Geologia Arizony

Geologia Arizony . zaczęła się kształtować w prekambrze Magmowe i metamorficzne krystaliczne skały piwniczne mogły być znacznie starsze, ale zostały nadpisane podczas orogenezy Yavapai i Mazatzal w proterozoiku . Orogeneza Grenville na wschodzie spowodowała, że ​​Arizona wypełniła się osadami, opadając do płytkiego morza. Wapień powstały w morzu został przekształcony przez maficzne intruzje. Wielka niezgodność jest słynną luką w zapisie stratygraficznym, ponieważ Arizona doświadczyła 900 milionów lat warunków ziemskich, z wyjątkiem odizolowanych basenów. Region oscylował między warunkami ziemskimi a płytkimi oceanami w paleozoiku , gdy życie wielokomórkowe stało się powszechne, a trzy główne orogenezy na wschodzie zrzuciły osady, zanim Ameryka Północna stała się częścią superkontynentu Pangea . Rozpadowi Pangei towarzyszyło subdukcja płyty Farallon , która napędzała wulkanizm podczas orogenezy Nevadan i orogenezy Sevier w Mezozoik , który pokrywał większą część Arizony szczątkami wulkanicznymi i osadami. Rozbłysk ignimbrytu środkowego trzeciorzędu stworzył mniejsze pasma górskie z rozległymi popiołami i lawą w kenozoiku , po czym nastąpiło zatonięcie płyty Farallon w płaszczu w ciągu ostatnich 14 milionów lat, co stworzyło Prowincję Basin and Range . Arizona ma rozległą mineralizację w żyłach dzięki płynom hydrotermalnym i wyróżnia się między innymi miedziowo-złotym porfirem, ołowiem, cynkiem, rzadkimi minerałami powstałymi ze wzbogacania miedzi i ewaporatów.

Stratygrafia, tektonika i historia geologiczna

Prekambr: przed 539 milionami lat temu

Najstarsze skały w Arizonie prawdopodobnie pochodzą z późnego archeanu lub wczesnego proterozoiku , chociaż dowody wcześniejszej geologii zostały nadpisane podczas orogenezy Yavapai i orogenezy Mazatzal — głównych wydarzeń związanych z budownictwem górskim 1,8 do 1,6 miliarda lat temu. W tym okresie w proterozoiku łupkowe Yavapai, Pinal i Vishnu powstały w wyniku intensywnego metamorfizmu i zostały intruzowane granitami . Te starożytne zdeformowane skały znajdują się u podstawy Wielkiego Kanionu, w Kanionie Salt River oraz w pasmach górskich w całym stanie.

Ogólnie najstarsze skały Arizony to przeobrażone skały wulkaniczne, w tym bazalt i ryolit oraz pokrewne skały osadowe, które obecnie stanowią dno Wielkiego Kanionu i powstały na początku 1,8 miliarda lat temu. W dzielnicy Verde w Jerome w hrabstwie Yavapai również zachowały się skały z tego okresu. Tam starożytne podwodne kominy hydrotermalne wytrącały siarczki bezpośrednio na starożytne dno morskie, tworząc ogromne złoża siarczków rudy miedzi i cynku.

Orogeneza Mazatzal miała miejsce od 1,7 do 1,61 miliarda lat temu. Podczas tego wydarzenia skały magmowe, które były bardziej wzbogacone w kwarc niż poprzednie skały, utworzyły Góry Mazatzal i obszar New River. Pinal Schist również powstał w tym okresie i został wtargnięty przez granit i granodioryt . Najstarsze proterozoiczne skały metamorficzne i magmowe intruzowane były granitami i pegmatytami między 1,45 a 1,4 miliarda lat temu. Granit wyroczni w pobliżu Tucson, granit ruin w pobliżu obszaru Ray-Superior i granit Zoroaster u podstawy Wielkiego Kanionu zawierają różowe kryształy ortoklazów o długości od jednego do dwóch cali. Orogeneza wygenerowała Strefę Teksasu, obszar pęknięć, szczelin i uskoków w skale, rozciągający się na północny zachód od Teksasu do Kalifornii. W Arizonie żyły te często zawierają egzotyczne minerały, w tym beryl i tantal oraz pierwiastki takie jak lit, bizmut, uran i wolfram. Minerały te zostały umieszczone przez gorące płyny hydrotermalne przemieszczające się przez słabe strefy w skale.

