Formación Dakota

Dakota es el nombre de una unidad geológica sedimentaria de formación y grupo en el Medio Oeste de Norteamérica. Las unidades Dakota generalmente se componen de areniscas , lutitas , arcillas y pizarras depositadas en la apertura del Mar Interior Occidental durante el Cretácico Medio . ^{[ 7 ]} El uso del nombre Dakota para este estrato particular del Albiense - Cenomaniense está excepcionalmente extendido; desde la Columbia Británica y Alberta hasta Montana y Wisconsin , pasando por Colorado y Kansas , Utah y Arizona . Es famoso por producir enormes formaciones rocosas coloridas en las Montañas Rocosas y las Grandes Llanuras de los Estados Unidos, y por conservar tanto huellas de dinosaurios como hojas de árboles caducifolios primitivos.

Debido a la intensa erosión de rocas más antiguas durante el Jurásico y el Triásico , los estratos de Dakota se asientan discordantemente sobre diversas formaciones que abarcan desde el Precámbrico hasta el Cretácico Inferior. Con algunas excepciones locales, es la unidad cretácica más antigua expuesta en las Grandes Llanuras del norte, incluyendo Kansas , Nebraska , Iowa , Minnesota y Wisconsin , así como en el suroeste desértico . Generalmente consiste en depósitos arenosos , marinos o de playa poco profundos con sedimentos de marisma influenciados por el mar y ocasionales depósitos fluviales . ^{[ 8 ] [ 9 ]}

FB Meek y FV Hayden utilizaron por primera vez Dakota en 1862 para nombrar los distintivos afloramientos de arenisca roja a lo largo del río Misuri cerca de Dakota City , Nebraska. Pero, con este nombre, aplicaron el término "grupo", que en ese momento tenía el significado de rango de formación , como se usa actualmente. ^{[ 6 ]} La Formación Dakota es el nombre principal y el rango de la unidad en las Grandes Llanuras . El rango de formación también se aplica en las extensiones occidentales (por ejemplo, el noreste de Utah) ya que la unidad se adelgaza y exhibe características formativas, las lutitas marinas están ausentes y las especies de polen fósil se correlacionan con las encontradas en la unidad en el río Misuri . ^{[ 10 ]} En la Cuenca de San Juan y otras cuencas y mesetas intermontanas del Suroeste , la Arenisca Dakota es el nombre formal para la arenisca cretácica más antigua, así como lenguas de esa arenisca terrestre que se extienden hacia las lutitas marinas oscuras de los Mancos . ^{[ 2 ]} Sin embargo, Arenisca Dakota es en todas partes un nombre informal común para la unidad, especialmente para los estratos de arenisca. ^{[ 11 ]}

La clasificación del Grupo Dakota se emplea a lo largo del territorio de Dakota Hogback en Colorado y Wyoming, la Meseta de Colorado , ^{[ 4 ]} el río Dry Cimarron , ^{[ 4 ]} y la Cuenca de Denver . Esta clasificación de grupos reconoce secuencias y miembros que exhiben características formativas locales, especialmente lutitas marinas que están menos desarrolladas o ausentes más lejos del centro de la vía marítima. Como estas ubicaciones eran en el momento de la formación las áreas más antiguas y profundas de la vía marítima, estos grupos pueden incluir edades más antiguas de rocas que las que generalmente se incluyen en otros lugares bajo el nombre Dakota. Los nombres de las formaciones miembros del Grupo Dakota varían entre estas regiones a medida que se estudia más su geología; pero, la unidad más antigua incluida en los Grupos Dakota, excluida en otros lugares, es la Formación Lytle terrestre , que es más antigua que cualquier otra roca cretácica en Colorado o Kansas. ^{[ 11 ]} La Lutita Skull Creek y la Arenisca Plainview de Colorado también se incluyen en el Grupo Dakota, al igual que la Formación Cedar Mountain de Utah y su miembro Conglomerado Buckhorn. Sin embargo, estas unidades representan una secuencia marítima separada en el tiempo entre las secuencias Lytle y "Dakota superior" (Mowry), y en las llanuras al este, las mismas unidades se denominan Kiowa Shale y Cheyenne Sandstone , que se consideran separadas de la Formación Dakota tal como se define en Kansas y, además, no aparecen en el lugar tipo en Nebraska. ^{[ 12 ]} Sin embargo, investigaciones posteriores de estratigrafía secuencial y palinostratigrafía han demostrado que la Formación Dakota en el lugar tipo incluye areniscas y lutitas que cubren las mismas edades y secuencias que las "facies de lutitas marinas de Graneros" y "Kiowa-Skull Creek del Albiense superior temprano". ^{[ 5 ]}

