Het geologisch archief wordt echter verstoord door een aantal lange perioden, unconformiteiten genaamd, waarin zich geen gesteenten hebben gevormd of waarin gesteenten die zich in een eerdere periode hebben gevormd, later zijn weggesleten. Figuur 1 hieronder toont een weergave van geologische tijdsintervallen, vanaf het begin van de aarde ongeveer 4,6 miljard jaar geleden tot heden. De grijs gearceerde gebieden geven de ouderdom weer van de belangrijkste gesteente-eenheden die in Minnesota voorkomen, terwijl de witte gebieden non-conformiteiten voorstellen, de tijdsintervallen die ontbreken in de geologische gegevens van Minnesota. Slechts een klein percentage van de geologische tijd is bewaard gebleven in de geologie van het vast gesteente van Minnesota.

Over het geheel genomen kan de geologie van het vast gesteente in Minnesota worden onderverdeeld in drie algemene categorieën op basis van geologische tijd. Van oud naar jong zijn dat het Precambrium, het Paleozoïcum en het Mesozoïcum (rood gemarkeerd op de geologische tijdschaal in figuur 1).

Precambriaanse geologie

Wat doen de kliffen langs de noordkust van Lake Superior (Fig. 2), de gladde ontsluitingen in de Boundary Waters Canoe Area Wilderness (Fig. 3), de immense ijzermijnen op de Mesabi Iron Range (Fig. 4), en de knobbelige ontsluitingen in de vallei van de Minnesota River met elkaar gemeen (Fig. 5)? Zij maken deel uit van het zeer oude gesteente dat heel Minnesota ondersteunt. Minnesota ligt aan de zuidelijke rand van het Canadees Schild – de kern van het continent Noord-Amerika dat gevormd werd in het Precambrium. Deze tijdsperiode omvat ongeveer 85% van de geschiedenis van de aarde. Geologen gaan ervan uit dat het Precambrium ongeveer 4.550 miljoen jaar (Ma) geleden is begonnen met de vorming van de planeet Aarde en ongeveer 541 Ma is geëindigd, toen organismen met harde delen, zoals schelpen, zich snel diversifieerden. De gesteenten die tijdens deze enorme periode in Minnesota zijn gevormd, laten een gecompliceerde geologische geschiedenis zien, met vulkanen, eilanden in de oceaan, bergketens, aardbevingen en onstabiele geologische omstandigheden die heel anders waren dan het Minnesota van vandaag. Het Minnesota van het Precambrium leek een tijdlang op het huidige Indonesië; later leek het op het huidige Californië; en nog later leek het op delen van het Midden-Oosten en oostelijk Afrika.

Photo met dank aan Andrew J. Retzler

Photo met dank aan Mark A. Jirsa

Foto met dank aan Mark A. Jirsa

Photo met dank aan Mark A. Jirsa

De bergen en andere kenmerken van de verschillende Precambriaanse landschappen werden in de loop van vele miljoenen jaren langzaam geërodeerd tot een laag reliëf. De meeste Precambrische gesteenten die nu in het vlakke terrein van Minnesota te zien zijn, bevonden zich oorspronkelijk veel dieper in de aarde; ze registreren processen en omstandigheden die zich onder landschappen bevonden die allang door erosie zijn verdwenen. Geologen kunnen de omstandigheden reconstrueren die in de oude Precambriumkorst van de aarde hebben bestaan door deze vroeger diep gelegen gesteenten te bestuderen die nu aan de oppervlakte liggen. Tegenwoordig worden deze diep geërodeerde Precambrische gesteenten meestal bedekt door jongere sedimentaire gesteenten of door een dikke deken van door gletsjers afgezette klei, silt, zand en grind. Op sommige plaatsen in Noordoost-, Oost-Centraal- en Zuidwest-Minnesota komen ze echter aan de oppervlakte voor.

De Precambrische gesteenten van Minnesota omvatten metamorfe, stollingsgesteenten en sedimentgesteenten. Voorbeelden zijn gneis, greenstone, graniet, grauwacke, ijzererts, schist, basalt, gabbro en anorthosiet. Zelfs enkele van de oudste gesteenten ter wereld zijn te vinden in de Precambrische gesteenten van de vallei van de Minnesota River – tot wel 3,5 miljard jaar oud!

Paleozoïsche geologie

Stelt u zich een zanderige, tropische zeekust voor die zich uitstrekt over het zuiden van Minnesota – een deel van een uitgestrekte, ondiepe zee die een groot deel van Noord-Amerika bedekt. De zandsteen-, schalie- en kalksteenlagen die in een groot deel van Zuidoost-Minnesota te zien zijn (Figs. 6 en 7), zijn een geologisch verslag van dergelijke omstandigheden die honderden miljoenen jaren geleden bestonden, tijdens het vroege Paleozoïcum.

Hoewel veel mensen zich niet bewust zijn van de geologische geschiedenis van het Paleozoïcum gesteente in Minnesota, zijn de gesteenten bekend bij iedereen die het zuidoosten van Minnesota heeft bezocht. De kliffen langs de St. Croix, Minnesota en Mississippi rivieren, en hun zijrivieren, zijn samengesteld uit lagen gesteente van Paleozoïsche ouderdom, zoals de St. Peter Sandstone (Fig. 8) en de Prairie du Chien Group (Fig. 9). Paleozoïsche gesteenten liggen onder glaciale afzettingen in een groot deel van zuidoost Minnesota, van zo ver noordelijk als Taylors Falls, zuidwestelijk tot Mankato. Ze strekken zich uit naar het zuiden in Iowa en naar het oosten in Wisconsin.

