オハイオ州の地質

古生代の始まりであるカンブリア紀は、多細胞生物の繁栄を特徴とする時代でした。カンブリア紀後期には、オハイオ州は浅い海に覆われ、海洋堆積物とデルタ堆積物が形成されました。断層のある先カンブリア時代の基盤岩の上に、砂岩、泥岩、頁岩、石灰岩、ドロマイトが堆積しました。古生代における周期的な海面低下により、これらの岩石ユニットが侵食され、前期ペルム紀まで堆積層に不整合が生じました。オルドビス紀に始まったこれらの海面低下期には、ペンシルバニア紀とペルム紀にこの地域で陸上侵食が発生しました。海面低下は、東のタコニック造山運動によるこの地域の隆起と関連していました。

中期オルドビス紀には、再び海進が起こり、この地域は水没して石灰岩の礁が堆積した。これらの岩石は地下掘削によってのみ確認されており、地表には露出していない。

ポイント・プレザント層は、オハイオ州で地表に露出している最古の岩石層であり、後期オルドビス紀に形成され、シンシナティ近郊のオハイオ川沿いに露出しています。この地層は、浅瀬の石灰岩礁からより深い水域への移行を記録しており、その上に重なる頁岩と石灰岩によって特徴づけられ、これらがシンシナティアン層を形成しています。タコニック造山運動に伴う隆起した山々から流れ出た粘土が頁岩層を形成しました。温暖な海水は生物活動が活発になるのに最適な環境を作り出し、シンシナティアン層は化石を豊富に含み、オハイオ州南西部の河床、丘陵地、道路の切り通しなどに広く露出しています。オハイオ州の州指定無脊椎動物化石は、この地層で発見された三葉虫です。

オルドビス紀末期、オハイオ州が位置していた南半球では、約4億3800万年前に広範囲にわたる氷河作用が発生しました。氷河作用により海面が低下し、それに伴って地盤沈下も起こりました。オルドビス紀の堆積作用は、ドレイクス層の準整合的な断層によって終焉を迎えました。

シルル紀の初めまでに、海面は再び上昇した。シルル紀の浅い海は亜熱帯炭酸塩岩の形成につながり、現在ではシンシナティ・アーチの東西とフィンドレー・アーチの頂上に露出している。炭酸塩岩の中には、初期シルル紀のロックポート・ドロマイトのように、礁に堆積したものもある。化石はいくつか含まれているものの、シルル紀の岩石ユニットのほとんどは生命の痕跡をほとんど保存していない。これらのユニットは、無水石膏、石膏、岩塩などの蒸発岩の層によって隔てられている。海面の低下と地盤沈下に関連して厚い塩層が形成され、オハイオ州東部のサリナ・グループの厚い塩層が生成された。

新たなプレート衝突により、デボン紀にアカディアン造山運動が始まり、オハイオ州東部のアパラチア盆地に堆積物が堆積した。4億800万年前に形成された前期デボン紀のヘルデルベルク石灰岩とオリスカニー砂岩は、地下に存在することが知られている。ルーカス郡の採石場では、埋め立てられて埋め立てられる前に、ホランド採石場頁岩の前期デボン紀の岩石が一時的に露出していた。デボン紀の岩石の大部分は中期デボン紀のもので、オハイオ州南部とエリー湖の間に露出している。シルル紀と中期デボン紀のドロマイトと石灰岩の間には大きな不整合がある。その上にあるデボン紀の岩石には、フィンドレー・アーチの東にあるコロンバス石灰岩と、西にあるデトロイト川グループの炭酸塩岩が含まれる。下部シルル紀の岩石間の傾斜不整合は、場所によってはリン酸塩層によって特徴づけられ、骨や歯が保存されている。

コロンバス石灰岩は特に化石を豊富に含み、コロンバスとサンダスキー郡の間の帯状地帯、およびエリー湖のケリーズ島に露出している。最も優れた化石露頭は、この帯状地帯沿いの石灰岩採石場で見られ、地元のコンクリート需要を供給している。中期デボン紀末期には、海洋環境はオレンタジー頁岩とオハイオ頁岩の黒色海洋頁岩の堆積へと変化した。これらの頁岩層は大部分が化石を含まない。しかし、一部の場所では、腕足類、節足動物、節頸類、サメの化石、およびダンクルオステウスの装甲板が見られる。

石炭紀ミシシッピ紀の始まり、3億4千万年前には、河川や三角州の堆積物が頁岩を覆い、ベッドフォード頁岩、ベレア砂岩、カヤホガ層、ローガン層を形成した。これらの地層の堆積は、停滞した海洋環境への回帰によって一時的に中断され、サンベリー頁岩が形成された。ミシシッピ紀の岩石の露頭は、オハイオ州中部を横断し、エリー湖岸に沿ってデボン紀の岩石と平行に走っている。実際、ミシシッピ紀の露頭は、湖の南5～10マイルの丘陵地帯を形成している。一般的に、ミシシッピ紀の岩石は化石が中程度に豊富で、カヤホガ層ではウミユリの保存状態が良い。ペンシルバニア紀の岩石は、より古いミシシッピ紀の岩石を削った河川の流路に堆積した。

中期ペンシルバニア紀のシャロン砂岩とポッツビル層群は、アパラチア盆地の東部における隆起と西部における沈降の痕跡を保存している。ペンシルバニア紀とペルム紀に形成された岩石は、主に陸起源であり、非海成頁岩、砂岩、石炭、鉄鉱石、石灰岩のほか、フリントや海成頁岩などの海成岩も含まれる。ペンシルバニア紀の河川デルタは、厚い湿地植生に覆われており、石炭鉱床の形成に寄与した。

堆積岩や化石の証拠から、オハイオ州はペルム紀以来陸地環境であったことが示唆される。例えば、ペンシルバニア紀の主要な区分であるポッツビル層群、アレゲーニー層群、コネモー層群、モノンガヘラ層群、そして前期ペルム紀のダンカード層群は、それぞれ前の層よりも陸地的である。この地域は内陸部に位置し、原北アメリカ大陸ローラシアがゴンドワナ大陸と衝突して超大陸パンゲアを形成する際に陸地侵食を受けた。古生代末期の岩石は、カントンとマリエッタ間の州間高速道路77号線沿いの道路切土、ケンブリッジからブリッジポートまでの州間高速道路77号線沿い、そしてマリエッタからイースト・リバプールまでのオハイオ川沿いの崖で最もよく露出している。^{[ 3 ]}

2億4500万年にわたり、中生代全体から古第三紀、新生代初期にかけて、オハイオ州は長期にわたる隆起と風化を経験しました。更新世の氷河期以前は、この地域は大きな河川の谷で覆われており、数百メートルの岩石が削り取られ、中生代と新生代の痕跡のほとんどが消え去ったと考えられています。更新世以降に形成された最近の堆積物からは、マストドンの化石を含むいくつかの骨や植物の化石が発見されています。^{[ 4 ]}