure. Denti di squalo fossilizzati, lumache, vongole, ammoniti, ossa di pesce e persino parti di coccodrillo sono noti dai depositi marini e marginali nel Minnesota sud-occidentale e nord-orientale, mentre impronte di foglie fossili e pollini sono stati identificati in alcuni dei depositi non marini nel sud-est (Fig. 11).

Foto per gentile concessione di Andrew J. Retzler

Mappa caratteristica

S-21 Mappa geologica del Minnesota: Bedrock Geology

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Questa è la versione della mappa web di S-21 Geologic Map of Minnesota: Bedrock Geology pubblicata nel 2011. Ritrae la nostra attuale comprensione geologica della distribuzione temporale e geografica delle unità all’interno dei principali terranei precambriani e degli strati fanerozoici (paleozoico e mesozoico bedrock). La parte occidentale del terrano precambriano mappato è dedotta in gran parte da mappe geofisiche, ancorate localmente da perforazioni. In molti luoghi, i contatti sono tracciati tra unità dello stesso tipo di roccia apparente o simile (e la stessa etichetta di unità); questi sono riconosciuti come geometricamente distinti, anche se geofisicamente o litologicamente simili. Clicca qui per scaricare la versione della pubblicazione.