Введение
Метрополия Даллас-Форт-Уорт расположена над слоями пород мелового периода, возраст которых составляет от ≈145 до 66 миллионов лет назад. Эти отложения мелового периода залегают на эродированных горах Уачита и в бассейне Форт-Уорт, образовавшемся в результате Уачита-Орогенеза. При движении с запада на восток в пределах метрополии DFW и в направлении Мексиканского залива возраст слоев постепенно увеличивается. Кредовые отложения имеют очень небольшой уклон (около 1°) в восточном направлении.
Структурная и тектоническая история DFW Metroplex
Геология DFW Metroplex состоит из пологонаклонных осадочных пород, преимущественно мелового возраста, которые также скрывают гораздо более древний геологический комплекс. Осадочные породы, старше мелового периода, обнажены на поверхности лишь в крайних западных районах DFW Metroplex, в окрестностях Уэзерфорда, штат Техас. Древние складчатые горы, образовавшиеся в результате орогенеза Оуачиты, существовали в восточной части Метроплекса 300 миллионов лет назад. Эти древние горы были разрушены эрозией и рифтингом, связанным с открытием Мексиканского залива в юрском периоде, а затем погребены под более молодыми меловыми отложениями. Хотя корни гор Оуачиты не видны в DFW Metroplex из-за их погребенности, они могут быть идентифицированы по данным бурения и другим геологическим данным. В западном Техасе, вблизи Марафона, горный хребет выходит на поверхность и известен как Марафонский подъем. К северу от DFW Metroplex корни гор можно обнаружить в юго-восточной Оклахоме в горах Арбакл, сильно эродированных от первоначального обширного горного массива. Марафонско-Оуачитская-Аппалачская-Варисканская складчатая система, протянувшаяся через центральный Техас, район Арканзаса, Аппалачи и далее в Восточную Европу, сформировалась в конце палеозоя, около 300 млн лет назад, при столкновении суперконтинентов Пангеи и Лауруссии. Зона деформации, известная как Оуачиты, представляет собой зону слабости, которая была активирована при открытии Мексиканского залива около 165 млн лет назад, в юрском периоде. Самые древние породы в Техасе относятся к докембрийскому периоду, в частности, к мезопротерозою, их возраст составляет около 1600 миллионов лет, и они определяют южную границу Североамериканского кратона. Эти породы в основном перекрыты фанерозойскими отложениями, но обнажены в районе Льяно, где более ранние докембрийские магматические и метаморфические породы были подняты и обнажены на поверхности. Форт-Уортская впадина, расположенная под меловыми отложениями к западу от Далласа, образовалась как предгорная впадина во время орогенеза Оуачиты. Горизонтальное сжатие вызвало флексурно-изостатическое опускание литосферы. Опущенная литосфера к западу от гор Оуачиты привела к образованию чашеобразной депрессии, известной как предгорная впадина, сохранившей миссисипские отложения сланца Барнетт и другие палеозойские отложения, которые в основном сформировались до столкновения Пангеи. Значительные залежи углеводородов, таких как природный газ, имеют экономическое значение, что проявляется в таких формациях, как Barnett Shale. Пангея начала распадаться в триасовом периоде, около 225 млн лет назад. Рифтинг затронул регионы, которые стали центральной Атлантикой (между Северной Америкой и Африкой) и Мексиканским заливом примерно в одно и то же время. Этот рифтинг создал зону расхождения литосферных плит, которая сыграла важную роль в последующих геологических процессах. Рифтинг, включающий растяжение существующей коры и мантийной литосферы, был инициирован наличием достаточного горизонтального девиаторного напряжения, которое раскололо литосферу. В конечном итоге рифтинг уступил место спредингу морского дна в Атлантическом океане и Мексиканском заливе в середине юрского периода, около 165 млн лет назад. Спрединг морского дна – это процесс создания новой океанической литосферы за счет подъема вещества из мантии, в отличие от рифтинга, который включает только растяжение коры. Конвекционные потоки в суб-литосферной мантии являются движущей силой спрединга морского дна. Новая литосфера образуется, когда горячий материал из-под океанических хребтов поднимается на поверхность этими потоками. По мере того как новая литосфера горизонтально удаляется от хребтов, новая кора, добавленная к Мексиканскому заливу и Атлантическому океану, привела к раздвижению континентов Северной и Южной Америки. Спрединг морского дна в Мексиканском заливе прекратился к началу мелового периода и переместился в прото-Карибское море. Около 110-85 млн лет назад во всем мире наблюдались колебательные увеличения скорости спрединга морского дна. Увеличение количества базальта, выбрасываемого в океан, вызвало вытеснение воды из океанических бассейнов, что привело к повышению уровня моря и затоплению побережья Техасской маржи и других прилегающих континентов по всему миру. Крупномасштабное повышение уровня моря, вызванное колебанием, известно как ценоманская трансгрессия, которая является наиболее известной и последней крупной трансгрессией в меловом периоде. Распространение дополнительной магмы нагревало воду в океане, создавая благоприятную среду для организмов с известковыми раковинами, которые после смерти опускались на дно океана, образуя мощные отложения известняка. Помимо вытеснения воды, увеличение выброса магмы привело к повышению уровня CO₂ примерно в 2-6 раз по сравнению с современным уровнем. Это увеличение, наряду с дополнительным образованием коры, привело к повышению глобальных температур, что также сыграло важную роль в дальнейшем развитии различных меловых формаций. Когда скорость спрединга морского дна замедлилась около 85 млн лет назад, уменьшилось и количество базальтового материала, выбрасываемого в океан, что вызвало первоначальное вытеснение воды. Как видно в районе DFW Metroplex, меловые породы, отложенные в этот период, находились под прямым влиянием повышенной скорости спрединга морского дна.
