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La geología de Minnesota comprende las rocas , los minerales y los suelos del estado estadounidense de Minnesota , incluida su formación, desarrollo, distribución y condición.
La historia geológica del estado se puede dividir en tres períodos. El primer período fue un largo período de inestabilidad geológica desde el origen del planeta hasta hace aproximadamente 1.100 millones de años. Durante este tiempo, el lecho de roca precámbrico del estado se formó por vulcanismo y deposición de roca sedimentaria y luego se modificó mediante procesos como fallas , plegamientos y erosión . En el segundo período, muchas capas de roca sedimentaria se formaron por deposición y litificación de sucesivas capas de sedimentos provenientes de escorrentías y repetidas incursiones del mar. En el tercer y más reciente período , que comenzó hace aproximadamente 1,8 millones de años, la glaciación erosionó formaciones rocosas anteriores y depositó capas profundas de labranza glacial sobre la mayor parte del estado, y creó los lechos y valles de lagos y ríos modernos.
Los recursos geológicos de Minnesota han sido la base histórica de la economía del estado . Se ha extraído el lecho de roca precámbrico en busca de minerales metálicos, incluido el mineral de hierro, sobre el cual se construyó la economía del noreste de Minnesota. Los granitos y gneises de Archaen, y más tarde las calizas y areniscas, se extraen para obtener piedras estructurales y monumentos. Los depósitos glaciales se extraen para obtener agregados, los depósitos glaciales y lacustres formaron el suelo madre de las tierras agrícolas del estado y los lagos glaciales son la columna vertebral de la industria turística de Minnesota. Estos activos económicos, a su vez, han dictado la historia y los patrones de asentamiento del estado , y las rutas comerciales y de suministro a lo largo de las vías fluviales, valles y llanuras se han convertido en los corredores de transporte del estado .
Minnesota contiene algunas de las rocas más antiguas de la Tierra, gneis graníticos que se formaron hace unos 3.600 millones de años, aproximadamente el 80% de la edad del planeta. [1] Aproximadamente hace 2.700 millones de años, las primeras rocas volcánicas que más tarde se ubicarían bajo Minnesota comenzaron a surgir de un antiguo océano, formando el cratón Superior . [2] Este cratón se ensambló más tarde en el escudo canadiense , que pasó a formar parte del cratón norteamericano . Gran parte de la roca gneis subyacente del estado actual ya se había formado casi mil millones de años antes, pero yacía debajo del mar. [3] Excepto por un área donde aparecieron islas en lo que hoy es la parte norte del estado, la mayor parte de la región permaneció bajo el agua.
En el Precámbrico Medio, hace unos 2.000 millones de años, la tierra se elevó por encima del agua. Los depósitos de minerales pesados que contienen hierro se habían acumulado en las orillas del mar en retroceso para formar las cordilleras de hierro Mesabi , Cuyuna , Vermilion y Gunflint desde el centro del norte del estado hasta el noroeste de Ontario , Canadá. [4] Estas regiones también mostraron los primeros signos de vida cuando las algas crecieron en las aguas poco profundas.
Hace más de 1.100 millones de años, se formó una grieta y la lava emergió de las grietas a lo largo de los bordes del valle del rift . Este sistema de Rift Midcontinent se extendía desde la península inferior de Michigan al norte hasta el actual lago Superior , al suroeste a través del lago hasta el área de Duluth , y al sur a través del este de Minnesota hasta lo que hoy es Kansas . [5] La ruptura se detuvo antes de que la tierra pudiera convertirse en dos continentes separados . Unos 100 millones de años después, el último volcán quedó en silencio.
