ローヴ形成

ローヴ層^{[1]は、アメリカ合衆国}ミネソタ州クック郡の北東部上部の地下に広がり、カナダのオンタリオ州まで広がる中期先カンブリア時代の堆積岩層 である。これは、アニミキエ層群を構成する多くの堆積岩層の中で最も新しいものである。

ローヴ堆積物が堆積する前、始生代には、アルゴマン造山運動によってサウスダコタ州からヒューロン湖地域にかけての境界に沿って陸地が加わった。この境界が五大湖構造帯である。数百万年後、サドベリー衝突事件による超高速衝突噴出物の薄い層が、その下にある古いガンフリント鉄鉱層の上に堆積し、その後ローヴが噴出物の上に堆積した。隕石衝突によって発生した地震は、爆心地でリヒタースケール10.2を記録したと推定されている。

中期先カンブリア時代には、浅い内海がスペリオル湖地域の大部分を覆い、27億年前の始生代岩石の上にある堆積岩のアニミキエ層群を形成しました。

ローブ層の堆積物が堆積した後、ペノケアン造山運動により、南から生じた集積によって陸地がさらに増加し​​た。数億年後、原北アメリカ大陸は、カンザス州北東部から弧を描き、現在のスペリオル湖盆地を通り、さらに南東に曲がってミシガン州を抜ける弓状の地溝であるミッドコンチネントリフトに沿ってほぼ半分に分裂した。その後、氷河の前進と後退の時代が訪れた。より耐久性のある輝緑岩の岩床と岩脈は残ったが、より柔らかい頁岩は氷河によって押し流された。北の氷河作用の経路は、谷と尾根の一般的な傾向と交差している。

砂岩の浸食と、浸食に強い岩床や岩脈の結果として、ミネソタ州の地形は丘と谷が平行に連なっています。狭い谷に密集した湖は長くて狭く、東から西に向いています。これらの狭い谷の崖は、亜北極気候の狭い崖地帯に生息することを好むいくつかの希少植物の生息地です。オンタリオ州では、ローヴ層の上に厚い輝緑岩の冠が覆っています。

ローヴ層は、米国ミネソタ州北東部のアローヘッド地域にあり、カナダのオンタリオ州まで広がっています。ミネソタ州では、ガンフリント湖からピジョンポイント（どちらもクック郡北東部）まで、米国とオンタリオ州の境界に沿って見られ、北はカナダまで広がっています。 ^[2]ピジョンポイントはミネソタ州の最東部で、厚さ約152メートル（500フィート）の輝緑岩床です。^{[3] : 68}ポイントの北岸と南岸の両方で、床の下と上にローヴスレートが露出しています。^{[3] : 68}床内では、冷却速度と重力によって興味深い岩石タイプの分布が生み出されています。^{[3] : 68}

目に見える層はミネソタ州にあり、東西方向に伸びる尾根や谷が多くある。カナダとアメリカの国境に沿った幅5～8kmの帯状の地域にある多くの湖は、東西方向に伸びた谷にあり、カリブー湖、クリアウォーター湖、クロコダイル湖、ダニエルズ湖、ダンカン湖、ダン湖、ハングリージャック湖、アイアン湖、ルーン湖、ムース湖、パイン湖、ポーテージ湖、サウス湖などがある。^{[3] : 67}オンタリオ州では、ローヴ層の上に厚い輝緑岩の岩床が重なっている。

始生代は38億年前から約25億年前まで続きました。

アルゴマン造山運動は28億年から25億年前に起こり、^[4]地殻形成期の始生代の終わりを告げる。この時期には大陸の衝突、圧縮、沈み込みが数回起こり、その結果、山脈が形成された。 ^[4]造山運動は、大規模なメタフォリズム、花崗岩の押し出し、不整合を特徴とする。アルゴマン造山運動は、サウスダコタ州からヒューロン湖地域までの境界に沿って陸地を追加した。この境界は五大湖構造帯 (GLTZ) である。^[5]