Осадочная среда для камней DFW Metroplex
Метроплекс ДФУ простирается по широкой полосе, ориентированной с севера на юг, где выходят кредовые отложения. Форт-Уэрт на западе аккуратно построен на отложениях раннего мелового периода (Команчская серия), а Даллас на востоке – на отложениях позднего мелового периода (Галфская серия). Кредовые породы Команчской серии накапливались в течение 20 миллионов лет. Осадочные отложения, образовавшиеся за эти 20 миллионов лет, ограничены поверхностью несогласия и определяются крупной регрессией в конце этого периода. Временной диапазон Команчской серии составляет примерно от 118 до 98 млн лет назад и отвечает за отложение Троицкой, Фредерикбергской и Вашитской групп. Эти три группы расположены к западу от зоны разлома Балконес и простираются от немного западнее Уэзерфорда до восточной окраины Форт-Уэрта. Троицкая группа наиболее известна формацией Глен-Роуз, входящей в её состав. Мощность слоев формации Глен-Роуз, варьирующаяся от 40 до 200 футов, состоит из известняка с чередующимися прослоями глины, марли и песка. Осадочная среда Глен-Роуз была мелководной морской и прибрежной. Эта прибрежная среда впоследствии прославила Глен-Роуз, поскольку в ней сохранились следы динозавров. Этот процесс происходил, когда живые наземные существа бродили в поисках пищи вблизи береговой линии, оставляя отпечатки и следы, которые впоследствии сохранялись под слоями ила. Со временем на слои ила накапливались новые формации, создавая, по сути, 100-миллионлетнюю капсулу времени ископаемых следов. Со временем выветривание, вызванное водой и ветром, привело к эрозии вышележащих отложений и обнажению отпечатков, что объясняет наличие следов динозавров в Государственном парке долины динозавров Глен-Роуз. Кредовые формации, расположенные от восточного Форт-Уэрта до востока Далласа, являются частью Галфской серии. Восточная прогрессия формаций происходит с запада на восток, при этом возраст формаций постепенно уменьшается, от ≈97 до 66 млн лет назад. Галфская серия известна ценомано-туронской трансгрессией, которая отложила среднемеловые формации в Метроплексе ДФУ. Галфская серия состоит из трех групп, от старейшей к самой молодой: Дакотская, Колорадская и Монтанская. Первой из Галфской серии является формация Вудбайн, которая входит в Дакотскую группу и образовалась в высокоэнергетической осадочной среде, поскольку состоит в основном из крупных округлых кварцевых зерен. В формации Вудбайн присутствуют морские и наземные осадочные отложения и окаменелости, включая последних известных динозавров в этой части Техаса, датируемых примерно 96 млн лет назад. Мощность Вудбайна варьируется от 175 до 250 футов и увеличивается в северном направлении. Терригенные отложения, эродированные из палеозойских пород, и слабо метаморфизованные осадочные породы гор Уачита в Оклахоме составляют значительную часть Вудбайна. Трансгрессия продолжалась после отложения Вудбайна и привела к образованию Колорадской группы, которая впервые создала Eagle Ford Shale, лежащий непосредственно под западным Далласом. Глубина уровня моря в Eagle Ford Shale составляла около 100 м (330 футов) и находилась примерно в 20–50 км от берега. Осадочная среда в нижних слоях была малоэнергетической и слегка аноксичной. Эта аноксичная среда глубоких вод океана является результатом нескольких факторов, включая повышение глобального уровня моря, увеличение органической продуктивности и разложения, цикличность Миланковича и ограниченные термохалинные течения во Внутреннем морском пути. Нижняя часть Eagle Ford Shale состоит из богатых органикой, пиритных и ископаемых морских сланцев, которые отмечают максимальную поверхность затопления или пик наибольшей глубины осаждения. Разнообразная фауна, присутствующая в Eagle Ford Shale, указывает на то, что воды были спокойными и находились в фотической зоне. Небольшой член Eagle Ford Shale, состоящий из тонкого известнякового слоя между сланцами, известен как Камп-Ранч. Небольшой регрессивный подъем привел к образованию этого карбонатного слоя в верхней части Eagle Ford Shale, что объясняется его высокоэнергетическими характеристиками, такими как рябь от штормовых волн и чередующиеся