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ジェイコブスビル砂岩は、淡い色の筋や斑点が特徴的な赤い砂岩層で、主にミシガン州北部、オンタリオ州の一部、スペリオル湖の大部分に分布しています。耐久性と美観に優れていることから、カナダとアメリカ合衆国の両方で建築用建材として利用されました。この砂岩は、ミシガン州アッパー半島全域の32か所の採石場で採掘されました。採掘期間はおよそ1870年から1915年です。
この砂岩は、レッドストーン、ブラウンストーン、スペリオル湖砂岩、イースタン砂岩など、さまざまな名称で呼ばれてきました。1907年、ジェイコブスビル層は、砂岩の産地として知られるミシガン州ジェイコブスビルにちなんで、現在の分類とジェイコブスビルという名称を与えられました。この砂岩は、新原生代初期に陸上の河川環境で堆積しました。[ 1 ]
スペリオル湖南部の地質学的研究は、1800 年代初頭に初めて行われた。多くの研究では、さまざまな地質構造を説明するためにスペリオル湖砂岩という用語が使用された。 [ 2 ] [ 3 ]砂岩の区分は、主にキーウィノー半島を横断する東西の区分、または下部赤色砂岩と上部灰色砂岩の区分に重点が置かれていた。[ 4 ]ジェイコブスビル層の現在の定義は、1907 年にAC レーンとAE シーマンによって行われ、スペリオル湖のさまざまな砂岩は、ジェイコブスビル、フレダ、およびムニシングに分けられた。[ 5 ] [ 6 ]ジェイコブスビルは、下部赤色または東部として記述される砂岩を反映している。[ 7 ]彼らはまた、有名なポーテージ赤色砂岩を含む砂岩の産出で有名なミシガン州ジェイコブスビルの町にちなんで、ジェイコブスビルという名前を導入した。 [ 3 ] [ 7 ]
ジェイコブスビル砂岩と、ウィスコンシン州北部に位置する類似の砂岩であるベイフィールド層群の岩相と重鉱物群の類似性から、両者は相関関係にある可能性がある。 [ 8 ] [ 9 ]ジェイコブスビル砂岩は、同層群の最上部の層であるチェクアメゴン砂岩に最も類似している。[ 10 ]類似性があるにもかかわらず、2つの層が同一であるかどうかは不明である。[ 10 ] [ 11 ]類似した鉱物組成、組織、および層序的位置に基づいて、ジェイコブスビルとフレダ砂岩（ベイフィールドではなく）との相関関係が示唆されている。[ 12 ]この層は、オハイオ州南西部のミドルラン層に類似している。[ 13 ]初期の研究では、ジェイコブスビルとニューヨーク州のポツダム砂岩との相関関係も示唆されていた。 [ 5 ]
オハイオ州パットナム郡の赤い砕屑岩層は、 1948年にチャールズ・フェットケによって暫定的にジェイコブスビル砂岩と名付けられた。 [ 13 ]
ジェイコブスビル砂岩は、少量の酸化鉄により一般的に赤色で、さまざまなピンク、白、茶色の斑点があります。[ 14 ]この砂岩には、浸出と漂白によって生じた多くの白い筋と球状の斑点があり、周囲の色との境界がはっきりしています。[ 14 ] [ 15 ]その岩相は、石英に富む砂岩から長石に富む砂岩と頁岩まで変化します。[ 16 ] [ 17 ]この地層は、礫岩、レンズ状砂岩、塊状砂岩、赤色シルト岩の 4 つの異なる相から構成されています。[ 18 ]
砂岩はよく固結しており[ 17 ]、氷河堆積物や化石は含まれていません[ 19 ] 。ジェイコブスビル砂岩の粒子の大きさは0.25～0.5 mm（0.0098～0.0197インチ）です[ 14 ]。マルケット郡とアルジャー郡で採取されたサンプルの平均に基づくと、ジェイコブスビル砂岩は、非波状石英27.4%、波状石英27.0%、カリ長石23.0% 、珪質火山砕屑物12.3%で構成されています。より小さな構成要素は、多結晶石英3.8%、変成岩2.4%、堆積岩1.4%、不透明岩1.3%、苦鉄質火山岩0.8%、斜長石0.1%です。ジェイコブスビル砂岩の重鉱物群は、イルメナイトが84% 、リューコキセンが4～5% 、ガーネットが4%、アパタイトが3% 、ジルコンが3% 、トルマリンが1%である。[ 14 ]