ミネソタ州北東部には、27億年前の火山活動中に海底の裂け目から溶岩が浸透して形成された露出した岩石がある。^[6]これらの溶岩流は古代の海から上昇し始め、スペリオルクラトンを形成した。スペリオルクラトンは後にカナダ楯状地となり、北アメリカクラトンの一部となった。スペリオル地域は始生代地殻の最大の保存された断片であり、^[7]カナダ楯状地は北アメリカクラトンの核である。

原生代は25億年前から5億7000万年前まで続いた。

アニミキエ盆地は、700 x 400 km (420 mi x 240 mi) の広さがあり、ミネソタ州を中心にスペリオル湖の北岸にまたがる細長い楕円形をしている。 ^[8]北西部のおよそ 3 分の 2 は湖岸の北西に位置し、南東部のおよそ 3 分の 1 は湖岸の南東に位置している (つまりスペリオル湖の水面下にある)。^[9]

中期先カンブリア時代には、浅い内海がスペリオル湖地域の大部分を覆い^[10] 、アニミキ層群を形成しました。アニミキ層群は、 27億年前の始生代岩石を不整合に覆う堆積岩の層です。 ^[11]この層には、ローヴ層とガンフリント鉄鉱層の両方が含まれます。^[12]ローヴ層は、多くのアニミキ層の中で最も新しい層で、緩やかに傾斜した細粒の堆積物で構成されています。^{[10]ローヴ層は}灰色の砂岩と黒色頁岩で構成されており、その下にあるガンフリント鉄鉱層よりも鉄とタコナイトの濃度が低くなっています。^[12]

ローヴ層は、下部の粘土岩ユニット、中部の遷移層、および上部の薄層状の灰岩岩ユニットから構成されています。^[11]下部の粘土岩ユニットの厚さは約 150 m (490 フィート) で、この層には細粒の灰岩岩、シルト質およびグラファイト質の粘土岩が含まれています。^[11]灰岩岩は、砂、シルト、粘土粒子の分級が不十分な粒子の混合物からなる堆積岩です。粘土岩は、主に粘土粒子からなる細粒の堆積岩で、本質的には岩化した泥や軟泥です。灰岩岩は中部ユニットに多く、上部ユニットの大部分を占めています。^[11]上部の 2 つのユニットを合わせた厚さは約 900 m (3,000 フィート) です。^[11]

グンター・フォールとジャック・コヴァチは、Rb-Sr年代測定法を用いて、その年代を16億3500万±2400万年前と判定した。^[13]サンダーベイ南地区の地質学に関する常駐地質学者プログラムは、18億年前という年代を報告している。^[14]

ペノケアン山脈は、 1880年から18.3億年前のペノケアン造山運動で形成されました。このとき、ペンバイン・ワウサウ・テレーンと呼ばれる海洋島弧がスペリオル・クラトンの南縁に衝突しました。^[15] 1880年から18.5億年前、この地域は火山活動が活発でした。この火山活動は、始生代地殻の断片が南から沈み込み帯に到達した18.5億年前に停止しました。この南の始生代地殻が北のスペリオル・クラトンに衝突したことで、激しい地殻短縮の期間が起こりました。^[15]ペンバイン・ワッソー地帯の岩石がスペリオルクラトンを越えて押し上げられ、[ ^15]スペリオル湖の最北端を除く全てを覆う山脈を形成し、^[16]米国の3つの州（ミネソタ州中南部、ウィスコンシン州北部、ミシガン州アッパー半島）の一部を横断し、カナダのオンタリオ州最南端まで続いた。これらの衝上断層シートによるリソスフェアの荷重により、リソスフェアは下方に曲がり、南部では約18億5000万年前、北部では約18億3500万年前に前地盆地を形成した。ローヴ層は北部盆地に堆積した。南部盆地では、地殻の肥厚により、18億3000万年前までに堆積物が高度に変成した。18億3000万年前、一連の後造山運動期の深成岩が上部の岩石に侵入した。これらのプルトンはペノケアン造山運動の終焉を示している。^[15]

