Geología de Minnesota

Minnesota contiene algunas de las rocas más antiguas de la Tierra, gneises graníticos que se formaron hace unos 3600 millones de años (aproximadamente el 80 % de la edad del planeta). ^{[ 1 ]} Hace unos 2700 millones de años, las primeras rocas volcánicas que más tarde se asentarían bajo Minnesota comenzaron a emerger de un antiguo océano, formando el Cratón Superior . ^{[ 2 ]} Este cratón se ensambló posteriormente en el Escudo Canadiense , que pasó a formar parte del cratón norteamericano . Gran parte de la roca de gneis subyacente del estado actual ya se había formado casi mil millones de años antes, pero yacía bajo el mar. ^{[ 3 ]} Excepto por un área donde aparecieron islas en lo que ahora es la parte norte del estado, la mayor parte de la región permaneció bajo el agua.  

En el Precámbrico medio, hace unos 2000  millones de años, la tierra emergió del agua. Depósitos de minerales pesados ​​que contenían hierro se habían acumulado en las costas del mar en retroceso para formar las cordilleras de hierro de Mesabi , Cuyuna , Vermilion y Gunflint , desde el centro del estado hacia el norte, hasta el noroeste de Ontario , Canadá. ^{[ 4 ]} Estas regiones también mostraron los primeros indicios de vida , ya que las algas crecieron en las aguas poco profundas.

Hace más de 1100  millones de años, se formó una grieta y la lava emergió de fisuras a lo largo de los bordes del valle de la grieta . Este Sistema de Rift del Medio Continente se extendió desde la península inferior de Michigan hacia el norte hasta el actual lago Superior , hacia el suroeste a través del lago hasta el área de Duluth , y hacia el sur a través del este de Minnesota hasta lo que hoy es Kansas . ^{[ 5 ]} La formación de la grieta se detuvo antes de que la tierra pudiera convertirse en dos continentes separados . Aproximadamente 100 millones de años después, el último volcán se calmó.

Los eventos de formación de montañas y fracturas dejaron áreas de alto relieve sobre la cuenca baja del rift del Medio Continente. Durante los siguientes 1100 millones de años, las tierras altas se erosionaron y el rift se llenó de sedimentos, formando rocas con espesores que variaban desde varios cientos de metros cerca del lago Superior hasta miles de metros más al sur. ^{[ 6 ]} Mientras las placas tectónicas de la corteza continuaban su lenta deriva sobre la superficie del planeta, encontrándose y separándose en la sucesiva colisión y fractura de los continentes, el cratón norteamericano permaneció estable. ^{[ 7 ]} Aunque ahora libre de pliegues y fallas causadas por la tectónica de placas , la región continuó experimentando una subsidencia y elevación graduales. ^{[ 8 ]}

Hace quinientos cincuenta millones de años, el estado fue inundado repetidamente por el agua de un mar poco profundo que creció y retrocedió a través de varios ciclos. La masa terrestre de lo que ahora es América del Norte se extendía a lo largo del ecuador, y Minnesota tenía un clima tropical. ^{[ 9 ]} Pequeñas criaturas marinas como trilobites , corales y caracoles vivían en el mar. Las conchas de los diminutos animales se hundieron hasta el fondo y se conservan en calizas , areniscas y pizarras de esta era. ^{[ 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 erosionada o enterrada por la glaciación reciente . Las unidades rocosas que se conservan en Minnesota de este período son de edad Cámbrica , Ordovícica y Devónica , desde la arenisca de Mount Simon en la parte inferior de la secuencia de rocas sedimentarias hasta el Grupo Cedar Valley en la parte superior.

En el período Cuaternario , que comenzó hace aproximadamente dos millones de años, los glaciares se expandieron y retrocedieron por toda la región. El hielo retrocedió por última vez hace unos 12.500 años. ^{[ 11 ]} El deshielo de los glaciares formó muchos de los lagos del estado y esculpió sus valles fluviales. También formó varios lagos proglaciales , que contribuyeron a la topografía y los suelos del estado. El principal de estos lagos fue el lago Agassiz , un lago enorme con un volumen que rivalizaba con el de todos los Grandes Lagos actuales juntos. Represado por la capa de hielo del norte, el inmenso caudal de este lago encontró una salida en el río glacial Warren , que desembocaba hacia el sur a través del paso de Traverse Gap por los valles que ahora ocupan los ríos Minnesota y Mississippi . Finalmente, la capa de hielo se derritió y el río Rojo le dio al lago Agassiz una salida al norte hacia la bahía de Hudson . A medida que el lago se secaba, 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; sus aguas desembocaban en el antiguo cauce del Rift Mediocontinental, en el río St. Croix y el Misisipi. Cuando los glaciares retrocedieron, el lago pudo desembocar a través de los Grandes Lagos hasta el río San Lorenzo . ^{[ 12 ]}