この地層は、キーウィノー半島のキーウィノー断層の南東、さらに東のアッパー半島のスペリオル湖の南に位置しています。[ 20 ]オンタリオ州では、ジェイコブスビル砂岩はスーセントマリーの下にあり、南のバー川から北のワワ付近まで湖岸に沿って断続的に広がっています。 [ 21 ] [ 22 ]この地層は、ウィスコンシン州アイアン郡にもわずかに分布しています。[ 23 ]堆積した表面が非常に不規則なため、[ 9 ]ミシガン州では、この地層の厚さは5フィート（1.5メートル）から1,800フィート（550メートル）以上に変化します。[ 24 ]この砂岩は、特にムニシングの西のスペリオル湖の大部分の下にも広がっており、 [ 7 ]最大厚さは3,000フィート（910メートル）を超えます。[ 3 ]ジェイコブスビル層は、ムニシング層の不整合の下、オロント層群の上に位置している。[ 19 ] [ 25 ]この層は、キーウィーナワン超層群の上部メンバーである。[ 26 ]ジェイコブスビル砂岩は水平から緩やかな傾斜まで変化し、古流向はスペリオル湖盆地に向かっている。[ 27 ]
ジェイコブスビル層はアッパー半島全体に広く露出しており、オンタリオ州とウィスコンシン州では露出が少ない。[ 28 ]砂岩の崖はブロック状の崖錐があり、植生はほとんど見られない。[ 29 ]湖面からわずか数フィートしか隆起していないジェイコブスビル砂岩は、ピクチャードロックス国立湖岸で露出している最古の地層である。この砂岩は、ヒアワサ国有林のグランド島で目立つ。[ 25 ]
ジェイコブスビル砂岩は、河川、湖沼、三角州環境で堆積した。[ 25 ] [ 30 ]砂と砂利は、ペノキアン造山運動中に形成された山々の残骸であるミシガン北部高地から北に向かって流れる川によって運ばれた。川は、現在のスペリオル湖の南岸に沿って水平になり、ジェイコブスビル砂岩を形成する堆積物を堆積させた。[ 9 ]堆積環境は湿潤で多湿であったため、顔料ヘマタイトの沈殿により砂岩は赤色になった。その後の流体の流れにより、顔料ヘマタイトが漂白されたジェイコブスビルの色の帯が形成された。[ 31 ]
ジェイコブスビル層は、中原生代後期のミッドコンチネントリフトの岩石の上に堆積しました。たとえば、オタワ国有林のスタージョン川沿いでは、ジェイコブスビル砂岩は、約11億800万年前のミッドコンチネントリフト玄武岩の上に不整合に重なっており、その玄武岩の上にはジェイコブスビル砂岩が堆積する前に土壌が形成されていました。[ 32 ]ジェイコブスビルは、カンブリア紀のムニシング層に不整合に覆われています。これらの境界制約の間のジェイコブスビル砂岩の正確な年代は、長い間不明確でした。ジェイコブスビル砂岩中の砕屑性ジルコン粒子の正確な年代測定により、現在では992.51 ± 0.64 Ma以降に堆積したと制約されています。[ 1 ]ジェイコブスビル砂岩がキーウィーノー断層帯内で褶曲していることから、年代に関する追加の制約が得られます。[ 33 ]キーウィーノー断層の動きは、10億9000万年前から9億8000万年前のグレインビル造山運動の後期段階に関連している。[ 1 ]その結果、ジェイコブスビル砂岩は、グレインビル造山運動の最終段階であるリゴレット期（10億1000万年前から9億8000万年前）に堆積したものと特定されている。
この地層は、大部分が非被圧帯水層であり、[ 34 ]ジェイコブスビル帯水層と呼ばれ、[ 17 ] 4,363平方マイル（11,300 km 2 ）の面積を覆っています。[ 35 ]砂岩帯水層であるにもかかわらず、透水性が低く、 [ 36 ]水は主に深さ約100～150フィート（30～46メートル）まで伸びる亀裂や割れ目を通って移動します。1985年には、 1日あたり650万ガロン（25,000 m 3 ）の淡水が人間の使用のために取水されました。[ 17 ]ジェイコブスビル帯水層の岩盤井戸のいくつかは、ウラン濃度が高いです。[ 37 ]高濃度のウランは、特にキーウィノー半島で、高濃度のラドンにも寄与しています。 [ 38 ]
砂岩の採掘は、 1860年代にアルジャー郡で初めて行われ、2つの会社が鉄鋼業の近くの溶鉱炉建設のために石材を提供した。[ 39 ]砂岩の大規模かつ商業的な採石は、1870年頃に始まった。[ 40 ]この産業は1890年代初頭に最盛期を迎えた。[ 41 ]約32か所の採石場[ 42 ]が長年にわたって存在し、ジェイコブスビルとマルケットの近くに集中し、その他はスペリオル湖沿岸に点在していた。[ 43 ]この産業の終焉は場所によって異なったが、第一次世界大戦勃発の1915年頃に終わった。[ 44 ]
