Geologie USA

Algemene geologie van de VS
	Volgende dag	vorige dag

Fig 1. De route van de Georeis USA 2025, geplot op de geologische kaart van de VS. De stippellijnen zijn de gebieden waar de restanten van de Chicxulub inslag te zien zijn. De zwarte stippellijn is het gebied waar de tsunamis te zien zijn (ster)


Fig 2. Noord Amerika is een continent dat (ruwweg) is samengesteld uit zes (zeven) delen. 1) Een vlak gebied in het midden (de “great plains”), met een oud Pre-cambrisch schild er onder en (1a) een dik pakket sedimenten daar bovenop, geflankeerd door 2) de Appalachen in het oosten, en door 3) de Rocky Mountains in het centrum/westen. 4) Het gebied van de Sierra Nevada plus de gebieden ten westen daarvan bij de San Andreas breuk. 5) Het gebied er tussenin, het zgn Basin and Range gebied, en tenslotte 6) de Gulf Coastal Plain
1) Het oude Pre-Cambrische zgn. schild bestaat grotendeels uit metamorfe gesteenten. Dat schild komt aan de oppervlakte tevoorschijn in het noorden, voornamelijk in Canada, ook omdat de schuivende Pleistocene gletsjers de erop liggende sedimenten er af hebben geërodeerd, en hier en daar ook aan de randen. 1a) Meer zuidelijk liggen er veelal Paleozoïsche sedimenten op.
1a) De stijgende Rocky Mountains aan de ene kant en de Appalachen aan de andere kant drukken het centrale deel van noord Amerika naar beneden en gedurende lange tijd ontstonden er allerlei ondiepe zeëen, o.a. de Western Interior Seaway (WIS), in het centrale deel. Vooral door de snel stijgende Rockies was het bekken in het westen vaak het diepste, maar door de snelle erosie van de Rockies vulde dat bekken ook snel weer op. Het centrale bekken werd zodoende een speelbal van de rijzende bergen en de erosie daarvan. Een belangrijke rol is ook weggelegd voor globale zeespiegel stijgingen en dalingen. Zo nu en dan was die centrale zee behoorlijk groot en diep (tijdens het midden Krijt) of weer ondieper en zelfs vrijwel helemaal teruggetrokken waardoor er, zoals nu, grote grazige vlakten (de “great plains”) ontstonden waar de dinosauriers (en nu de bizons) rondliepen. Maar dankzij het doorgaande stijgen van de Rockies bleef het centrale deel van Noord Amerika naar beneden zakken en werd dat steeds aangevuld met nieuwe stapels fluviatiele sedimenten, wel honderden meters dik. Het is dan ook niet verwonderlijk dat juist hier de botten en skeletten van de dinosauriers begraven en bewaard zijn gebleven, er is geen gebied op aarde dat zoveel van hun fossielen bevat.

2) De Appalachen zijn in fasen gevormd. Allereerst door de Grenville orogenese, een kleine 1 miljard jaar geleden toen o.a. een subductie zone ontstond onder het oude Laurentia, en de Pan-Afrikaanse orogenese rond 600 miljoen jaar geleden door het samenkomen van allerlei continenten waardoor het supercontinent Rodinia ontstond. Rodinia dreef weer uit elkaar en er ontstond in het Cambrium een voorloper van de Atlantische oceaan, de Iapetus oceaan. Deze oceaan sloot later weer en er ontstond weer een subductie zone onder de Appalachen. Uiteindelijk, rond het Perm sloten de continenten Laurentia en Gondwana aan elkaar (de Caledonische orogenese) en ontstond de huidige vorm van de Appalachen bij de vorming van het volgende supercontinent, Pangea.