ローヴ層の基部、ローヴ層とその下のガンフリント鉄鉱層の間には、付加した火山礫、付加した粒子の塊、球状塊の中に衝撃を受けた石英と長石の粒子の側方層がある。 ^[17]これらの破片は、この層に超高速衝突噴出物が含まれていることを示している。^[17]ジルコンの地質年代データは、この層が18億7800万年から18億3600万年前に形成されたことを示している。サドベリー衝突イベントは18億5000万±100万年前に発生した。 ^[17]年代が近いこととクレーターが近いことから、サドベリー衝突イベントが噴出物の起源である可能性が高い。これらは、地球上で特定のイベントに関連付けられている最古の噴出物である。^[17]ローヴ地域では、この層は約7.6メートル（25フィート）の厚さである。この薄い層は、約18億5000万年前のある日の大惨事を反映している可能性が高い。^[18]

証拠によれば、直径16km（10マイル）の隕石が、約18億5千万年前に、現在のカナダのオンタリオ州サドベリー付近で地球に衝突した^[18]。^[19]隕石は蒸発し、幅240km（150マイル）のクレーター^[18]（これは地球上で2番目に大きい衝突窪地）を形成した。^[19]この衝突は、ミネソタ州とオンタリオ州の境界から東に770km（480マイル）のローヴ層で起こった。^[18]地震により数百マイル離れた地面が粉砕され、数秒以内に噴出物（灰の雲、岩石の破片、ガス、溶岩の滴）が世界中に広がり始めた。^[18]震源地では、地震のマグニチュードは10.2と推定されている。^[18]ローヴ層一帯は海に覆われ、サドベリーの衝突により巨大な津波が発生した。^[18]

サドベリー隕石衝突の全体像を把握するために、ユカタン半島へのチクシュルーブ衝突は6600万年前に発生し、サドベリー衝突体の60%ほどの大きさの物体によるものでした。この衝突の結果、多くの種（恐竜を含む）が世界中で絶滅しました。^[18]

サドベリー衝突は地球規模で波及効果を及ぼしたと思われ、^[18]これが鉄鉱床の終焉を引き起こしたと推測されている。衝突は海中の溶存酸素濃度に根本的な影響を及ぼし、縞状鉄鉱床として知られる海洋堆積物の蓄積はほぼ瞬時に停止した。^{[19 ]}縞状鉄鉱床は鉄酸化物を豊富に含む巨大な堆積物であり、地球の地質学的過去のいくつかの時期に蓄積された。 [19]縞状鉄鉱床の蓄積の1つの長期にわたるエピソードは、約18億5千万年前に突然終了した。^[19]ミネソタ州北東部では、これらの縞状鉄鉱床は噴出物の層のすぐ下にある。^[19]ミネソタ州のアイアンレンジは、この縞状鉄鉱床の層で構成されている。

ローヴ地域の衝突層の大部分は、地震の際に海底から剥がれ落ちた岩石の破片の混合物であるベッチアで構成されている。^[18]津波は緩んだ岩盤と噴出物を混ぜ合わせ、時間が経つにつれてこの層はより若い堆積物に埋もれ、固まり、溶岩によって融合して固体層を形成した。^[18]サドベリー衝突の噴出物は、2007年5月にミネソタ州クック郡のガンフリントトレイルで発見された。^[20]ミネソタ大学の地質学者マーク・ジルサとポール・ワイブレン^[20]は、激しく高温のハムレイク火災によって焼け落ちた地形を利用して、ガンフリントトレイル沿いの新たに露出した地質を調査した。ジルサはいくつかの岩石を拾い上げたが、それは1,100 km (680 マイル) 離れた衝突現場の灰と残骸であることが判明した。これはサドベリーの残骸が発見された最も遠い距離である。^[20]

大陸中部地溝帯（キーウィーナワン地溝帯とも呼ばれる）は約11億年前に始まり、約2千万年続いた。ペノキアン山脈が浸食された後、原始北アメリカ大陸はこの地溝帯に沿ってほぼ半分に分裂した。2,000 km（1,200マイル）の弓状の地溝帯は、カンザス州北東部からネブラスカ州南東隅、アイオワ州を斜め北東に、現在のミネソタ州とウィスコンシン州の境界に沿ってミネソタ州を通り、現在のスペリオル湖盆地を弧を描いてミシガン州を南東に曲がって伸びていた。^[16]