Los eventos de formación de montañas y ruptura dejaron áreas de alto relieve sobre la cuenca baja de la ruptura del Medio Continente. Durante los siguientes 1.100 millones de años, las tierras altas se desgastaron y la grieta se llenó de sedimentos, formando rocas cuyo espesor oscilaba desde varios cientos de metros cerca del lago Superior hasta miles de metros más al sur. [6] Mientras las placas tectónicas de la corteza terrestre continuaban su lenta deriva sobre la superficie del planeta, encontrándose y separándose en las sucesivas colisiones y rupturas de continentes, el cratón norteamericano se mantuvo estable. [7] Aunque ahora está libre de plegamientos y fallas causadas por la tectónica de placas , la región continuó experimentando hundimientos y levantamientos graduales. [8]
Hace quinientos cincuenta millones de años, el estado fue inundado repetidamente con agua de un mar poco profundo que creció y retrocedió a lo largo de varios ciclos. La masa de tierra de lo que hoy es América del Norte discurría a lo largo del ecuador y Minnesota tenía un clima tropical. [9] Pequeñas criaturas marinas como trilobites , corales y caracoles vivían en el mar. Los caparazones de los diminutos animales se hundieron hasta el fondo y se conservan en calizas , areniscas y lutitas de esta época. [4] Más tarde, criaturas parecidas a cocodrilos y tiburones se deslizaron por el agua, y se han encontrado dientes de tiburón fósiles en las tierras altas de la Cordillera Mesabi . [10] Durante las eras Mesozoica y Cenozoica, otros animales terrestres siguieron a medida que los dinosaurios desaparecieron, pero gran parte de la evidencia física de esta era ha sido eliminada o enterrada por la glaciación reciente . Las unidades de roca que permanecen en Minnesota de este período son del Cámbrico y Ordovícico , desde la arenisca del Monte Simon en la parte inferior de la secuencia de rocas sedimentarias hasta el Grupo Maquoketa en la parte superior.
En el período Cuaternario que comenzó hace unos dos millones de años, los glaciares se expandieron y retrocedieron en toda la región. El hielo retrocedió por última vez hace unos 12.500 años. [11] El derretimiento de los glaciares formó muchos de los lagos del estado y grabó los valles de sus ríos. También formaron una serie de lagos proglaciares , que contribuyeron a la topografía y los suelos del estado. El principal de estos lagos era el lago Agassiz , un lago enorme con un volumen que rivaliza con el de todos los Grandes Lagos actuales juntos. Represado por la capa de hielo del norte, el inmenso flujo de este lago encontró una salida en el río glacial Warren , que drenaba hacia el sur a través de Traverse Gap a través de los valles ahora ocupados por los ríos Minnesota y Mississippi . Finalmente, la capa de hielo se derritió y el río Rojo dio al lago Agassiz una salida al norte hacia la bahía de Hudson . A medida que el lago se fue secando, su lecho se convirtió en turberas y una llanura fértil. De manera similar, el lago glacial Duluth , en la cuenca del lago Superior, fue represado por un glaciar; drenaba por el antiguo curso del Midcontinental Rift hasta el río St. Croix y el Mississippi. Cuando los glaciares retrocedieron, el lago pudo drenar a través de los Grandes Lagos hasta el río San Lorenzo . [12]
Animales gigantes deambulaban por la zona. Los castores eran del tamaño de osos y los mamuts medían 4,3 m (14 pies) de altura hasta el hombro y pesaban 10 toneladas . Incluso los búfalos eran mucho más grandes que hoy. Los glaciares continuaron retrocediendo y el clima se volvió más cálido durante los siguientes milenios; Las criaturas gigantes se extinguieron hace unos 9.000 años. [13]
Esta glaciación ha remodelado drásticamente la mayor parte de Minnesota, y todas las regiones del estado, excepto dos, están cubiertas por profundas capas de labranza glacial. [14] El área sin deriva del sureste de Minnesota no fue afectada por la glaciación más reciente. En ausencia de erosión y deriva glacial , esta región presenta un aspecto generalizado y altamente disecado ausente en otras partes del estado. El noreste de Minnesota estuvo sujeto a la glaciación y sus efectos, pero sus duras rocas Archaen y Proterozoicas eran más resistentes a la erosión glacial que el lecho de roca sedimentaria que se encontró por primera vez en muchas otras regiones, y la labranza glacial es relativamente escasa. Si bien los efectos de la erosión glaciar están claramente presentes y hay algunas áreas de labranza glacial, las rocas y accidentes geográficos más antiguos permanecen insepultos y expuestos en gran parte de la región.