Główna orogeneza Grenville na wschodzie kontynentu proto-północnoamerykańskiego wpłynęła na obszary tak daleko na zachód, jak Arizona, tworząc duże baseny szczelinowe między 1,2 a 1 miliardem lat temu. Baseny szczelinowe były strukturalnie związane z tworzeniem się złóż miedzi i skazami bazaltu Keweenawan w Michigan, a regionalnie baseny wypełnione grubymi warstwami osadów w Arizonie. Grupa Apache w pobliżu dna Wielkiego Kanionu obejmuje łupki rzeczne i piaskowiec , a także wapień z płytkiego morza, odsłonięty w Kanionie Salt River. Zawiera wapień stromatolitu , kopce niebiesko-zielonych alg. Grupa Apache została zaatakowana bazaltem i diabazem między 1,05 a 1,14 miliarda lat temu. Wapień meskalowy przekształcił się, tworząc azbest i przegrzaną magmę diabazową „wypieczoną” wapień do marmuru . Liczące 1,07 miliarda lat wapień, łupek, kwarcyt , piaskowiec i bazalt z grupy Unkar znajdują się również w Wielkim Kanionie.

Formacje mezoproterozoiczne w Wielkim Kanionie są przykryte skałami osadowymi z neoproterozoicznej grupy Chuar i formacji Sixtymile sprzed 850 milionów lat . Wielka niezgodność to słynna luka w zapisie stratygraficznym Wielkiego Kanionu sprzed 900 milionów lat między proterozoicznymi skałami granitowymi a kambryjskimi osadami morskimi. Przez pozostałe 350 milionów lat proterozoiku Arizona doświadczała rozległej erozji, z tylko kilkoma obszarami osadzania się osadów w basenach opadowych.

Paleozoik (539-251 mln lat temu)

W całym paleozoiku , gdy życie wielokomórkowe stało się powszechne, Arizona utworzyła pasywny zachodni kraniec Ameryki Północnej. Chociaż region był spokojny tektonicznie i nie miał aktywności wulkanicznej ani intruzji magmowych, na wschód wpłynęła na niego seria dużych orogenezy. Orogeneza Taconic , między 490 a 445 milionami lat temu, orogeneza akadyjska , od 410 do 380 milionów lat temu, i orogeneza Alleghanian od 325 do 220 milionów lat temu wypiętrzały się wysokie pasma górskie. Rozległa erozja tych gór zrzuciła osady na zachód do płytkiego morza w Arizonie. Wapień powstały w płytkim morzu zawiera wiele jaskiń stanu, ważne złoża rud i wysokiej jakości okazy mineralne, takie jak wulfenit . Skamieniałości bezkręgowców są powszechne w osadach morskich z tego okresu.

W środkowym kambrze , od 520 do 488 milionów lat temu, wybrzeże morskie przesunęło się na wschód, osadzając piaskowce związane z plażą. Te z kolei przykryte są piaskowcami, mułowcami i łupkami osadzonymi w warunkach przybrzeżnych, które ponad 515 do 488 milionów lat temu były pokryte wapieniem, na którym znajdują się odwierty ślimakowe, a także cienkie pokłady konglomeratów . W zapisie stratygraficznym pojawiają się skamieliny trylobitów i ramienionogów .