Animales gigantes vagaban por la zona. Los castores eran del tamaño de osos , y los mamuts medían  4,3  metros de altura hasta el hombro y pesaban 10 toneladas . Incluso los búfalos eran mucho más grandes que los actuales. Los glaciares continuaron retrocediendo y el clima se volvió más cálido durante los siguientes milenios; estas criaturas gigantes se extinguieron hace unos 9000 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 till 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 diseccionado que no se encuentra en otras partes del estado. El noreste de Minnesota estuvo sujeto a la glaciación y sus efectos, pero sus duras rocas arcaicas y proterozoicas fueron más resistentes a la erosión glacial que el lecho rocoso sedimentario encontrado inicialmente en muchas otras regiones, y el till glacial es relativamente escaso. Si bien los efectos de la erosión glacial están claramente presentes y hay algunas áreas de till glacial, las rocas y formas del relieve más antiguas permanecen sin enterrar y expuestas en gran parte de la región.

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 US 53 que discurre entre Duluth e International Falls . Se excluyen partes de los lechos de los lagos glaciares Agassiz y Upham , este último ocupado actualmente por el valle superior del río Saint Louis y su afluente, el Cloquet . Esta área coincide con la Sección de las Tierras Altas del Norte del Bosque Mixto Laurentino . ^{[ 17 ]}

Conocida como la Punta de Flecha por su forma, esta región muestra la evidencia más visible del pasado violento del estado. Hay afloramientos superficiales de rocas formadas por primera vez en actividad volcánica hace unos 2700  millones de años durante la construcción de la provincia Arcaica-Superior, ^{[ 18 ]} incluyendo la piedra verde de Ely , rocas volcánicas metamorfizadas y altamente plegadas que alguna vez se pensó que eran la roca expuesta más antigua de la tierra; ^{[ 19 ]} formaciones proterozoicas creadas hace unos 1900  millones de años que dieron a la zona la mayor parte de sus riquezas minerales; y gabro intrusivo más reciente y basaltos y riolitas extrusivas del Complejo de Duluth y el Grupo Volcánico de North Shore, creados por magma y lava que ascendieron y se endurecieron hace unos 1100 millones de años durante el Rift del Medio Continente . ^{[ 20 ]} El lecho rocoso precámbrico formado por esta actividad ha sido erosionado pero permanece en la superficie o cerca de ella en gran parte del área. 

Toda la zona constituye el borde sur indómito del Escudo Canadiense . Los suelos superficiales son delgados y pobres, y sus suelos de origen provienen de la roca subyacente o cercana, en lugar de la morrena glacial, que es escasa. ^{[ 21 ]} Muchos de los lagos de esta región se ubican en depresiones formadas por la erosión diferencial de capas inclinadas de roca estratificada del Escudo Canadiense; las grietas resultantes se han llenado de agua, creando muchos de los miles de lagos y pantanos del Bosque Nacional Superior . ^{[ 22 ]}

En la época postglacial, el noreste de Minnesota estaba cubierto de bosques, interrumpidos únicamente por estos lagos y humedales interconectados. Gran parte de la zona ha permanecido prácticamente inalterada por la actividad humana, gracias a la existencia de importantes reservas forestales y naturales, entre las que destacan el Área Silvestre de Canotaje de Boundary Waters y el Parque Nacional Voyageurs . En el resto de la región, los lagos ofrecen oportunidades recreativas, los bosques se gestionan para la producción de pulpa de madera y se extraen valiosos minerales de la roca madre subyacente, depositados en el Precámbrico. Si bien se han extraído minerales de cobre y níquel, el principal mineral metálico es el hierro. Tres de las cuatro cordilleras de hierro de Minnesota se encuentran en esta región, incluida la Cordillera Mesabi , que ha suministrado más del 90 % de la producción histórica del estado, incluyendo la mayor parte de los minerales naturales con la pureza suficiente para ser introducidos directamente en 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 suministrando una gran proporción de las necesidades de la nación.