En ciertos lugares, la clasificación no está dividida; por ejemplo, en el extremo suroeste de Utah , los estratos se denominan Conglomerado Dakota sin mayor división. ^{[ 4 ]}

Cuando se encuentran más cerca de la superficie (a unos pocos miles de pies/cientos de metros), los estratos de arenisca de la Formación Dakota forman varios acuíferos Dakota , importantes fuentes de agua en algunas áreas de las Grandes Llanuras y el suroeste, ^{[ 9 ]} de extensión mucho mayor que el acuífero de las Grandes Llanuras , ^{[ 13 ]} y famosos por sus propiedades artesianas . ^{[ 14 ]}

En otras zonas, a mayor profundidad, especialmente en la Cuenca de Denver , estas mismas arenas han sido buscadas por sus reservas de hidrocarburos . Los perforadores , que exploran estratos profundos monitoreando el material que llega a la superficie en el lodo de perforación , designaron alfabéticamente las arenas productoras de hidrocarburos de Dakota en la Cuenca de Denver como (de mayor a menor) " D ", " J ", "M" y "O" (de menor a mayor). Las arenas "D" y "J" de Colorado en la Cuenca de Denver han sido particularmente importantes para Nebraska, Kansas y Oklahoma en sus esfuerzos por correlacionar sus afloramientos orientales con las unidades Dakota en la Cuenca de Denver y las unidades occidentales en general. ^{[ 15 ] [ 12 ]}

La deposición de los sedimentos que conformarían la Formación Dakota comenzó a finales del Cretácico Inferior ( Albiense ). Esta deposición marcó un cambio con respecto a más de 100 millones de años de erosión (la mayor parte del Mesozoico ). ^{[ 5 ]} Este cambio se debió a la elevación de la desembocadura de los ríos, denominada elevación del nivel de base, a medida que se formaba el Mar Cretácico. Esta elevación redujo la pendiente de los ríos, lo que provocó que depositaran sedimentos tierra adentro, ya que su velocidad ya no podía soportar grandes volúmenes de sedimentos. ^{[ 16 ]}

Las mediciones muestran que los ríos fluían hacia el oeste y el suroeste, hacia el mar que avanzaba, desde áreas de origen cercanas a los actuales Grandes Lagos . El punto de sedimentación se desplazó lentamente hacia el este a medida que el mar avanzaba. Este cambio se observa en una variación gradual de la composición de las areniscas, que pasan de tener muchos detritos rocosos del Paleozoico en Kansas a areniscas con solo restos de roca cristalina del Precámbrico en Iowa. ^{[ 17 ]}

Este cambio significa que los ríos habían erosionado por completo las rocas paleozoicas en la zona de origen del río para cuando el Mar de China Meridional se elevó lo suficiente como para que los ríos depositaran sedimentos en Iowa. La parte superior de la Formación Dakota se depositó a lo largo de la costa, como lo indican algunos invertebrados marinos fósiles . Las plantas fósiles, los depósitos de carbón y las arcillas de caolinita muestran que el clima era cálido y húmedo durante la deposición de la Formación Dakota. ^{[ 17 ]} Algunos de los suelos antiguos conservados muestran que había un extenso bosque de llanura aluvial.

