Jednakże, ten zapis geologiczny jest zakłócony przez kilka długich przerw w czasie, zwanych unconformities, kiedy to nie tworzyły się żadne skały lub kiedy skały, które tworzyły się we wcześniejszym okresie, zostały później wyerodowane. Rysunek 1 poniżej przedstawia geologiczne przedziały czasowe, od początku istnienia Ziemi, czyli około 4,6 miliarda lat temu, do dnia dzisiejszego. Obszary zacienione na szaro przedstawiają wiek głównych jednostek skalnych występujących w Minnesocie, podczas gdy białe obszary reprezentują niezgodności, czyli przedziały czasowe, których brakuje w zapisie geologicznym Minnesoty. Tylko niewielki procent czasu geologicznego jest zachowany w geologii skał macierzystych Minnesoty.

Ogółem, geologia skał macierzystych Minnesoty może być podzielona na trzy ogólne kategorie oparte na czasie geologicznym. Kategorie te, od najstarszej do najmłodszej, to prekambryjska, paleozoiczna i mezozoiczna (zaznaczone na czerwono na skali czasu geologicznego na Ryc. 1).

Geologia prekambryjska

Co oznaczają klify wzdłuż północnego brzegu jeziora Superior (Ryc. 2), gładkie wychodnie skalne, które są w stanie zrównoważyć te skały? 2), gładkie wychodnie w Boundary Waters Canoe Area Wilderness (Fig. 3), olbrzymie kopalnie żelaza w Mesabi Iron Range (Fig. 4), i wyboiste wychodnie w dolinie rzeki Minnesota (Fig. 5) mają ze sobą coś wspólnego? Są one częścią bardzo starej skały macierzystej, która leży u podstaw całej Minnesoty. Minnesota położona jest na południowym skraju Tarczy Kanadyjskiej – jądra kontynentu Ameryki Północnej, które uformowało się w czasach prekambryjskich. Ten okres czasu obejmuje około 85% historii Ziemi. Geolodzy uważają, że czas prekambryjski rozpoczął się wraz z powstaniem planety Ziemi około 4550 milionów lat (Ma) temu, a zakończył się około 541 Ma, kiedy to nastąpiło gwałtowne zróżnicowanie organizmów posiadających twarde części, takie jak muszle. Skały uformowane w Minnesocie w tym ogromnym przedziale czasu zapisują skomplikowaną historię geologiczną, która obejmowała wulkany, wyspy oceaniczne, łańcuchy górskie, trzęsienia ziemi i niestabilne warunki geologiczne, które bardzo różniły się od dzisiejszej Minnesoty. Prekambryjska Minnesota przez pewien czas przypominała współczesną Indonezję; później przypominała współczesną Kalifornię; a jeszcze później przypominała części Bliskiego Wschodu i wschodniej Afryki.

Photo courtesy of Andrew J. Retzler

Photo courtesy of Mark A. Jirsa

Photo courtesy of Mark A. Jirsa

Zdjęcie dzięki uprzejmości Mark A. Jirsa

Góry i inne cechy różnych krajobrazów prekambryjskich ulegały powolnej erozji do niskiego reliefu przez wiele milionów lat. Większość skał prekambryjskich, które obecnie odsłaniają się na płaskim terenie Minnesoty, pierwotnie znajdowała się znacznie głębiej w Ziemi; zapisują one procesy i warunki, które istniały pod krajobrazami dawno usuniętymi przez erozję. Geolodzy mogą zrekonstruować warunki, które istniały w pradawnej prekambryjskiej skorupie ziemskiej poprzez badania tych niegdyś głęboko osadzonych skał, obecnie odsłoniętych na powierzchni. Obecnie, te głęboko zerodowane skały prekambryjskie są w większości przykryte młodszymi skałami osadowymi lub grubą warstwą gliny, mułu, piasku i żwiru naniesionych przez lodowiec. Pojawiają się one jednak na powierzchni w miejscach w północno-wschodniej, wschodnio-centralnej i południowo-zachodniej Minnesocie.

Zbiorczo, skały prekambryjskie Minnesoty obejmują skały metamorficzne, iglaste i osadowe. Przykłady obejmują gnejs, kamień zielony, granit, szarogłaz, formację żelaza, łupek, bazalt, gabro i anortozyt. Nawet jedne z najstarszych skał na świecie można znaleźć w prekambryjskich skałach doliny rzeki Minnesota – mają do 3,5 miliarda lat!

Geologia paleozoiczna

Wyobraź sobie piaszczysty, tropikalny brzeg morski rozciągający się na południu Minnesoty – część rozległego, płytkiego morza, które pokrywa większą część Ameryki Północnej. Warstwy piaskowców, łupków i wapieni odsłonięte w dużej części południowo-wschodniej Minnesoty (Fig. 6 i 7) są geologicznym zapisem takich warunków, które istniały setki milionów lat temu, podczas wczesnej ery paleozoicznej.

Chociaż wiele osób nie jest świadomych geologicznej historii paleozoicznej skały macierzystej w Minnesocie, skały te są znane każdemu, kto odwiedził południowo-wschodnią Minnesotę. Croix, Minnesoty i Mississippi oraz ich dopływów, składają się z warstw skał wieku paleozoicznego, takich jak piaskowiec St. Peter (ryc. 8) i Prairie du Chien Group (ryc. 9). Skały paleozoiczne leżą pod osadami lodowcowymi na znacznej części południowo-wschodniej Minnesoty, od Taylors Falls na północ i południowy zachód do Mankato. Rozciągają się one na południe do Iowa i na wschód do Wisconsin.