El Minnesota contemporáneo es mucho más tranquilo geológicamente que en el pasado. Los afloramientos de flujos de lava y las intrusiones de magma son los únicos rastros que quedan del vulcanismo que terminó hace más de 1.100 millones de años. Sin salida al mar dentro del continente, el estado está lejos de los mares que alguna vez lo cubrieron, y el glaciar continental se ha retirado por completo de América del Norte. El paisaje de Minnesota es una penillanura relativamente plana ; sus puntos más altos y más bajos están separados por sólo 518 metros (1699 pies) de elevación. [15]
Si bien el estado ya no tiene verdaderas cadenas montañosas ni océanos, existe una gran diversidad regional en formas terrestres e historia geológica, lo que a su vez ha afectado los patrones de asentamiento, la historia humana y el desarrollo económico de Minnesota. Estas diversas regiones geológicas se pueden clasificar de varias maneras. La clasificación utilizada aquí se deriva principalmente de Minnesota Underfoot: A Field Guide to Minnesota's Geology de Sansome , pero también está influenciada por Minnesota's Geology de Ojakangas y Matsch. Estas autoridades generalmente coinciden en los límites de las áreas, pero las regiones definidas por Ojakangas y Matsch son más geográficas en sus aproximaciones de áreas de geología similar, mientras que las divisiones de Sansome tienen una forma más irregular para incluir dentro de una región todas las áreas de geología similar. con especial énfasis en los efectos de la reciente glaciación. Como la glaciación y sus residuos han dictado en gran medida la geología y la topografía de la superficie regional, las divisiones de Sansome suelen ser coextensivas con provincias, secciones y subsecciones ecológicas. [16]
El noreste de Minnesota es una región de forma irregular compuesta por la parte más nororiental del estado al norte del Lago Superior, el área alrededor del Parque Estatal Jay Cooke y la cuenca del río Nemadji al suroeste de Duluth, y gran parte del área al este de la autopista estadounidense 53 que corre entre Duluth y cataratas internacionales . Se excluyen partes de los lechos de los lagos glaciares Agassiz y Upham , este último actualmente ocupado por el valle superior del río Saint Louis y su afluente el Cloquet . Esta área es coextensiva con la Sección de las Tierras Altas Superiores del Norte del Bosque Mixto Laurentiano . [17]
Conocida como Arrowhead por su forma, esta región muestra la evidencia más visible del pasado violento del estado. Hay exposiciones superficiales de rocas formadas por primera vez en la actividad volcánica hace unos 2.700 millones de años durante la construcción de la provincia de Archaen-Superior, [18] incluida la piedra verde de Ely , rocas volcánicas metamorfoseadas y altamente plegadas que alguna vez se pensó que eran las rocas expuestas más antiguas de la tierra; [19] Las formaciones proterozoicas crearon alrededor de 1.900 millones de años y dieron al área la mayor parte de sus riquezas minerales; y más reciente gabro intrusivo y basaltos y riolitas extrusivas del Complejo Duluth y el Grupo Volcánico de la Costa Norte, creados por magma y lava que surgieron y se endurecieron hace unos 1.100 millones de años durante el Rift del Continente Medio . [20] El lecho de roca precámbrico formado por esta actividad ha sido erosionado pero permanece en la superficie o cerca de ella en gran parte del área.