Este mar interior del Cretácico experimentó varias secuencias geológicas (ciclos de ascenso y descenso del nivel del mar en relación con la elevación del terreno), que, durante ciertos periodos de bajo nivel del mar, restablecieron temporalmente una conexión terrestre entre el continente oriental y occidental en el antiguo Arco Transcontinental . Cada secuencia representa un ciclo de importante avance del mar interior hacia el interior occidental de Norteamérica, seguido de un retroceso (véase la Ley de Facies de Walther ). Las secuencias del mar interior suelen expresar secuencias de facies que incluyen, en primer lugar, una discontinuidad superficial erosiva de bajo nivel del mar (posiblemente con desarrollo de suelos ), luego un patrón transgresivo de arena y lodo terrestres seguido de sedimentos marinos costeros, un patrón de alto nivel del mar que puede establecer lutitas y calizas marinas costeras, un patrón regresivo de retorno a sedimentos marinos costeros a lodo y arena terrestres, y una superficie erosiva final de bajo nivel del mar. Cinco de las primeras secuencias del Mar Interior Occidental son relevantes para las clasificaciones Dakota.

La primera secuencia, caracterizada por la Formación Lytle , no completó la conexión de las bahías norte y sur antes de retroceder. La segunda secuencia está caracterizada por las formaciones Skull Creek y Kiowa correspondientes . Estas dos primeras secuencias no están presentes en el área tipo a lo largo del río Missouri. Los sedimentos considerados generalmente como Dakota registran la secuencia Mowry con las areniscas Muddy, J o Dakota Inferior y las areniscas D o Dakota Superior que se forman en las discontinuidades al principio y al final de ese ciclo. En el este, las limitadas lutitas marinas de la secuencia Mowry se asignan a la Formación Dakota, mientras que en el centro las lutitas y lutitas marinas se asignan comúnmente a una unidad separada entre las unidades de arenisca superior e inferior, y en el suroeste, las lutitas marinas mucho más gruesas se asignan a lenguas de la Formación Mancos Inferior . El Ciclo Greenhorn es la secuencia final relevante, ya que se superpone a todas las clasificaciones Dakota, con la excepción de ciertas areniscas de edad Graneros , como las clasificadas en Wisconsin e Iowa. ^{[ 18 ] [ 5 ]}

En el contexto del uso del nombre Dakota, la unidad se caracteriza principalmente por sus enormes capas de arenisca, que suelen presentar tonalidades rojizas, pero también grises, amarillas o blancas. La arena fue transportada y  depositada por ríos o se acumuló en dunas o franjas costeras, y posteriormente cementada por óxido de hierro rojo o calcita blanca , según las condiciones del agua subterránea local que siguieron a la sedimentación. El grado de cementación puede variar desde ligeramente desmoronándose hasta resistente a la compresión.  Las capas de arenisca pueden presentar conglomerados locales de grava. La composición de la arena y la grava varía según el origen de los ríos que formaron cada depósito.

La cantidad de arenisca, con un promedio del 25-50%, puede variar considerablemente en distancias cortas, oscilando entre el 5% y el 80%.  El resto de la unidad, generalmente en proporciones complementarias del 80% al 5%, está compuesto por lutita y arcilla estratificadas depositadas en llanuras aluviales, pantanos y estuarios. Al igual que la arena, el lodo formador del suelo fue modificado por las condiciones del agua subterránea para acumular óxido de hierro o calcita. La coloración puede variar de rojo oscuro a rojo claro, gris, amarillo y blanco. La acumulación de óxido de hierro puede alcanzar la dureza y el brillo de la hematita .

Como prueba de la naturaleza generalmente llana del exuberante y cálido entorno terrestre de Dakota, se han formado lignito y carbón en diversas áreas.

La lutita marina también forma parte de las secuencias Dakota. Menos común en las zonas más remotas, sobre todo en el este, la lutita es más representativa de las porciones más profundas del mar interior. Además, las lutitas que se encuentran sobre la Dakota superior en las llanuras del este suelen asignarse a la Granola o unidades equivalentes, mientras que en el oeste las "lenguas" de lutita intercaladas más gruesas se asignan generalmente a la Marcos inferior. Sin embargo, cerca de los límites occidentales, donde la Dakota se "estrecha" entre la Morrison y la Mowry, la unidad vuelve al patrón totalmente terrestre de arena-lodo-arena y a los pólenes fósiles de la localidad tipo de Nebraska. ^{[ 10 ]}