大陸断層帯は、世界最大の大陸断層帯として知られています。この断層帯は、スペリオル湖地域の下にある玄武岩質マグマのホットスポットとして始まり、断層帯の両側に最大 20 km (12 マイル) の厚さの溶岩層を噴出させ、最大 100 km (60 マイル) まで広がりました。スペリオル湖の北岸に沿って堆積した溶岩の厚さは 7,620 m (5 マイル) です。^[9]

これは急速に広がる裂け目であり、その結果生じた玄武岩は、当時存在していた岩石とほとんど相互作用していない。これらの膨大な量の苦鉄質溶岩は、主に熱いマントルプルームを介して、2つの主要な脈動で生成された。^[21]スペリオル湖の北岸に沿って、ほぼどこでも固まった溶岩（火成岩）を見ることができる。ローヴ地域では、マグマは地表に到達せず、地層の亀裂に侵入し、ゆっくりと冷却されて輝緑岩（玄武岩ではなく）になった。これらの固まった物体は、ピジョンリバー貫入輝緑岩とローガン貫入輝緑岩である。

大陸が二つに分裂しなかったのは、グレンヴィル地域 (微小大陸) が東の原始北アメリカ大陸と収束していたためである。この収束により亀裂に圧縮力が加わり、原始北アメリカ大陸が完全に分裂するのを防いだ。

この裂け目は、現在のミネソタ州における最後の火山活動または造山活動でした。固まった溶岩流はたわみ、傾き、断層を形成し、裂け目地帯に沿って深さ 5,000 メートル (16,000 フィート) の盆地を形成しました。この盆地は、プロト スペリオル湖で満たされていました。

パックウンゲ層は、黄褐色から灰色の砂岩^[22]で構成されており、これは大陸中部の地溝帯の初期段階に堆積した堆積物から生じており、ジルコン年代測定によると12億年から11億年前のものであることが判明している^{[23] 。}

パックウンジ砂岩は、ローヴ層の南西境界の極めて狭い（数フィート幅）帯に沿って露出している。^[24]パックウンジの露出は、ミネソタ州クック郡、スペリオル湖のグランド・ポーテージ国定公園内のラズベリー・ポイントから始まり、北西の内陸約 40 km（25 マイル）にわたって広がっている。^[24]ローヴ層はパックウンジ砂岩の北東に位置しており、境界の南西には存在しない。^[24]ローヴ層は、ピジョン・リバー・ダイアベースのいくつかの帯によって二分されており、これらの帯は西から東の方向を向いている。^[24]ピジョン・リバー・ダイアベースの帯は、パックウンジ層を越えて南西に伸びている。^[24]

第四紀は約200万年前に始まり、現在も続いています。これは氷河が前進したり後退したりする時期です。ローヴ地域には、火山岩と侵食されやすい頁岩の傾斜した層が複数あります。より耐性のある輝緑岩の岩脈と岩床は残りましたが、より柔らかい頁岩は氷河によってブルドーザーで押しのけられました。これらのかつての頁岩の谷は水で満たされ、この地域の多くの湖を形成しました。スレート岩の特性により、それらは氷河採石に特に適しており、隣接する岩床よりもはるかに適していました。^{[25] : 28}緩やかに傾斜した堆積岩層によって形成された尾根であるクエスタ地形が発達し、東西方向の大きな谷が占め、その間の尾根にはいくつかの顕著な隙間がありました。^{[25] : 28}

ウィスコンシン氷河期のレイニーローブは最も新しい氷河期イベントであり、約1万年前に後退しました。ローヴ岩石の氷河の傷跡や溝は、北または北よりやや東の方向に氷河が移動したことを表しています。^{[25] : 26}この方向は、谷や尾根の一般的な傾向と直交しています。^{[25] : 26}ローヴ層地域の湖は、その長軸が氷河の一般的な動きと直交しているため、北米の他のよく知られた線状の岩盤湖とは異なります。^{[25] : 27}

大陸氷河がローヴ層地域を移動していたとき、氷の厚さは数百メートルで、その表面はパトリシアン中心部から北に向かって南に緩やかに傾斜していた。^{[25] : 28}氷床の底部は、数百フィートのクエスタ地形の起伏に遭遇した。^{[25] : 28}谷の上の氷は尾根の上の氷よりも厚いため、妨げられた押し出し流が作用し、谷の簡単に採掘できるスレートが除去された。^{[25] : 28}尾根は、尾根上の氷が薄く、したがって可塑性が低いため、また、採掘と氷による摩耗の両方に対して輝緑岩が抵抗するため、目立った侵食は行われなかった。^{[25] : 28}