Photo courtesy of Andrew J. Retzler

Photo courtesy of Andrew J. Retzler

Paleozoiczne warstwy skalne są pochodzenia osadowego. Składają się one z cząstek wcześniej istniejących skał lub minerałów, lub są wytrącane przez procesy biologiczne lub chemiczne. Skały osadowe są osadzane przez nagromadzenie tych cząstek w warstwy lub pokłady. Małe ziarenka są zrzucane przez wiatr lub osadzają się w wodzie, tworząc piaskowce i łupki. Pierwiastki, takie jak wapń, magnez, węgiel i tlen, wytrącają się z wody morskiej lub pozostają jako szczątki biologiczne, takie jak muszle, tworząc to, co nazywamy osadami wapiennymi lub węglanowymi, a następnie skałami – albo bogatymi w wapń wapieniami, składającymi się głównie z minerału kalcytu, albo bogatymi w magnez dolostonami, składającymi się głównie z minerału dolomitu – z dużą ilością magnezu dodawanego później przez przesiąkającą wodę.

Różne skały odzwierciedlają warunki środowiskowe panujące w czasie, gdy pierwotne osady były osadzane. Na przykład tam, gdzie brakowało piasku, gromadziły się minerały węglanowe, chemicznie wytrącane z wody morskiej, oraz węglanowe muszle organizmów morskich, tworząc wapień.

Jeśli odwiedzisz urwiska rzeczne w południowo-wschodniej Minnesocie, zwróć uwagę na zróżnicowane formacje skalne. Pamiętaj, że skały te są zapisem tego, jak wyglądał świat setki milionów lat temu, kiedy płytkie morze tropikalne istniało właśnie tutaj, w Minnesocie i w dużej części środkowej części Ameryki Północnej.

Geologia mezozoiczna

Skały z okresu mezozoicznego w Minnesocie opowiadają historię dwóch głównych trangresji morskich (lub podniesienia poziomu morza): jednej w okresie jurajskim (około 200 milionów lat temu) i jednej w okresie kredowym (około 100 milionów lat temu).

Słabo poznane skały jurajskie znane są tylko z próbek rdzeni wiertniczych w daleko na północnym zachodzie stanu (Fig. 10). Obejmują one łupki, wapienie, dolostony, piaskowce i mułowce, które prawdopodobnie osadzały się w strumieniach, jeziorach i innych środowiskach marginalno-morskich, gdy morze nad znaczną częścią Dakoty Północnej i innych zachodnich stanów powoli posuwało się na wschód.

Skały kredowe tworzą prawie ciągłą warstwę przykrywającą skały paleozoiczne i prekambryjskie w zachodniej połowie Minnesoty oraz liczne, niewielkie ostańce we wschodniej połowie stanu (Fig. 10). Skały te składają się głównie ze zwietrzałego residuum i zalegających nad nim skał osadowych – zlepieńców, piaskowców, mułowców, łupków, margli i w niewielkim stopniu wapieni. residuum, które obejmuje zarówno zachodnią, jak i wschodnią połowę stanu, powstało podczas długiego okresu wietrzenia i erozji od czasów po dewonie środkowym (około 370 milionów lat temu) do późnej kredy (około 100 milionów lat temu), po którym osadziły się skały osadowe.

Kredowe skały osadowe powstały w przejściowym morskim i nie morskim środowisku wzdłuż wschodniego brzegu dużego śródlądowego morza, znanego jako Western Interior Seaway, które kiedyś podzieliło Amerykę Północną na dwie masy lądowe. Skamieniałe zęby rekina, ślimaki, małże, amonity, ości ryb, a nawet części krokodyli znane są z osadów morskich i marginalno-morskich w południowo-zachodniej i północno-wschodniej Minnesocie, podczas gdy skamieniałe odciski liści i pyłki zostały zidentyfikowane w niektórych osadach niemorskich na południowym wschodzie (Fig. 11).

Photo courtesy of Andrew J. Retzler

Featured Map

S-21 Geologic Map of Minnesota: Bedrock Geology

Kliknij tutaj, aby otworzyć mapę w nowym oknie.

Powyżej znajduje się wersja mapy internetowej S-21 Geologic Map of Minnesota: Bedrock Geology opublikowanej w 2011 roku. Przedstawia ona nasze obecne geologiczne zrozumienie czasowego i geograficznego rozmieszczenia jednostek w obrębie głównych terranów prekambryjskich oraz warstw fanerozoicznych (skały macierzyste paleozoiku i mezozoiku). O zachodniej części mapowanego terranu prekambryjskiego wnioskuje się głównie na podstawie map geofizycznych, lokalnie potwierdzonych wierceniami. W wielu miejscach widoczne są kontakty pomiędzy jednostkami o tym samym lub podobnym typie skały (i tym samym oznaczeniu jednostki); są one rozpoznawane jako geometrycznie odrębne, choć geofizycznie lub litologicznie podobne. Kliknij tutaj, aby pobrać wersję publikacyjną.