Foto met dank aan Andrew J. Retzler

Foto met dank aan Andrew J. Retzler

Paleozoïsche gesteentelagen zijn sedimentair van oorsprong. Ze zijn samengesteld uit deeltjes van reeds bestaande gesteenten of mineralen, of zijn neergeslagen door biologische of chemische processen. Sedimentgesteenten worden afgezet door de opeenhoping van deze deeltjes in lagen, of bedden. Kleine korrels worden door de wind afgezet of bezinken in water om zandsteen en schalie te vormen. Elementen zoals calcium, magnesium, koolstof en zuurstof slaan neer uit zeewater of blijven achter als biologische resten, zoals schelpen, en vormen wat wij kalkhoudende sedimenten of carbonaatafzettingen noemen en latere gesteenten – ofwel kalksteen rijk aan calcium, grotendeels bestaande uit het mineraal calciet, ofwel dolosteen rijker aan magnesium, grotendeels bestaande uit het mineraal dolomiet, waarbij veel van het magnesium later wordt toegevoegd door doorsijpelend water.

Verschillend gesteente weerspiegelt de milieuomstandigheden die aanwezig waren op het moment dat de oorspronkelijke sedimenten werden afgezet. Bijvoorbeeld, waar zand schaars was, accumuleerden carbonaatmineralen, chemisch neergeslagen uit zeewater, en carbonaatschalen van mariene organismen, om kalksteen te vormen.

Als u de rivierbluffs in zuidoost Minnesota bezoekt, let dan op de gevarieerde rotsformaties. Deze rotsen laten zien hoe de wereld er honderden miljoenen jaren geleden uitzag, toen hier in Minnesota en in een groot deel van Midden-Noord-Amerika een ondiepe tropische zee bestond.

Mesozoïsche geologie

Gesteenten van Mesozoïsche ouderdom in Minnesota vertellen het verhaal van twee grote mariene overgangen (of zeespiegelstijgingen): een tijdens de Jura-periode (ruwweg 200 miljoen jaar geleden) en een tijdens de Krijt-periode (ruwweg 100 miljoen jaar geleden).

De slecht begrepen Jura-gesteenten zijn alleen bekend van boorkernmonsters in de uiterste noordwestelijke hoek van de staat (Fig. 10). Zij omvatten schalie, kalksteen, dolosteen, zandsteen en siltsteen die mogelijk zijn afgezet in stromen, meren en andere marginaal-mariene milieus toen een zee over een groot deel van North Dakota en andere westelijke staten langzaam oostwaarts oprukte.

De Krijtgesteenten vormen een vrijwel ononderbroken deken over de Paleozoïsche en Precambrische gesteenten in de gehele westelijke helft van Minnesota en talrijke, kleine uitschieters in de oostelijke helft van de staat (Fig. 10). Deze gesteenten bestaan hoofdzakelijk uit verweerd residu en bovenliggende sedimentgesteenten van conglomeraat, zandsteen, moddersteen, leisteen, mergel, en minder kalksteen. Het residu, dat zowel de westelijke als de oostelijke helft van de staat beslaat, heeft zich ontwikkeld gedurende een lange periode van verwering en erosie van ergens na het Midden-Devoon (ruwweg 370 miljoen jaar geleden) tot het Laat-Krijt (ruwweg 100 miljoen jaar geleden), waarna de bovenliggende sedimentgesteenten werden afgezet.

De afzettingsgesteenten uit het Krijt zijn gevormd in een overgangsmilieu tussen marien en niet-marien milieu langs de oostelijke kustlijn van een grote binnenzee, bekend als de Western Interior Seaway, die ooit Noord-Amerika in twee landmassa’s splitste. Gefossiliseerde haaientanden, slakken, schelpdieren, ammonieten, visgraten en zelfs delen van krokodillen zijn bekend uit de mariene en marginaal-mariene afzettingen in het zuidwesten en noordoosten van Minnesota, terwijl gefossiliseerde bladindrukken en pollen zijn geïdentificeerd in enkele van de niet-mariene afzettingen in het zuidoosten (Fig. 11).

Foto met dank aan Andrew J. Retzler

Featured Map

S-21 Geologische kaart van Minnesota: Bedrock Geology

Klik hier om de webkaart in een nieuw venster te openen.

Hierboven ziet u de webkaartversie van S-21 Geologic Map of Minnesota: Bedrock Geology, gepubliceerd in 2011. Het geeft onze huidige geologische begrip van de temporele en geografische verdeling van eenheden binnen de belangrijkste Precambrium terranes en van de Phanerozoïsche lagen (Paleozoïsche en Mesozoïsche bedrock) weer. Het westelijke deel van het in kaart gebrachte Precambrium terraan is grotendeels afgeleid van geofysische kaarten, plaatselijk verankerd door boringen. Op veel plaatsen zijn contacten getrokken tussen eenheden van hetzelfde of een vergelijkbaar ogenschijnlijk gesteentetype (en hetzelfde eenheidslabel); deze worden erkend als geometrisch verschillend, hoewel geofysisch of lithologisch vergelijkbaar. Klik hier om de publicatieversie te downloaden.