サウスダコタ州の地質

サウスダコタ州の地質は、25億年以上前の先カンブリア時代の始生代に形成され始めました。原生代を通じて、堆積物や火山性物質が点在しながら、火成岩の結晶質基盤岩が堆積し続けました。浅い海洋環境が一般的だった古生代には、大規模な石灰岩と頁岩の堆積物が形成され、その後、三畳紀の陸上環境下では赤色層が形成されました。西部内陸海路がこの地域を浸水させ、白亜紀にはララミデ造山運動によってロッキー山脈が形成され始めると、広大な頁岩、白亜層、石炭層が作られました。ブラックヒルズは新生代初期に隆起し、その後、長期にわたる浸食、堆積物の堆積、火山灰の降下によりバッドランズが形成され、海洋生物と哺乳類の化石が蓄えられました。州の景観の多くは、更新世の氷河期のいくつかの段階で作り変えられました。^[1]サウスダコタ州はブラックヒルズに豊富な鉱物資源を持ち、ウィリストン盆地では石油とガスの採掘が行われています。 2002年まで稼働していたホームステイク鉱山は、地下8000フィートに達する大規模な金鉱山で、現在は暗黒物質とニュートリノの研究に使用されています。

サウスダコタ州で最も古い岩石は、25億年以上前の先カンブリア時代の始生代に遡ります。始生代の結晶質基盤岩は、リトルエルクとベアマウンテンの花崗岩の侵入によって形成され、その間に火山活動、造山運動、頁岩の堆積が起こりました。海洋砂岩と粘土は原生代に堆積し、ハーニーピーク花崗岩は約17億1000万年前に堆積しました。新原生代は、地層の記録に残る長期にわたる浸食によって特徴づけられています。

古生代の始まりであるカンブリア紀には、多細胞生物の急速な増殖と並行して、この地域では陸上の浸食が続いた。カンブリア紀後期からオルドビス紀にかけての大規模な海進の間には、石灰岩、砂岩、頁岩が堆積し、この地域は洪水に見舞われた。スー族の珪岩は、海水が侵入した平原の上にそびえ立つ、おそらく唯一の高地であった。デッドウッド層はこの時期に形成され、スピアフィッシュ渓谷の壁で厚さ 400 フィートの層として露出し、ウィンドケーブでは厚さ 50 フィートに及ぶ。カンブリア紀の岩石はブラックヒルズでのみ露出しており、ウィンドケーブの南、古代の海岸線を越えたところで掘削されたボーリング孔では消えている。しかし、デッドウッド層は北西部の井戸では厚さ 700 フィートに達している。

デッドウッド層の基部は砂浜と砂利ですが、古代の海岸線が東に移動するにつれ、西側の深海に泥岩と石灰岩の薄い層が形成されました。この層には三葉虫の化石や、干潮時に露出したミミズの足跡が含まれています。波で砕けた石灰岩の破片からできた層内礫岩もよく見られます。シルル紀とデボン紀には、特にサウスダコタ州東部のウィリストン盆地内で炭酸塩の堆積がより多く見られました。石炭紀のミシシッピ紀には、広範囲にわたる陸地浸食が州の北中部を除く全域に影響を及ぼしました。ミシシッピ紀初期には、追加の石灰岩の堆積物が形成しました。ペンシルベニア紀には、砂岩、炭酸塩、蒸発岩が堆積し、海洋環境が優勢でした。

ペルム紀には海面が低下し、東部では浸食が起こり、西部では海洋堆積が続いた。^[2]

赤色の地層は、中生代初頭の三畳紀に西部全域に形成された。この地域は、ジュラ紀に大規模な浸食により陸上状態に戻り、その後白亜紀には浅い海洋環境に戻り、厚い黒色ピエール頁岩の層を堆積した。これは州内で最も厚く、最も広範囲に及ぶ堆積物単位である。当初、頁岩の厚さはワイオミング州境で2,500フィート、東部では数十フィートであったが、浸食によりブラックヒルズで剥ぎ取られた。白亜紀には、ララミデ造山運動によりロッキー山脈が隆起し始めた。