氷床の重さが陸地を圧迫し、窪地を形成した。^[12]氷河が後退するにつれて、陸地表面の重さと圧力が軽減され、陸地は反発した。^[12]反発のプロセスは継続しており、その高さは100メートル（330フィート）と推定されている。^[12]

オンタリオ州では、アニミキエ・グループのローヴ層の頁岩と灰砂岩の上に、厚さ 60 メートル (200 フィート) の輝緑岩の層が覆っている。^{[12] : 22}この輝緑岩の層はシルの残骸であり、輝緑岩の大部分はかなりの厚さの鉱物質土壌で覆われている。^{[12] : 22}ラッセル・ポイント (サンダーベイの南約 16 km (10 マイル) ) のメサは、より柔らかいローヴ層の変堆積岩の上にあるローガン輝緑岩のシルである。^{[12] : 79}これは、サンダーベイの南のスペリオル湖北西岸に沿って広がる、頂上が平らで側面が急なメサの 1 つで、総称してノーウェスター山脈と呼ばれている。^{[12] : 79}

ミネソタ州のローヴ層地域では、谷と尾根の景観によって、岩盤と地形の関係が見られます。 ^{[25] : 24}露出した頁岩の浸食によって形成された、東西に伸びる急峻な谷が数連なっています。^[27]谷間の輝緑岩に覆われた尾根は、南に緩やかに傾斜しています (水平から 4° から 15°)。^{[25] : 24}北面は険しく、深く冷たい湖から 60 から 140 m (200 から 460 フィート) 隆起しており、非対称の断面プロファイルを形成しています。^[27]尾根の非対称の断面は、塊状の節理の少ない岩石と節理の激しい岩石ユニットが交互に並ぶことによって生じています。^[26]谷には氷河によって切り出された岩盤湖があります。これらの湖の断面も非対称であるが、これは尾根の形状を左右する同じ構造要素によるものである。^[26]ほとんどの湖底は非対称で、^{[25] : 26}南岸では水中の傾斜が急である。^{[25] : 30}北向きの崖は、絶滅危惧植物のいくつかの種の生息地となっている。^[27]ローヴ層にはミネソタ州の他の地域では見られない景観的特徴がある。^[27]

谷のほとんどは細長い湖の連なりで占められており、その多くは四方を固い岩で囲まれている。^{[25] : 24}東西に伸びる谷の多くは、一方の端または両方の端で、隣接する岩床が合流するところで突然終わっている。^{[25] : 29}湖の標高は、ローズ湖の海抜 465 メートル (1,526 フィート) からルーン湖の海抜 532 メートル (1,745 フィート) までの範囲である。^{[25] : 24}単一の尾根の反対側にある湖の表面標高は、最大 60 メートル (200 フィート) 異なる場合がある。^{[25] : 24}岩に囲まれた湖の多くは深さが約 30 メートル (100 フィート) で、61 メートル (200 フィート) を超えるものもいくつかある。^{[25] : 26}

地形図を見ると、谷と尾根の地形を持つ密集した湖沼群の大部分は主にミネソタ州にあり、その境界はカナダとアメリカの国境となっている。^[28]この境界はピジョン川と、東から西に並んでサウス・ファウル湖、ノース・ファウル湖、ムース湖、マウンテン湖、ワタップ湖、ローズ湖、サウス湖、リトル・ノース湖、ガンフリント湖からなるローブ層の湖群で構成されている。^[28]この境界は、これらの湖群の長さのほぼ中央を通っている。^[28]オンタリオ州にあるローブ層の典型的な東西向きの湖は、アロー湖とノース湖だけである。

氷河期以前の排水パターンは岩石構造によって制御されていました。^{[25] : 26} Ver Steeg は、スレート帯を東に流れる主要な河川を示す氷河期以前の排水パターンを再現しました。^{[25] : 26}短い支流と主要な河川の短い南北セグメントが尾根を横切り、小さな隙間が今も存在しています。^{[25] : 27}