Estas características de bancos de arena y llanuras de lodo caóticas y formadas por tierra,  que se encuentran sobre calizas marinas megacíclicas del Pérmico, más blancas y pedregosas, y debajo de lutitas calcáreas grises, rítmicas y sostenidas , persisten durante miles de millas,  aunque puedan variar localmente,  lo que provoca el uso común del nombre Dakota a pesar de los numerosos esfuerzos por aplicar nombres localizados. ^{[ 10 ]}

Históricamente, los estratos del Cretácico Inferior en la región de las Montañas Rocosas se han denominado Formación Dakota basándose en una correlación supuesta con la sección tipo de la Dakota de las Grandes Llanuras. Witzke y Ludvigson han argumentado que el uso del nombre "Dakota" debe reflejar una correlación real, no supuesta, basada en la estratigrafía y composición de la roca sedimentaria. ^{[ 17 ]} Al oeste de las Montañas Rocosas, como en la Meseta de Colorado, se recomendó que esta secuencia de rocas sedimentarias del Cretácico Superior, predominantemente arenisca, se conociera como el Grupo Dakota, ^{[ 19 ]} para disipar cualquier sugerencia de correlación directa de facies . Sin embargo, pocos autores de trabajos sobre la Dakota al oeste de las Montañas Rocosas, especialmente en la Meseta de Colorado, reconocen la Dakota como el Grupo Dakota, utilizando en su lugar el término Arenisca Dakota, de rango de formación. Sus subdivisiones se reconocen como miembros. Muchos autores han enfatizado el hecho de que la arenisca marina Dakota en la meseta de Colorado se entrelaza con la parte inferior marina de la lutita Mancos, lo que da lugar a nombres litoestratigráficos válidos como la lengua del arroyo Whitewater de la lutita Mancos, que está directamente cubierta por la lengua de arenisca Twowells de la arenisca Dakota. ^{[ 2 ]} En la cuenca occidental de San Juan, la parte más baja de la arenisca Dakota, aunque de origen marino marginal en la cuenca oriental de San Juan, es un complejo de areniscas continentales. Estas relaciones se observan especialmente bien en la cuenca de San Juan, en el noroeste de Nuevo México.

A partir del Cretácico Inferior, el Mar Cretácico se extendió hacia el sur desde lo que ahora es el Océano Ártico y se conectó con una corta extensión hacia el norte desde el Golfo de México. ^{[ 20 ]} Esta transgresión marina del océano sobre lo que antes era tierra, se completó a finales del Albiense (~100 MA) dividiendo así América del Norte por la mitad. En el lado oriental del Mar Cretácico, los sedimentos que se convertirían en la Formación Dakota se depositaron como arenas y limos marinos costeros y cercanos a la costa. A medida que el mar continuaba profundizándose y ensanchándose, esta línea costera oriental se movió progresivamente hacia el este; sin embargo, la acumulación de abundante sedimento transportado por grandes ríos limitó el avance de la línea costera más allá de la ubicación tipo durante todo el Cenomaniense hasta que fue cubierta por el Mar Cretácico Greenhorn a principios del Turoniense . ^{[ 5 ]} Mientras tanto, en el lado occidental del mar Cretácico, los sedimentos fueron transportados hacia el este y noreste por ríos desde montañas ubicadas a lo largo de lo que es la frontera entre Nevada y Utah.

Estos sedimentos occidentales se acumularon como arenas y limos costeros y cercanos a la costa, y son contrapartes de la Formación Dakota en el lado oriental del Mar. Sin embargo, estos sedimentos contrapartes se originaron en el otro lado del mar y fueron transportados por ríos que fluían en direcciones opuestas. Estos sedimentos occidentales son equivalentes a la Formación Dakota de las Grandes Llanuras, pero no son exactamente los mismos estratos. Las formaciones individuales en el Grupo Dakota occidental tienen nombres locales. En Wyoming, el término Formación Cloverly ha sido ampliado por algunos autores para incluir sedimentos que antes se ubicaban dentro de la Formación Dakota. A lo largo de la Cordillera Frontal de Colorado, los estratos terrestres inferiores, o facies, del Grupo Dakota a veces se denominan Formación Lytle, y las facies marinas cercanas a la costa se denominan Formación South Platte. ^{[ 21 ]} En el este de Utah y el oeste de Colorado, Young introdujo el término Formación Naturita para una serie de facies en el "Grupo Dakota" más grande. ^{[ 19 ]} Sin embargo, a pesar de la lógica de Witzke y Ludvigson, los geólogos han continuado refiriéndose a la secuencia de formaciones del Cretácico Inferior en la Meseta de Colorado y las Montañas Rocosas como el Grupo Dakota. ^{[ 22 ]}