Z powodu wypiętrzenia podczas orogenezy Taconic morze cofnęło się, a Arizona powróciła do warunków kontynentalnych podczas ordowiku i syluru , pozostawiając niewiele skał z tych okresów. W okresie dewonu w Arizonie występowały naprzemiennie warunki morskie i kontynentalne, gdy w rejonie Nevady pojawiła się strefa subdukcji i łuk wysp wulkanicznych. Formacja Martin w południowej Arizonie zawiera wapień, piaskowiec, łupek ilasty i chert zdeponowane w późnym dewonie i obciążone skamielinami ryb i bezkręgowców. Zastój między orogeniami w Karbon w okresie Mississippian doprowadził do poważnej transgresji morskiej i powstania grubego wapienia. Wapień Redwall w Wielkim Kanionie i wapień Esabrosa w południowej Arizonie pochodzą z tego okresu i zawierają skamieniałości koralowców, ramienionogów i liliowców . Późniejsza erozja spowodowała powstanie dużych jaskiń w wapieniu, w tym Kartchner Cavern w hrabstwie Cochise i Vesey's Paradise w Wielkim Kanionie.

W okresie pensylwanii i permu ostateczne zgromadzenie się Appalachów aż do wyniesienia Himalajów nastąpiło wraz z orogenezą alleghańską i utworzeniem superkontynentu Pangea . Zlodowacenie półkuli południowej podniosło i obniżyło poziom mórz w Arizonie, tworząc topografię półek i zboczy powszechną w Wielkim Kanionie, Sedonie i Monument Valley, z naprzemiennymi warstwami mułowców, wapieni, piaskowców, dolomitów i łupków . Wapień Kaibab to słynna formacja z tego czasu, obejmująca większą część północnej Arizony.

Mezozoik (251-66 mln lat temu)

W mezozoiku superkontynent Pangea zaczął się rozdzielać w swoim centrum, tworząc Ocean Atlantycki. Subdukcja płyty Farallon pod zachodnią Ameryką Północną pozostaje wydarzeniem słabo poznanym, chociaż nowe modelowanie sejsmiczne i tomografia komputerowa rzucają światło na to wydarzenie. Gdy płyta oceaniczna opadła pod Ameryką Północną, wytworzyła warunki częściowego topnienia, które utworzyły wulkany na powierzchni w Kalifornii i Arizonie.

Aktywność wulkaniczna rozpoczęła się w zachodniej Arizonie około 205 milionów lat temu, rozpoczynając orogenezę Nevadan , która trwała do 145 milionów lat temu, rozciągając się od triasu do jury . Intruzja granitu 190 milionów lat temu wzbogaciła wiele żył w minerały i wygenerowała złoża złota z porfiru miedzi. Bisbee w Arizonie , 92 mile na południowy wschód od Tucson, doświadczyło wtórnego utleniania i wzbogacania, tworząc wysokiej jakości malachit i azuryt .

Południowa Arizona została wypiętrzona i doświadczyła erupcji wulkanów, które osadziły popiół o wysokiej zawartości krzemionki na północy jako formacja Chinle , która stworzyła skamieniałe drewno Parku Narodowego Skamieniałego Lasu . Przez okres jurajski duża przybrzeżna pustynia, podobna do współczesnej Sahary lub pustyni Namib, zajmowała północną Arizonę aż do Utah. Materiał wulkaniczny przeplata się z piaskowcami wydmowymi w górach Santa Rita na południe od Tucson i jest skorelowany z piaskowcem azteckim i piaskowcem Navaja, rozciągającym się od północnej Arizony do Parku Narodowego Zion .

W kredzie orogeneza Sevier miała miejsce dalej na zachód w Kalifornii od 140 do 89 milionów lat temu i była również związana z subdukcją płyty Farallon. Jednak w przeciwieństwie do orogenezy Nevadan, w Arizonie nie było znaczących formacji mineralnych związanych z żyłami. Region cofnął się do warunków morskich, a muszle małży zbudowały złoże wapienia wokół Bisbee. Inaczej niż w przeszłości, morska transgresja pochodzi z południowego wschodu i wschodu od Western Interior Seaway . Wznoszące się i opadające morza ze wschodu osadzały łupki i piaskowce, gdy osady z orogenezy Sevier spływały na wschód. Złoża węgla powstały w bagnistym środowisku przybrzeżnym.