ローレンシャン大陸分水嶺は、この層の中にあります。オンタリオ州ノースレイクとミネソタ州サウスレイクの間には、境界線のすぐそばに低い鞍部があり、これが分水嶺です。^[29]ノースレイクはレイニー川に流れ込み、その後ハドソン湾に流れ込みます。サウスレイクはピジョン川に流れ込み、その後スペリオル湖に流れ込みます。

氷河が岩盤まで削り取ったため、表土は薄く貧弱である。土壌は粘土質シルトである。^[10]

地形的には、これはローヴ・スレート基盤岩複合体^{[30] の}土地類型の組み合わせである。^{[31] : 15}堆積岩と輝緑岩は石灰質で、カナダ楯状地帯に典型的なやせた土壌に比べて、より塩基性で栄養分に富んだ土壌を生み出す。^{[31] : 15}ロイヤル川は、ミネソタ州にあるロイヤル湖 [サウス・ファウル湖の東約 1.2 km (3,900 フィート) にある] をジョン湖に流している。^[28]特にロイヤル川流域の比較的肥沃な土壌は、急峻で湿った北向きの崖とともに、これらの希少植物の生息地となっている。^{[31] : 15} 1 世紀以上にわたって、この土地類型の組み合わせは生態学的にも植物学的にも独特であると認識されてきた。ミネソタ州で最も希少な植物を含む、希少な植物群が生息している。^{[31] : 15}この景観群落に生息する既知の敏感な植物種のほとんどは、崖の北側またはロイヤル川の流域に生息しています。^{[31] : 17}

6種の維管束植物は、その分布域の端っこにあるか、またはその種の主な分布域から外れているという点で独特である。^{[31] ： 15 それらは、} Asplenium trichomanes L. （メイデンヘア・スプレンワート） ^[32]で、ミネソタ州では、20～40株の6つの小さな個体群がRove地域で発見されている。^{[33] ： 57}ロススゲ（またはショート）スゲ（Carex rossii）は、Rove地域に3つの個体群が存在することが知られている。^[34]大葉サンドワート（Moehringia macrophyllaまたはArenaria macrophylla）は、分布域が限られており、環境条件が厳しい非常に珍しい種であることが証拠から示されている。^[35]スティッキーロコウィード（Oxytropis borealis var. viscida）は、クック郡の単一の崖に限定されている。^[36]エンクラストサキシフラグ（Saxifraga paniculata ssp. neogaea）は、11の個体群がローヴ層に存在することが知られています。^{[33] ：142}およびスムースウッドシア（Woodsia glabella）は、ローヴ層に小さな孤立した個体群が存在します。^{[37 ]}

2003 年の 6 月と 7 月、および 2004 年 7 月に実施された 2 回の敏感な植物調査で、スペリオル国有林の敏感な植物であるカナダイチイ ( Taxus canadensis ) が見つかりました。また、州の懸念種に指定されている鈍果スイートシセリー ( Osmorhiza depauperata ) ^{[31] : 15 は}、互いに 30 km (19 マイル) 以内に 4 つの個体群しか存在しません。^{[33] : 121}ミネソタ州天然資源局は、これらの維管束植物を絶滅の危機に瀕しているものとしてリストしています。^[38]ロッキーマウンテンウッディシア ( Physematium scopulinum ssp. laurentiana ) ^{[27] [39]}この地層には孤立した個体群がほとんどありません。^[27]ホルボエルズロッククレス ( Boechera retrofractaまたはArabis holboellii var. retrofracta ) は、オンタリオ州とミネソタ州ではまれです。^[40]ミネソタ州天然資源局はノッディングサキシフラグ（Saxifraga cernua）を絶滅危惧種に指定しており、^[38]ある情報源はこれを「非常に希少」であるとしている^{[33] : 161。 また、クック郡にはミネソタ州で唯一のコロニーがあり、約12株の植物が生息しており、その全個体群は1平方メートル}（1平方ヤード）未満を占めているため、生息地を変えるような特異な出来事に対して脆弱である。^{[33] : 143}