углеродистые илы. Общая мощность Eagle Ford Group составляет около 200–300 футов. Уровень моря поднялся еще выше во время этого масштабного трансгрессивного события, что способствовало образованию Austin Chalk мощностью 300–500 футов, примерно 89–85 млн лет назад. Формация Остин состоит из перекристаллизованного, ископаемого, чередующегося мелового и мергельного известняка. Выходы Остинского мелового известняка в основном наблюдаются в карьерах, дорожных разрезах и руслах рек, где вода размыла верхний слой почвы. Остинский мел – это хорошо известный белый камень, на котором стоит город Даллас. В Остинском меловом известняке присутствуют вулканические пеплы, которые переносились ветром из отдаленных извергающихся вулканов и извергающихся магматических интрузий около 86 млн лет назад. Эти извержения происходили вдоль полосы подводных вулканов длиной 250 миль и шириной 50 миль, расположенной в современной южно-центральной части Техаса. Эта полоса вулканов совпадает с трендом зоны разлома Балконес и известна как вулканическая провинция Балконес. То, из чего состояли эти древние вулканы, видно лишь в нескольких местах, поскольку большинство из них были погребены под отложениями Остинской и Тейлоровской групп и теперь находятся в подповерхностных слоях. Присутствие этого вулканизма во время отложения Остинского мелового известняка связано с Ларамидской складчатостью. Уровень моря поднялся, создав условия для отложения Остинского мелового известняка, что также совпадает с максимальным распространением Мелового Внутреннего морского пути. Глубина отложения Остинского мелового известняка составляла около 250 м (820 футов). Формация Остинского мелового известняка наполнена микроорганизмами, известными как кокколиты, которые являются продуктом теплых вод, перемещенных из-за увеличения разрастания морского дна в то время. Над Остинским меловым известняком находятся несколько различных слоев отложений, известных как формация Тейлор. Отложение отложений Тейлора знаменует собой начало эвстатической регрессии, которая продолжалась до конца мелового периода. Озанская мергель – первый слой, перекрывающий Остинский мел, и его можно найти под городами Ричардсон и Гарланд. Озанская мергель состоит из известковистой мицелистой глины с увеличением содержания ила и песка кверху. Среда, в которой откладывалась Озанская мергель, все еще была относительно глубоководной и малоэнергетической, но начала наблюдаться седиментация, доминирующая илом, поскольку уровень моря падал. Мощность Озанской мергели составляет около 500 футов, и в ней можно найти морские мегаископаемые. Над Озанской мергелью находятся два тонких слоя, известные как песчаник Wolfe City и мел Pecan Gap. Песчаник Wolfe City известен в городе Рокуолл, штат Техас, своими песчаниковыми дамбами, которые выступают на поверхность, создавая впечатление стены, построенной из камней. Верхняя часть Тейлора имеет 300-футовый участок мергелей, известный как Marlbrook Marl. Последние отложения мелового периода, которые также отложены непосредственно на формацию Тейлор и находятся к востоку от Далласа, – это отложения Наварро. Отложения Наварро отражают аноксичные воды того времени из-за присутствующего сланца и являются результатом увеличения вулканической активности в юго-западной части Соединенных Штатов. К концу отложения формации Тейлор эвстатическая регрессия привела уровень моря к современной береговой линии Мексиканского залива. Эта глобальная регрессия знаменует собой замедление разрастания морского дна и ограничивает Галфскую серию поверхностью несогласия. В западной части страны Ларамидская складчатость, которая строила Скалистые горы, начала приспосабливать горизонтальное укорочение путем поднятия, а не предыдущего складывания и надвигов. Также в это время, около 66 млн лет назад, произошло крупное вымирание, включая динозавров, которое, как считается, было вызвано падением метеорита в Мексике у полуострова Юкатан…
Окаменелости