Toda el área es el borde sur del Escudo Canadiense . Los suelos superiores son finos y pobres y sus suelos originales derivan de la roca debajo o cerca en lugar de la labranza glacial, que es escasa. [21] Muchos de los lagos de esta región están ubicados en depresiones formadas por la erosión diferencial de capas inclinadas de lecho rocoso del Escudo Canadiense; las grietas así formadas se han llenado de agua para crear muchos de los miles de lagos y pantanos del Bosque Nacional Superior . [22]
En la época posglacial, el noreste de Minnesota estaba cubierto de bosques interrumpidos únicamente por estos lagos y humedales interconectados. Gran parte del área ha sufrido pocos cambios debido a la actividad humana, ya que existen importantes reservas forestales y silvestres, en particular el Parque Nacional Boundary Waters Canoe Area Wilderness y Voyageurs . En el resto de la región, los lagos proporcionan recreación, los bosques se gestionan para obtener madera para pulpa y el lecho de roca subyacente se extrae en busca de minerales valiosos depositados en la época precámbrica. Si bien se han extraído minerales de cobre y níquel, el principal mineral metálico es el hierro. Tres de las cuatro áreas de producción de hierro de Minnesota se encuentran en la región, incluida Mesabi Range , que ha suministrado más del 90% de la producción histórica del estado, incluida la mayoría de los minerales naturales lo suficientemente puros como para alimentarlos directamente a los hornos. Las minas de hierro del estado han producido más de tres mil quinientos millones de toneladas métricas de mineral. [23] Si bien los minerales de alta ley ya se han agotado, la taconita de menor ley continúa cubriendo una gran proporción de las necesidades del país.
El noroeste de Minnesota es una vasta llanura en el lecho del lago glacial Agassiz. Esta llanura se extiende al norte y noroeste desde Big Stone Moraine, más allá de las fronteras de Minnesota hacia Canadá y Dakota del Norte . En el noreste, la llanura del lago glacial Agassiz se convierte en los bosques de Arrowhead. La región incluye las partes de tierras bajas de la cuenca del río Red y la mitad occidental de la cuenca del río Rainy dentro del estado, aproximadamente al nivel de la playa Herman del lago Agassiz . [24] En términos ecológicos, incluye las turberas del norte de Minnesota del bosque mixto Laurentian, [25] los parques Tallgrass Aspen, [26] y la sección Red River Valley de Prairie Parklands. [27]
El lecho rocoso de esta región es principalmente Arcaico , con pequeñas áreas de rocas sedimentarias del Paleozoico Inferior y del Mesozoico Superior a lo largo del borde occidental. [28] A finales de la época de Wisconsin, este lecho de roca había sido cubierto por una deriva glacial arcillosa erosionada y transportada hacia el sur desde rocas sedimentarias en Manitoba. Las tierras bajas no están diseccionadas y son esencialmente planas, pero descienden imperceptiblemente desde unos 400 metros en las playas del sur del lago Agassiz hasta 335 metros a lo largo del río Rainy. Casi no hay relieve, excepto bancos o playas donde el lago glacial Agassiz se estabilizó durante un tiempo antes de retroceder a un nivel inferior. A diferencia del fondo del lago, estas playas se elevan de sur a norte y este con una pendiente de aproximadamente 1:5000; este aumento fue el resultado del rebote isostático de la tierra después de la recesión de la última capa de hielo. [29] En la parte occidental de la región en el valle del Río Rojo, depósitos de lagos glaciales de grano fino y materiales orgánicos en descomposición hasta 50 metros de profundidad forman suelos ricos, de buena textura y que retienen la humedad, pero bien drenados ( molisoles ), que son ideales para la agricultura. [30] Al norte y al este, gran parte de la tierra es turba mal drenada , a menudo organizada en patrones raros y distintivos conocidos como turberas estampadas . [31] [32] En elevaciones marginalmente más altas dentro de estos humedales se encuentran áreas de abeto negro, alerce y otras especies tolerantes al agua.