El noroeste de Minnesota es una vasta llanura en el lecho del lago glacial Agassiz. Esta llanura se extiende hacia el norte y noroeste desde la morrena de Big Stone , más allá de las fronteras de Minnesota, hacia Canadá y Dakota del Norte . En el noreste, la llanura del lago glacial Agassiz se transforma en los bosques de Arrowhead. La región incluye las zonas bajas de la cuenca del río Rojo y la mitad occidental de la cuenca del río Rainy dentro del estado, aproximadamente al nivel de Herman Beach del lago Agassiz . ^{[ 24 ]} En términos ecológicos, incluye las turberas del norte de Minnesota del bosque mixto Laurentiano, ^{[ 25 ]} las praderas de álamos de pastos altos, ^{[ 26 ]} y la sección del valle del río Rojo de las praderas. ^{[ 27 ]}

El lecho rocoso en esta región es principalmente Arcaico , con pequeñas áreas de rocas sedimentarias del Paleozoico Inferior y Mesozoico Superior a lo largo del límite occidental. ^{[ 28 ]} A finales del Wisconsiniense , este lecho rocoso había sido cubierto por depósitos glaciares arcillosos erosionados y transportados hacia el sur desde rocas sedimentarias en Manitoba. El terreno fértil no está diseccionado y es esencialmente plano, pero desciende 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 por terrazas o playas donde el lago glacial Agassiz se estabilizó por un tiempo antes de retroceder a un nivel inferior. A diferencia del lecho del lago, estas playas se elevan de sur a norte y este con una pendiente de aproximadamente 1:5000; esta elevación fue resultado del rebote isostático de la tierra después del retroceso de la última capa de hielo. ^{[ 29 ]} En la parte occidental de la región en el Valle del Río Rojo, los depósitos lacustres glaciares de grano fino y los materiales orgánicos descompuestos de hasta 50 metros de profundidad forman suelos ricos, bien texturizados 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 con drenaje deficiente , a menudo organizada en patrones raros y distintivos conocidos como turberas con patrones . ^{[ 31 ] [ 32 ]} En elevaciones marginalmente más altas dentro de estos humedales hay áreas de abeto negro, alerce y otras especies tolerantes al agua.

El suroeste de Minnesota se encuentra en las cuencas de los ríos Minnesota , Missouri y Des Moines . ^{[ 33 ]} El río Minnesota se ubica en el lecho del río glacial Warren , un torrente mucho mayor que drenaba el lago Agassiz mientras que 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 una formación geológica llamativa creada por la bifurcación de diferentes lóbulos de avance glacial. En el lado de Minnesota del coteau se encuentra una característica conocida como Buffalo Ridge , donde la velocidad promedio del viento es de 16  mph (26  km/h). Esta meseta ventosa se ha desarrollado para la generación de energía eólica comercial . ^{[ 34 ]}

Entre el río y la meseta se extienden praderas planas sobre capas variables de till glacial. En el extremo suroeste del estado, son comunes los afloramientos de cuarcita sioux , con afloramientos intercalados menos frecuentes de una lutita metamorfizada asociada llamada catlinita . Pipestone, Minnesota, es el sitio de canteras históricas de catlinita de los nativos americanos, más conocida como "pipestone". Otro afloramiento notable en la región son los petroglifos de Jeffers , un afloramiento de cuarcita sioux con numerosos petroglifos que podrían 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 . Antiguamente rica en humedales conocidos como lagunas 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 ​​mayor parte de las praderas son ahora campos de cultivo. ^{[ 37 ]} Debido a la geología cuaternaria y de roca madre de la región, así como a la reducida precipitación en la misma, 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 transporta agua subterránea desde las pocas áreas localizadas con pozos de agua subterránea productivos 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 , abarcando luego esta última metrópolis con un amplio arco hacia el este hasta el río St. Croix . ^{[ 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 adjunta esta morrena a su descripción del centro-oeste de Minnesota, dada su similitud en características glaciares con esa región. ^{[ 39 ]} Según la clasificación de Sansome (seguida aquí), el sureste de Minnesota es generalmente colindante con la Sección de Meseta Paleozoica de la Provincia del Bosque de Hoja Ancha Oriental. ^{[ 40 ]}

El lecho rocoso aquí está formado por rocas sedimentarias del Paleozoico inferior , con predominio de caliza y dolomita cerca de la superficie. Está muy erosionado, y los afluentes locales del Misisipi han excavado profundos valles en el lecho rocoso. Es una zona de topografía kárstica , con suelos superficiales delgados sobre calizas porosas, lo que da lugar a la formación de cavernas y sumideros . La última glaciación no cubrió esta región (deteniéndose en el lóbulo terminal de Des Moines mencionado anteriormente), por lo que no hay depósitos glaciares que formen subsuelos , lo que da a la región el nombre de Área sin Depósitos Glaciales . Dado que los suelos superficiales son menos profundos y más pobres que los del oeste, la principal actividad agrícola es la ganadería lechera en lugar de los cultivos comerciales.