Wiele wpływów starszych wydarzeń związanych z budownictwem górskim zostało nadrukowanych i ponownie zmineralizowanych przez orogenezę Laramide , która miała miejsce od 89 do 43 milionów lat temu i zbudowała Góry Skaliste. Aktywność wulkaniczna, magmatyzm i mineralizacja przesunęły się na wschód do Arizony. Małe intruzje i centra wulkaniczne rejestrują pierwszą fazę orogenezy Laramide w południowej Arizonie od 76 do 67 milionów lat temu. Mineralizacja miedziowo-złotego porfiru pojawiła się w zachodniej Arizonie, a także w sąsiednim Nowym Meksyku. Główna faza Laramidów od 79 do 67 milionów lat temu stworzyła masywne centra wulkaniczne, które wyrzuciły ogromne ilości andezytu i ryolitu . Te kaldery zapadły się same, pozostawiając pozostałości, takie jak Rhyolite Cat Mountain, na zachód od Tucson. Otoczaki i gigantyczne głazy wielkości domów tworzą skały osadowe w matrycy materiału wulkanicznego. Srebro, ołów i cynk osadzone z roztworów hydrotermalnych w szczelinach radialnych i pierścieniowych w skale.

Kenozoik (66 milionów lat temu-obecnie)

Z powodu płaskiej subdukcji podczas końcowej fazy orogenezy Laramide od 54 do 43 milionów lat temu w eoceńskiej epoce kenozoiku , miała miejsce głęboka intruzja granitu i pegmatytu , 23 kilometry pod powierzchnię. Granitowe plutony tworzyły się zwykle w pobliżu dobrze rozwiniętej strefy zgniotu i często mają bogate w wolfram i kwarc żyły w granitoidach muskowitu i groblach pegmatytu. Góry Santa Catalina na północ i północny wschód od Tucson zawierają granit Wilderness, który powstał jako intruzja 14 mil pod powierzchnią. Płaskowyż Kolorado podniósł się i zaczął erodować w eocenie.

Podczas eocenu , oligocenu i miocenu , rozbłysk igmibrytu środkowo-trzeciorzędowego, wydarzenie związane z budową gór, związane z płytą Farallon, spowodowało erupcję ogromnych ilości pyłu wulkanicznego. Wiele małych pasm górskich w zachodniej Arizonie, w tym góry Superstition, Galiuro, Chiricahua i Tumacacori, składa się głównie z tufu popiołu pochodzącego z tych erupcji.

Uważa się, że erupcje były częściowo wynikiem rosnącej stromej subdukcji płyt w płaszczu i przesunięcia aktywności magmowej ze wschodu na zachód, niosąc ze sobą zmiany w mineralogii i typach skał. W małych basenach nagromadziły się rumowiska wulkaniczne, zlepieńce i gipsy jeziorne , gliny i węglany. Wypływy lawy i intruzje granitowe utworzyły góry Galiuro i góry Chiricahua . Żyły złota i miedzi zmineralizowane w rojach grobli, a następnie batolity związane z kalderą i skarny srebrno-ołowiowo-cynkowe. Uskoki normalne i uskoki o niskim kącie zdeformowały skały osadowe i wulkaniczne z końcowej fazy zdarzenia.

W ciągu ostatnich 14 milionów lat miocenu , pliocenu , plejstocenu i obecnego holocenu subdukcyjna płyta Farallon została odcięta przez ruch uderzeniowo-poślizgowy na uskoku San Andreas , połączony z granicą transformacji. Płyta nadal opadała, ale z mniejszą siłą ją napędzającą. W rezultacie strome normalne uskoki utworzyły krajobraz zrębów i rowów prowincji Basin and Range . Bazalt wtargnął do basenów i ewaporatów oraz inne zgromadzone osady, w tym sól pod Phoenix, glina i zeolity w rejonie Bowie oraz gips w dolinach San Pedro i Verde.

Pole wulkaniczne Sentinel na zachód od Casa Grande i pole wulkaniczne San Francisco na północ od Flagstaff powstały w basenach, wytłoczonych w ciągu ostatnich pięciu milionów lat. Dodatkowo głęboki perydotyt został wyniesiony na powierzchnię w strumieniach bazaltu na polu wulkanicznym San Bernardino na południowym wschodzie.