Los Dakota han proporcionado diversos recursos tanto en los estados de las Grandes Llanuras como en algunas zonas montañosas del oeste.

Las lutitas y arcillitas predominantes son una fuente de hidrocarburos, mientras que las lentes y canales de arenisca forman reservas de hidrocarburos explotables. Por lo tanto, el Grupo Dakota es una fuente de petróleo y gas en la Cuenca de Denver . ^{[ 23 ]}

Cuando se encuentran cerca de la superficie, estas mismas estructuras funcionan como acuitardos y acuíferos , respectivamente. Las areniscas de Dakota constituyen importantes reservas de agua en las Grandes Llanuras, especialmente en las tierras altas entre los valles fluviales, dondequiera que se encuentren fuera de los límites del Acuífero de Ogallala . ^{[ 24 ]}

Dado que la formación es de origen exclusivamente terrestre, a diferencia de las vastas formaciones marinas de las Grandes Llanuras, la formación Dakota posee recursos únicos adicionales. En ella se ha formado carbón lignito , que fue extraído brevemente en el siglo XIX. Este yacimiento fue inmediatamente utilizado como combustible por los primeros colonos estadounidenses, pero resultó ser decididamente inferior a los yacimientos de carbón más grandes del sureste de Kansas. ^{[ 25 ]} Los extensos entornos pantanosos del período Dakota dieron lugar a concreciones de hierro, formando hematita , limonita y capas de "piedra ferruginosa", comunes en el miembro de arcilla Janssen de Kansas. ^{[ 25 ]} La fundición de esta limitada fuente de hierro solo se intentó brevemente en conjunto con la extracción de lignito. La arenisca cementada con hierro resultó ser un material de construcción duradero y vistoso en las Grandes Llanuras del siglo XIX, carentes de árboles. Los edificios históricos de la década de 1860 de Fort Harker (Kansas) y Fort Larned están construidos con esta piedra. Las arcillas Dakota se extraen para la fabricación de tejas y ladrillos. ^{[ 26 ]}

El uranio también se encuentra concentrado en la arenisca de Dakota, donde el agua rica en uranio que se filtra ha depositado el mineral en los acuíferos. ^{[ 27 ]}

Las arenas y lodos de Dakota representan tierras bajas húmedas, ríos, llanuras aluviales y playas con una línea costera profundamente ondulada entre deltas y bahías marinas salobres . El agua subterránea que fluye desde el interior reaccionó con cambios en el pH , la oxigenación y la salinidad al encontrarse con el agua de mar, depositando óxido de hierro y calcita en capas subterráneas cerca de las costas. Estos minerales endurecieron el material y los fósiles para preservar la evidencia de la ecología de esos ambientes. ^{[ 5 ]} La arenisca con huellas de dinosaurios en la parte superior de Dakota sobre la lutita marina de Skull Creek cerca de Denver demuestra que la vía marítima se retiró ocasionalmente de la zona.

• Lista de formaciones rocosas con fósiles de dinosaurios
• Dinosaur Ridge se encuentra al oeste de Denver , Colorado.
• Dakota Hogback

Desde la perspectiva de Colorado, animaciones del Mar Interior Occidental, incluyendo el puente terrestre entre la retirada de Mowry y el avance de Graneros:

• Ludvig Rhodin, James Adson y Joseph Rogers, "Vía marítima interior occidental: líneas costeras del Cretácico de Colorado" , Proyecto de Geología Interactiva , Universidad de Colorado Boulder .
• Ron Blakey y Teresa Hill, Paleogeografía de Colorado - Mesozoico 65ma-250ma , Estratigrafía de Colorado .