ミズーリ川の西では、白亜紀に内海で形成されたニオブララ白亜層からモササウルスやプレシオサウルスの骨が発見されている。ピエール頁岩地帯では、より侵食に強い石灰岩のレンズから、ティピービュートが小さな円錐形の丘として形成されている。ピエール頁岩が最初に形成され始めてから1500万年後、西部内陸海路が後退し始めた後、海岸砂炭層が最大200フィートの厚さのフォックスヒルズ層として残された。浸透性の低い頁岩は排水の悪い地形を生み出し、小川や川を遮断し、粘土、シルト、砂など最大500フィートの厚さの大量の堆積物を運び込み、ヘルクリーク層として堆積した。この層には薄い亜炭層があり、トリケラトプスやティラノサウルスなどの恐竜の骨も発見されている。

世界中の他の多くの場所と同様に、サウスダコタ州には、6600万年前のK-Pg大量絶滅の際の小惑星衝突によって残された厚さ1インチの境界粘土が保存されています。境界粘土の下には、広大なフィールドからの化石花粉がよく見られますが、その後の記録では長い間花粉はまれです。^[3]

白亜紀の内海の後退に続いて、新生代初頭の暁新世の火成活動に伴ってブラックヒルズが隆起した。ブラックヒルズの東にあるピエール頁岩は、波打つ平野に浸食された。ラドロー層は厚さが最大350フィートで、北西部では、砂が多く、あまり固結していないことを除いて、大量絶滅時の大陸堆積の明らかな中断はない。さらに東には、この層には、内海の短い復活の間に堆積し、カキ、巻貝、ハマグリの化石を含む補助的なキャノンボール層がある。タングリバー層の300フィートの砂岩と褐炭はラドロー層の上にあり、東に行くほど厚くなり、ワイオミング州北部で見つかった主要な石炭鉱床の一部を含んでいる。

北西部では、ラドロー、キャノンボール、タン・リバー層がフォート・ユニオン・グループに分類され、ロッキー山脈に由来する厚い砂岩層があります。

始新世を通じて、ブラックヒルズは亜熱帯気温の時期に浸食され、東に瓦礫を落としました。頁岩中の黄鉄鉱は酸化され、鮮やかな赤と黄色の酸化鉄になりました。堆積物は始新世の終わりまでこの地域に蓄積されず、大きな川が物質を海に運び去りました。始新世の火山岩には化石化した木々が保存されています。

漸新世には気候が乾燥状態に変わり、この地域は広大な沖積砂漠平野に変わりました。最大 600 フィートの砂と粘土が、サウスダコタ州西部のブラックヒルズの頂上から 2,000 フィート以内に埋もれ、ホワイトリバー層を形成しました。一方、東部ではいくらかの浸食が起こりました。ワニの骨、陸生の巻貝、カメ、エノキの種子を含む砂利の堆積物も、化石記録によく見られます。鳥の骨、さらにはアヒルの卵の化石が、ハマグリ、巻貝、一時的な池の藻類マットの残骸と一緒に発見されています。

1800 年代以来、地質学者たちはホワイト リバー層をどのように分割するかについて議論してきました。シャドロン層は下層で、酸化した始新世の侵食面を覆い、厚さは最大 180 フィートに達します。層の厚さは大きく異なり、既存の谷を埋めたり、丘を覆ったりします。収縮膨張能力の高い薄緑色のベントナイト粘土と、池のカタツムリ、ハマグリ、藻類の残骸を含む石灰岩のレンズが含まれます。この層では、チタノテリウムの化石やその他の大型哺乳類が発見されています。粘土の濃度が高く、侵食されやすいため、シャドロン層はなだらかな傾斜の丘やビュートを形成する傾向があります。上にあるブルール層は、水によって堆積した粘土、風で運ばれた砂、シルト、火山灰で構成され、最大の厚さは 450 フィートです。砂漠のカリケ土壌は、石灰団塊として保存されることがあり、小さな粘土のビュートは、よく固まったチャネル砂と砂利で覆われていることが多い。ブルール層は、バッドランズのギザギザの尖峰に侵食されている。1990 年代後半までに、古生物学者は、げっ歯類からサイ、馬やラクダまで、150 属の哺乳類を発見した。500 万年にわたる堆積の終わりに、この層は、オレゴン州西部カスケード山脈の 強力な流紋岩噴火による降灰である、真っ白なロッキー フォード灰で覆われた。