El suroeste de Minnesota se encuentra en las cuencas del río Minnesota , el río Missouri y el río Des Moines . [33] El río Minnesota se encuentra en el lecho del río glacial Warren , un torrente mucho más grande que drenaba el lago Agassiz mientras las salidas hacia el norte estaban bloqueadas por los glaciares. El Coteau des Prairies divide los valles de los ríos Minnesota y Missouri, y es un relieve sorprendente creado por la bifurcación de diferentes lóbulos del avance glacial. En el lado de Minnesota de la cabaña hay una característica conocida como Buffalo Ridge , donde la velocidad del viento promedio es de 16 mph (26 km/h). Esta meseta ventosa ha sido desarrollada para la energía eólica comercial . [34]
Entre el río y la meseta hay praderas planas sobre diferentes profundidades de labranza glacial. En el extremo suroeste del estado, los afloramientos de lecho rocoso de cuarcita sioux son comunes, con afloramientos intercalados menos comunes de una lutita metamorfoseada asociada llamada catlinita . Pipestone, Minnesota, es el sitio de canteras históricas de catlinita de nativos americanos, que se conoce más comúnmente como "pipestone". Otro afloramiento notable en la región son los petroglifos de Jeffers , un afloramiento de cuarcita sioux con numerosos petroglifos que pueden tener entre 7000 y 9000 años de antigüedad. [35]
Más seca que la mayor parte del resto del estado, la región es una zona de transición entre las praderas y las Grandes Llanuras . Una vez rico en humedales conocidos como baches de pradera , [36] el 90%, o unos tres millones de acres (12.000 km²), han sido drenados para la agricultura en la cuenca del río Minnesota. [37] La mayoría de las praderas son ahora campos de cultivo. [37] Debido a la geología cuaternaria y rocosa de la región, así como a la reducción de las precipitaciones en la región, los recursos de agua subterránea no son abundantes ni están ampliamente distribuidos, a diferencia de la mayoría de las otras áreas del estado. Dadas estas limitaciones, esta zona rural alberga una vasta red de tuberías de agua que transportan agua subterránea desde las pocas áreas localizadas con pozos productivos de agua subterránea a gran parte de la población de la región.
El sureste de Minnesota está separado del suroeste de Minnesota por la morrena de Owatonna , la rama oriental de la morrena de Bemis, una morrena terminal del lóbulo de Des Moines de la última glaciación de Wisconsin . [12] Ojakangas y Matsch extienden la región hacia el oeste más allá de la morrena hasta una línea que corre hacia el norte desde la frontera de Iowa entre Mankato y New Ulm hasta la latitud de las Ciudades Gemelas , y luego abarca esta última metrópoli con un amplio arco hacia el este hasta St. Croix. Río . [38] Esta morrena corre hacia el sur desde las Ciudades Gemelas en el área general de la Carretera Estatal 13 de Minnesota y la Interestatal 35 . Sansome atribuye esta morrena a su descripción del centro-oeste de Minnesota, dada su similitud en las características glaciales con esa región. [39] Según la clasificación de Sansome (seguida aquí), el sureste de Minnesota es generalmente colindante con la sección de la meseta paleozoica de la provincia del este de bosques de hoja ancha. [40]
El lecho de roca aquí son rocas sedimentarias del Paleozoico inferior, con piedra caliza y dolomita especialmente prevalentes cerca de la superficie. Está muy disecado y los afluentes locales del Mississippi han excavado profundos valles en el lecho de roca. Es una zona de topografía kárstica , con finas capas superficiales del suelo sobre calizas porosas, lo que da lugar a la formación de cavernas y dolinas . La última glaciación no cubrió esta región (deteniéndose en el lóbulo terminal de Des Moines mencionado anteriormente), por lo que no hay deriva glacial para formar subsuelos, lo que le da a la región el nombre de área sin deriva . Como las capas superiores del suelo son menos profundas y más pobres que las del oeste, la principal actividad agrícola es la producción lechera, más que los cultivos comerciales.
El centro de Minnesota se compone de (1) la cuenca de drenaje del río St. Croix (2) la cuenca del río Mississippi sobre su confluencia con el Minnesota, (3) aquellas partes de las cuencas de los ríos Minnesota y Red en las tierras altas glaciales que forman las divisiones de esas dos cuencas con la del Mississippi, (4) la morrena de Owatonna sobre una franja de tierra que se extiende desde el oeste del condado de Hennepin hacia el sur hasta la frontera de Iowa, y (5) el valle superior del río Saint Louis y el valle de su principal afluente, el río Cloquet , que una vez desembocó en el Mississippi antes de ser capturado por la piratería de arroyos y sus aguas fueron redirigidas a través de la parte baja del río Saint Louis hasta el lago Superior. [41] [42] Los accidentes geográficos glaciares son las características comunes de esta región parecida a un gerrymander .