Самые старые окаменелости в метроплексе DFW можно собрать в парке Mineral Wells Fossil Park к северо-западу от Форт-Уэрта. Эти окаменелости включают хорошо сохранившиеся морские окаменелости пенсильванского периода, такие как криноиды и брахиоподы, возраст которых оценивается в 300 миллионов лет. Обнаружены остатки динозавров и морских рептилий позднего мелового периода, таких как мозазавры. Один вид мозазавра был назван в честь города: Dallasaurus turneri. Государственный парк Долина динозавров расположен в Глен-Роузе, штат Техас, на пересечении шоссе 67 и 144, к юго-западу от Форт-Уэрта. В парке Долина динозавров представлены одни из наиболее хорошо сохранившихся следов динозавров в мире. Следы были оставлены хищными тероподами и травоядными сауроподами. Формация Вудбайн, расположенная между Далласом и Форт-Уэртом, состоит из морских и наземных окаменелостей, таких как конкреции и ископаемые следы, включая последних известных динозавров в этой части Техаса. Непосредственно к востоку от формации Вудбайн находится формация Игл-Форд, где можно найти окаменелые зубы акул, плезиозавров, крабов и небольших морских ящериц, называемых кониазаврами. Северо-западный квадрант кольцевой развязки шоссе I-20 и 408 изобилует зубами акул. Непосредственно к востоку от шоссе 408 на бульваре Кист находится большой участок выхода на поверхность формации Игл-Форд под Остинским меловым известняком, где часто встречаются окаменелые зубы акул. Непосредственно под Далласом иногда встречаются аммониты, хотя они редки. Зубы акул присутствуют и в основном легко обнаруживаются в спрессованных зонах, наряду с раковинами моллюсков (Inoceramus), которые также можно найти в Остинском меловом известняке. Хотя их нельзя увидеть невооруженным глазом, Остинский меловый известняк содержит миллионы коколитов, или окаменелых водорослей.
Река Троица
Река Троица сыграла важную роль в формировании DFW Metroplex. Даллас был расположен у лучшей переправы, ниже по течению от места, где Ульма Форк впадает в основное русло, где река течет на юго-восток по меловым отложениям. Это обеспечило место, где путешественникам нужно было пересечь реку лишь однажды, в точке с относительно твердым дном и берегами. Это было лучшее место для переправы через Троицу с самых ранних времен, идеальное для бродов, паромов и мостов. Во времена Республики Техас DFW Metroplex был в основном необитаем европейцами, но в 1840-х годах поселенцы начали прокладывать себе путь на север. Маршрут на север естественным образом следовал по пологим холмам и нежным гребням Остинских меловых холмов к речной переправе, которая вскоре стала Далласом. Джон Нили Брайан выбрал будущее местоположение Далласа для своего торгового поста, чтобы он возвышался над паромом, который он обслуживал на переправе. На Даллас также оказали тонкое влияние гораздо более молодые геологические образования, отложенные более старой и полноводной рекой Троицей. Ледниковый период Северного полушария произошел в плейстоцене, когда континентальный ледниковый щит достиг Канзаса в преиллинойскую эпоху. Плейстоценовые террасы повлияли на развитие Далласа, обеспечив богатую аллювиальную почву и напорный горизонт, что было весьма полезно в первые годы. Центр Далласа построен на серии этих террас, которые плавно поднимаются к востоку от реки Троицы.
Качество воды
У DFW Metroplex было дополнительное, хотя и незначительное, геологическое преимущество. Река Троица не пригодна для судоходства, но её вода отлична для питья. Вода в реке Троицы лучше, чем в более крупных реках, расположенных к северу и югу – Красной реке и реке Бразос. Эти крупные реки длиннее и протекают через соленосные пермские отложения, далеко к западу от истоков Тринити. В результате вода в Тринити более пресная, чем в реках Бразос или Ред. Жизнь легче и комфортнее рядом с пресной водой, и этот простой факт способствовал процветанию DFW по сравнению с поселениями на более крупных реках к северу и югу. Поскольку река Троица не пригодна для судоходства, Метроплекс не мог вырасти в крупный город до появления железной дороги, что произошло в начале его истории, в начале 1870-х годов. (См.: История Далласа, Техас (1874–1929)) Таким образом, Даллас Форт-Уорт Метроплекс – это по-настоящему современная метрополитенская область, поскольку он не мог достичь таких размеров, пока механизированные транспортные системы не нивелировали недостаток Тринити в плане речной навигации.