中新世には、少量の淡色砂と粘土が堆積しましたが、この時期には暖かく湿潤な気候に戻りました。活力を取り戻した小川が大量の堆積物を運び去り、ホワイト リバー層の大部分が消滅しました。サウス ダコタ州南西部のホワイト リバー層は、数百フィートの新しい堆積物で覆われています。崖を形成することが多い中新世の砂岩は、ホワイト リバー層を覆うことがよくあります。

サウスダコタ州では、鮮新世に浸食の時期があった。特に、サウスダコタ州西部では、粗い堆積物が移動してオガララ帯水層が形成された。^[4]更新世の氷河期 には、サウスダコタ州は複数回の氷河作用を経験した。^[5]最古の氷河漂砂堆積物は南東部のスーフォールズとニュートンヒルズにあり、その上に、深く風化したイリノイ紀、あるいはおそらく先イリノイ紀の物質が覆っている。ジェームズ川低地とミズーリ川の向こうには広大なティル層が広がっており、年代は不明だが、ウィスコンシン氷河期のものと考えられることが多い。ブルッキングスティル平原は、ブルッキングスを貫く、風化が激しい地上モレーンの帯である。イリノイ紀に遡るもので、ウィスコンシン氷床に埋もれずに済んだ。プレーリーヒルズ中央部の狭い帯には、ウィスコンシン州最古の堆積物であるトロントティル平原が広がっており、丘陵の東端にあるベミス期はモレーンの帯を形成している。氷はプレーリーヒルズの東には進まなかったが、丘陵の西側に侵入するアルタモント期として知られるモレーンの尾根を残した。ウィスコンシン後期には、氷床はプレーリーヒルズで分裂し、デモイン・ローブを東に、西ローブをジェームズ川渓谷に沿って広げた。ビッグストーン期として知られる氷河の最後の前進は、ミネソタ川の低地を北東にたどった。^{[6] [7]}

ブラックヒルズは1870年代から、銀、金、雲母、タングステン、長石、ベントナイト、緑柱石、鉛、亜鉛、ウラン、リチウム、砂、石油の採掘が広く行われ、定期的に行われていた。 ^{[8] 2002年に閉鎖されるまで}ホームステイク鉱山 を管理していたホームステイク鉱山会社は、1900年頃にデッドウッド、ゴールデンテラ、ファーザーデスメット、カレドニアの金鉱山を合併した。その従業員は、新しい空気圧ドリル技術とシアン化物処理を使用し、1941年までにロス立坑とイェーツ立坑（どちらも深さ5000フィート）を建設した。鉱山活動は第二次世界大戦中に中断されたが、再開された。 1976年の鉱山100周年までに、鉱山の深さは8000フィートに達し、3100万オンスの金、700万オンスの銀、1億1500万トンの粉砕鉱石が産出された。

閉鎖後、この場所はスーパーファンドサイトとみなされましたが、シャフトは現在、暗黒物質とニュートリノの研究に使用される米国最大の地下研究所であるサンフォード地下研究施設に再利用されています。サウスダコタ州リードの南西には、ゴールドコープが運営する露天掘りの金鉱山が今も稼働しています。^[9]

サウスダコタ州は北西部のウィリストン盆地で石油とガスを生産しているが、主に従来の垂直井からの生産で、米国全体のわずか1％に過ぎない。100の井戸から年間160万ガロンの石油が生産されている。生産のほとんどはハーディング郡内の400平方マイルの地域に集中しており、レッドリバー層に依存している。^[10]

• Driscoll, Daniel G.; Carter, Janet M.; Williamson, Joyce E.; Putnam, Larry D. (1990) 「サウスダコタ州ブラックヒルズ地域の水文学」(PDF) USGS。
• グリース、ジョン・ポール（1996）。サウスダコタの道路沿いの地質学。マウンテン・プレス出版会社。