El lecho de roca varía en edad desde granitos Arcaicos hasta sedimentos del Cretácico Mesozoico Superior , [43] y debajo de la parte oriental de la región (y la extensión sur de Iowa) se encuentran los volcánicos Keweenawan del Precámbrico Tardío del Rift del Continente Medio, cubiertos por miles de metros de rocas sedimentarias. [44]
En la superficie, toda la región es "terreno de morrenas", con accidentes geográficos glaciares de morrenas , drumlins , eskers , kames , llanuras aluviales y llanuras de hasta , todas reliquias de una glaciación reciente. En la multitud de depresiones formadas por glaciares se encuentran humedales y muchos de los "10,000 lagos" del estado, que hacen de la zona un excelente territorio de vacaciones. Los depósitos glaciales son una fuente de áridos y debajo de la labranza glacial se encuentran granitos de alta calidad que se extraen para edificios y monumentos.
La subregión del centro este de Minnesota es la parte del centro de Minnesota cerca de la unión de tres de los grandes ríos del estado. Se incluyen el condado de Dakota , el este del condado de Hennepin y la región al norte del Mississippi pero al sur de una línea este-oeste desde Saint Cloud hasta el río St. Croix en la frontera con Wisconsin . Incluye gran parte del área metropolitana de Twin Cities . [45] La región tiene los mismos tipos de accidentes geográficos glaciares que el resto del centro de Minnesota, pero se distingue por sus valles de lecho rocoso, tanto activos como enterrados.
Los valles ahora albergan tres de los ríos más grandes de Minnesota, que se unen aquí. St. Croix se une al Mississippi en Prescott , Wisconsin. Río arriba, el río Minnesota se une al Mississippi en el histórico Fort Snelling . Cuando las cataratas del río Warren retrocedieron más allá de la confluencia del río Upper Mississippi , mucho más pequeño , se creó una nueva cascada donde ese río ingresaba al río Warren, mucho más bajo. Las nuevas cataratas retrocedieron río arriba en el Mississippi, migrando ocho millas (13 km) a lo largo de 9600 años hasta donde Louis Hennepin las vio por primera vez y las llamó St. Anthony Falls en 1680. Debido a su valor como fuente de energía, esta cascada determinó la ubicación de Mineápolis . Un afluente del río procedente del oeste, Minnehaha Creek , retrocedía sólo unos cientos de metros de uno de los canales del Mississippi. Minnehaha Falls sigue siendo una reliquia pintoresca e informativa de River Warren Falls, y la construcción de piedra caliza sobre arenisca es fácilmente evidente en su pequeño desfiladero. En St. Anthony Falls, el Mississippi cayó 50 pies (15 m) sobre un saliente de piedra caliza; Estas cascadas se utilizaron para impulsar los molinos harineros que fueron la base del crecimiento de la ciudad en el siglo XIX.
Otros valles de túneles de lecho de roca se encuentran en las profundidades hasta que los depositan los glaciares que los crearon, pero se pueden rastrear en muchos lugares por la Cadena de Lagos en Minneapolis y los lagos y valles secos en St. Paul. [46]
Al norte del área metropolitana se encuentra Anoka Sandplain , una zona plana de arena de la última edad de hielo. [47] A lo largo del borde oriental de la región se encuentran los Dalles del río St. Croix , un profundo desfiladero cortado por la escorrentía del lago glacial Duluth en un antiguo lecho de roca. [48] El Parque Interestatal aquí contiene la exposición superficial más al sur de los flujos de lava precámbricos del Midcontinent Rift , lo que proporciona una visión del pasado volcánico de Minnesota. [49]
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