El centro de Minnesota está compuesto por (1) la cuenca hidrográfica del río St. Croix, (2) la cuenca del río Mississippi por encima de su confluencia con el Minnesota, (3) aquellas partes de las cuencas de los ríos Minnesota y Rojo en las tierras altas glaciares que forman las divisorias 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 con Iowa, y (5) el valle superior del río Saint Louis y el valle de su principal afluente, el río Cloquet , que alguna vez desembocaron en el Mississippi antes de ser capturados por la piratería fluvial y sus aguas fueron redirigidas a través del bajo río Saint Louis hacia el lago Superior. ^{[ 41 ] [ 42 ]} Las formas del relieve glaciar son las características comunes de esta región que parece un gerrymander .

La roca madre varía en edad desde granitos del Arcaico hasta sedimentos del Cretácico del Mesozoico Superior, ^{[ 43 ]} y debajo de la parte oriental de la región (y la extensión hacia el sur hasta Iowa) se encuentran las rocas volcánicas de Keweenawan del Precámbrico Tardío del Rift del Medio Continente, cubiertas por miles de metros de rocas sedimentarias. ^{[ 44 ]}

En la superficie, toda la región es un «terreno morrénico», con formas del relieve glaciar como morrenas , drumlins , eskers , kames , llanuras de aluvión y llanuras de till , todas vestigios de la glaciación reciente. En la multitud de depresiones formadas por los glaciares se encuentran humedales y muchos de los «10.000 lagos» del estado, lo que convierte a la zona en un destino vacacional privilegiado. Los depósitos glaciares son una fuente de áridos, y bajo el till glaciar se hallan granitos de alta calidad que se extraen para la construcción de edificios y monumentos.

Centro-este de Minnesota: valles rocosos y llanuras de aluvión.

La subregión del centro-este de Minnesota es la parte del centro de Minnesota cercana a la confluencia de tres de los grandes ríos del estado. Incluye el condado de Dakota , el este del condado de Hennepin y la región al norte del Misisipi pero al sur de una línea este-oeste que va desde Saint Cloud hasta el río St. Croix en la frontera con Wisconsin . Incluye gran parte del área metropolitana de las Ciudades Gemelas . ^{[ 45 ]} La región tiene los mismos tipos de relieves glaciares que el resto del centro de Minnesota, pero se distingue por sus valles rocosos, tanto activos como enterrados.

Los valles albergan ahora tres de los ríos más grandes de Minnesota, que se unen aquí. El St. Croix se une al Mississippi en Prescott , Wisconsin. Aguas arriba, el Mississippi se une al río Minnesota en el histórico Fuerte Snelling . Cuando las cataratas del río Warren retrocedieron más allá de la confluencia del mucho más pequeño río Alto Mississippi , se creó una nueva cascada donde ese río desembocaba en el mucho más bajo río Warren. Las nuevas cataratas retrocedieron aguas arriba en el Mississippi, migrando ocho  millas (13  km) durante 9600 años hasta donde Louis Hennepin las vio por primera vez y las nombró cataratas de San Antonio en 1680. Debido a su valor como fuente de energía, esta cascada determinó la ubicación de Minneapolis . Un afluente del río que viene del oeste, el arroyo Minnehaha , retrocedió solo unos cientos de yardas de uno de los cauces del Mississippi. Las cataratas Minnehaha permanecen como una reliquia pintoresca e instructiva de las cataratas del río Warren, y la construcción de piedra caliza sobre arenisca es fácilmente visible en su pequeño desfiladero. En las cataratas de San Antonio, el río Misisipi caía 15 metros (50 pies) sobre una cornisa de piedra caliza; estas cascadas se utilizaban para accionar los molinos harineros que fueron la base del crecimiento de la ciudad en el siglo XIX. 

Otros valles de túneles en la roca madre se encuentran profundamente bajo el till depositado por 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 la llanura arenosa de Anoka , una zona plana de depósitos arenosos 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 excavado por la escorrentía del lago glacial Duluth en la antigua roca madre. ^{[ 48 ]} El Parque Interestatal contiene aquí el afloramiento superficial más meridional de los flujos de lava precámbricos del Rift del Medio Continente , lo que ofrece una visión del pasado volcánico de Minnesota. ^{[ 49 ]}