ジェイコブスビル砂岩産業の主要人物の一人はジョン・ヘンリー・ジェイコブス[ 42 ]で、ジェイコブスビル地域の最大の生産者は彼と関係があった[ 45 ] 。町は1884年にジェイコブスがこの地域で最初の採石場を開設したときに設立された[ 46 ] 。砂岩とジェイコブスビルの町はどちらも彼にちなんで名付けられた[ 20 ] 。
採掘されたジェイコブスビル砂岩の主な種類は、赤砂岩と褐砂岩の 2 つでした。[ 47 ]赤砂岩は、均一なものと斑入りのものの両方で、ジェイコブスビル地域から産出されました。[ 48 ]濡れたような外観からレインドロップと呼ばれる紫がかった茶色の褐砂岩は、「スペリオル湖で採掘された最も美しい石」と評されました。[ 49 ]褐砂岩とレインドロップはマーケットから供給されましたが、供給量は一般的に限られていました。[ 48 ] 1900 年代初頭まで、ジェイコブスビル砂岩は、スペリオル湖砂岩、褐砂岩、または赤砂岩として広く知られており、マーケットやポーテージ エントリーなどの採掘場所を接頭辞として付けていました (例: マーケット 褐砂岩)。[ 9 ]
砂岩は寸法石、トン石、砕石として採掘され、寸法石が最も市場価値が高く高価であった。寸法石のブロックは通常、8 x 4 x 2フィート (2.44 x 1.22 x 0.61 m)であった。[ 50 ]寸法石を取り除いた副産物は砕石であり、これは安価に売られるか、完全に廃棄された。[ 51 ]砂岩は4月から11月の間に採掘された。 [ 52 ]冬は石に悪影響を与える可能性があるためである。[ 53 ]
新しい採石場が開かれると、その下の砂岩にアクセスするために、最大50フィート (15 m)の氷河堆積物と頁岩の表土が爆破され除去されました。採石面となる砂岩の崖が存在しない場合は、採石できるように 4 フィート間隔で長く狭い水路が掘られました。[ 52 ]楔または爆破によって水路の間からキーが取り除かれ、ブロックが取り除かれるときに移動するためのスペースが作られました。[ 54 ]キーが取り除かれると、採石するブロックの下に水平に穴が開けられ、楔で割られました。これらの大きなブロックは、その後、大ハンマーで叩かれた楔によって適切なサイズに砕かれました。適切なサイズになると、ブロックは路面電車で埠頭に運ばれるか、直接船に積み込まれました。[ 55 ]そこから砂岩は五大湖沿いの港に出荷され、内陸に配送されました。[ 48 ] [ 53 ]
1893年にシカゴで開催された世界コロンビア博覧会は、ホワイトシティを擁し、ジェイコブスビル砂岩の暗い色よりも明るい色の大理石や石灰岩を好む様式の変化をもたらした。[ 57 ]特にスペリオル湖地域では、10年以内に建築の方向性が劇的に変化し、ジェイコブスビル砂岩は姿を消した。[ 58 ] 1896年、ミシガン州の鉱物統計局長は次のように報告した。
建築家たちは、設計図や仕様書の中でこれに反対を表明してきた。その理由は、建築は帽子や仕立てと同じように、様式や素材の変化がなければならないからである。彼らは、砂岩が多用されすぎていると主張し、その単調さを打破するためには、他の種類や色の石材を使用しなければならないと主張した。[ 53 ]
砂岩産業は衰退し始め、以前に採掘された砂岩で需要を満たすのに十分だったため、多くの採石場が休止状態になった。[ 59 ]数年間の需要低迷の後、この産業は世紀の変わり目頃に回復した。[ 47 ]しかし、ミシガン州の砂岩の総生産量は1902年に188,073ドルでピークに達し、1911年には12,985ドルにまで減少した。[ 56 ] 1914年までに、州内で砂岩を生産している企業は3社未満となり、そのため統計は記録されていない。[ 56 ]