Hydrogeologia

Ze względu na suchy klimat i dużą populację woda jest niezwykle ważna w stanie Arizona. Większość wody pitnej jest pobierana ze źródeł wód powierzchniowych, w tym Biura Rekultywacji i przekierowania Projektu Środkowej Arizony . Znaczna część tych wód powierzchniowych pochodzi z rzeki Kolorado . Wody podziemne służą do uzupełniania wód powierzchniowych. W latach 1915-1983 około 81 milionów akrów wód gruntowych zostało przepompowanych w pobliżu Phoenix, aby uzupełnić wody powierzchniowe z rzek Salt, Verde i Agua Fria. Na obszarach miejskich wody gruntowe są obecnie uzupełniane głównie w wyniku nadmiernego nawadniania, miejskiego spływu powierzchniowego, wycieków z kanałów i lat wyższych niż przeciętne opadów. W 1978 roku US Geological Survey stwierdził spadek poziomu wód gruntowych o 350 stóp.

USGS opublikowało badania w 1997 r., Badając piaskowce, wapienie i mułowce z epoki pensylwańskiej i permu leżące u podstaw Flagstaff i południowego płaskowyżu Kolorado, który tworzy złożoną regionalną warstwę wodonośną ze słabo poznanym przepływem wód gruntowych. Kolejne dogłębne badanie przeprowadzone w 2016 r. dotyczyło hrabstw Coconino i hrabstw Yavapai w północno-środkowej części stanu. Pod tym obszarem występują warstwy wodonośne C i Redwall-Muav. Poziom wodonośny C jest poziomem wodonośnym zwierciadlanym, o głębokości do 1500 stóp do zwierciadła wody i jest suchy na zachodzie, z wyjątkiem wzniesionych stref wodonośnych. Jest pod spodem Redwall-Muav, ograniczony i do 3200 stóp pod powierzchnią ziemi. Wody podziemne miały do ​​7000 lat w warstwie wodonośnej C i do 22 000 lat w Redwall-Muav, na podstawie analizy trytu i węgla-14 . W przeważającej części woda z tych warstw wodonośnych jest wysokiej jakości, chociaż niektóre studnie przekraczają EPA zalecenia dotyczące arsenu, baru, uranu i ołowiu. Obie warstwy wodonośne odnotowały znaczny wzrost pompowania od 1975 roku.

Geologia zasobów naturalnych

Góry Santa Rita i Wzgórza Tombstone zawierają srebro i ołów utworzone przez płyny hydrotermalne w szczelinach podczas orogenezy Laramide. Arizona jest znana jako stan miedzi, ponieważ rocznie produkuje dwie trzecie miedzi w USA. Złoża porfiru miedziowego Laramid są powszechne w Tucson i obejmują kopalnie Twin Buttes, Sierrita-Esperanza, Rosemont, Silver Bell i Mission-Pima, a także historyczną kopalnię Ajo na zachodzie. Kopalnie Ray, Miami, Pinto Valley, Morenci, Safford, Carlota, Superior i Resolution to przykłady odkrywkowych miejsc wydobycia miedzi w środkowo-wschodniej Arizonie.

Złoża te mają typowo punktowy wzór mineralizacji, od miedzi i cynku w centrum do cynku, ołowiu, srebra i złota na obrzeżach oraz srebra i manganu na zewnętrznej krawędzi.

Wtórne wzbogacanie i utlenianie miedzi dało minerały o jeszcze wyższych stężeniach miedzi, w tym chalkopiryt , chalkozyn , azuryt , malachit i chryzokolę . Ponadto złoża skarnu są powszechne w pobliżu plutonów , gdzie metamorfizm kontaktowy z magmą granitową generuje granat lub krzemian wapnia. Okręgi górnicze Aravapai, Castle Dome, Kalifornia, Middle Pass, Swisshelm i Ash Peak powstały w wyniku budowy gór środkowego trzeciorzędu.