fig 3. De subductie van de Farallon/Pacifische plaat onder het westen van de USA in de laatste 30 miljoen jaar. Wanneer de Farallon plaat onder de USA verdwijnt gaat dat met relatief hoge snelheid. Maar zodra de spreidingszone tussen de Farallon en de Pacifische plaat ook onder de subductie zone “geconsumeerd” wordt, gaat de subductie veel langzamer, hetgeen leidt tot rek in het Basin en Range gebied.
3) In het westen ontstonden de Rocky Mountains door de doorgaande subductie van de Stille oceaan (Farallon plaat) onder het Amerikaanse continent dat leidde tot de Laramide orogene fase. Deze subductie was relatief erg snel en dat leidt tot een onderduikende plaat die niet steil in de aardmantel wegzakt, maar min of meer horizontaal “blijft plakken” onder de Noord Amerikaanse plaat, omdat hij warmer (en dus lichter) is dan de mantel eronder. Hierdoor ontstaat een abnormaal dikke en warme korst. Vanaf ca 75 miljoen jaar geleden ging deze snelle subductie door tot het Eoceen (58 Ma) en door het dikker worden van de continentale korst werd, en wordt, nog steeds het hele gebied opgeheven, wat leidde tot hoge bergketens.
4) De Sierra Nevada is ontstaan tijdens een eerdere (Trias-Jura), langzame, subductie van de Farallon plaat. De subductie was toen even snel als die van de huidige subductie van de Farallon plaat, die een hele rij van actieve vulkanen in Oregon en Noord Californië actief houdt. Soortgelijke vulkanen bestonden toen ook in de Sierra Nevada. Onder deze vulkanen zitten enorme magma kamers, die uiteindelijk stollen als grote granietlichamen, Batholieten. Bovendien was er al eerder in de Jura een zogenaamde vulkanische boog op de Farallon plaat toegevoegd aan de latere Sierra Nevada. Die vulkanen zijn door de opheffing in het Krijt volledig af-geërodeerd, wel 10-15 km, en de erosieresten vullen nu de Great Valley van Sacramento. Ten westen van de San Andreas breuk ligt de Pacifische plaat, die eigenlijk niet bij Noord Amerika hoort.

5) Het Basin and Range gebied wordt gekenmerkt door een hele serie horsten en slenken, toen dat gebied werd uitgerekt sinds het Mioceen, 17 miljoen jaar geleden. Voor die tijd subduceerde de Farallon plate (die nu nog net zichtbaar is voor de kust van Oregon) over de hele lengte van de VS in oostelijke richting, en zorgde voor compressie (waardoor de Sierra Nevada ontstond). Toen die Farallon Plate, inclusief de mid-oceanische spreidings zone, (zie fig 3) onder California verdwenen was, bewoog de oceanische plaat (de Pacifische) juist naar het westen, (die zit immers aan de andere kant van de spreidingszone) waardoor er juist rek kwam in dat gebied, en al die opvallende horsten en slenken ontstonden. Doordat de continentale lithosfeer wellicht 100% werd uitgerekt, is de aardkorst er opvallend dun (30 km). Door de rek en verdunning ontwikkelde zich in de breukzones vaak vulkanisme. De beroemde San Andreas breuk ontstond ook als een gevolg van het verdwijnen van de Pacific-Farallon spreidingszone. Over de opheffing van het hele gebied (waardoor o.a. de Grand Canyon zich kon insnijden, en ook de Sierra Nevada omhoog kwam) in de laatste 15 miljoen jaar is nog geen sluitende verklaring, maar er wordt vanuit gegaan dat toegenomen opwarming (heat flow) leidde tot afname van de dichtheid van de korst, en leidde tot (isostatische) opheffing. In de Big Bend is een stuk Basin and Range te zien.

6) De Gulf Coastal plains Dit gebied lag vroeger onder water, en is sinds het boven Krijt steeds verder opgeheven, en een beetje scheefgesteld naar het zuiden. Daardoor komen naar het noorden toe steeds oudere sedimenten tevoorschijn, die in rivierdalen zichtbaar zijn. Ook tijdens de Chicxulub inslag lag hier een ondiepe zee, waar de tsunamis veroorzaakt door de inslag overal een pakket zandstenen met ejecta van de inslag zelf achterlaten (fig3)

Georeis USA 2025 De Georeis voert ons door een deel van die gebieden, de Gulf coastal plain, de Rocky Mountains en een stukje Basin en Range. De Chicxulub meteorietinslag op het schiereiland Yucatan heeft wereldwijd zijn sporen (=ejecta, uitwerpselen) achtergelaten. In het zuiden van de USA zien we de restanten van ejecta die vrij dichtbij (<1200 km) de inslag zijn achtergelaten. In de Brazos river zien we de restanten van tientallen meters hoge tsunamis, die van alles hebben meegesleurd, waaronder de resten van tektieten. In het core lab van het Ocean Drilling Project in College Station bestuderen we enkele boorkernen rond Noord Amerika die ook restanten van de inslag bevatten. Vervolgens gaan we naar het Big Bend National park, waar we de Krijt Paleogeen grens in een continentale setting gaan bestuderen, vol dinosaurus resten. Wellicht vinden we de sporen van Chicxulub inslag die daar nog niet zijn gevonden! Vervolgens gaan we in de Rocky Mountains in, waar in de zgn intra-montane bekkens, zoals het Raton bekken, tussen de erosieresten van de Rocky Mountains dikke veenlagen (later steenkool) tot ontwikkeling komen, die een ideaal omstandigheden vormen die de ejecta van Chicxulub tot in het kleinste detail perfect bewaren.

Algemene geologie van de VS