ミシガン地質生物調査局長によると、衰退の一因は1893年の大恐慌と採石場から主要市場までの距離が遠いことだった。[ 59 ]人造石、コンクリート、レンガが普及し安価になったことで、あらゆる種類の石が市場から姿を消した。[ 59 ]さらに、レンガ製造業者は石の使用に反対する運動を成功させた。[ 60 ] 1897年頃、ウェイン郡裁判所の建設中にジェイコブスビル砂岩が注目を集めた。[ 61 ]砂岩の使用は契約されたが、ジェイコブスビル砂岩は強度と耐久性が劣るという非難の中で、最終的にはオハイオ州産の石に置き換えられた。[ 62 ] [ 61 ]
業界の正確な終焉は不明だが、ほとんどの採石場は1915年頃までに閉鎖された。[ 42 ]記録によると、ポーテージ・エントリー・レッドストーン社が運営していた最後の採石場は1923年から1926年の間に閉鎖された。 [ 48 ]業界の衰退にもかかわらず、20世紀に入って数年経っても、ジェイコブスビル砂岩を使用した新しい建築物もあった。例としては、バラガ・スクール（1903～06年）、ノーザン州立師範学校（現在のノーザン・ミシガン大学）のJHケイ・ホール（1913～15年）、公共事業促進局によってウルヴァリンに建設されたUSSキアサージの像などがある。[ 63 ]ほとんどの採石場がもはや稼働していなかったため、砂岩は既存の建物から回収されることが多かった。[ 64 ]
砂岩産業によって設立されたジェイコブスビルの町は、1897年頃に人口がピークに達し、約800人の住民がいた。[ 46 ]町は1910年頃から衰退し始め、1960年代半ばには郵便局が閉鎖され、住民はわずか70人しか残っていなかった。[ 65 ]
ジェイコブスビル砂岩は主に石材として利用されてきたが、他の産業にも利用できる可能性がある。この地層には大量の鉄が含まれているが、探査はほとんど行われていない。[ 66 ]アッパー半島では、ジェイコブスビル層を含め、ウラン資源の探査の歴史がある。[ 67 ] [ 68 ] 2003年から2010年の間に、2つの企業による共同事業で、ジェイコブスビルでのウラン探査に160万ドルが費やされた。[ 69 ]また、この砂岩を建築用石材として採掘を再開することにも関心が寄せられている。[ 70 ]
ジェイコブスビル砂岩は、国際地質科学連合によって世界遺産石材資源として指定されている。[ 71 ]
ジェイコブスビル砂岩は、その強度、耐久性、そして美的魅力から建築材料として人気がありました。特に、火災の極端な温度変化や北部の気候における凍結融解サイクルに耐性があります。[ 72 ]マーケット鉱業ジャーナルは1875年11月20日に次のように報じました。
その耐火性はシカゴ大火で徹底的にテストされ、スペリオル湖の褐砂岩の壁は、大理石の正面が崩れ落ちて地面に落下するほどの高温にもかかわらず、ひび割れ、剥がれ、傷一つなく無傷で残った。[ 73 ]
砂岩は安価に大量に入手でき、五大湖による輸送によってさらにコストが削減された。また、加工や彫刻が容易で、建物全体に使用できた。[ 40 ]最も好まれた石は、白い斑点がなく、均一な色合いのものであった。[ 52 ]「色石による表現に特に適している」リチャードソン・ロマネスク様式は、建築における砂岩の普及に貢献した。 [ 59 ]この様式の建物は、急速に変化する社会において安定感を与え、スペリオル湖地域の特性によく合っていた。[ 74 ]
アッパー半島[ 75 ]やアメリカ合衆国およびカナダのオンタリオ州にあるいくつかの建物は、ジェイコブスビル砂岩を建材として使用しています。アッパー半島では、カルメット劇場[ 76 ] 、聖イグナティウス・ロヨラ教会[ 77 ]、クインシー・ストリート歴史地区のいくつかの建物[78]などがこれに該当します。その他では、ニューヨーク市のウォルドルフ・アストリア・ホテルの建設にもこの砂岩が使用されました[ 46 ] 。オンタリオ州スーセントマリーの多くの歴史的建造物はジェイコブスビル砂岩で建てられています。これは、1895年のスーセントマリー運河の掘削とその後の産業ブームにより、砂岩が豊富に産出されたためです。これらの砂岩は、セントメアリーズ急流が何千年にもわたってこの堆積物の上を流れ、鉄分を溶出させて大理石のような質感を残したため、色が薄く見えます[ 79 ] 。
砕石は基礎、土台、防波堤、桟橋などに一般的に使用されていた。[ 51 ]
ジェイコブスビル砂岩はコンクリート骨材[ 48 ]や敷石[ 80 ]として使用されている。