ジェイコブスビル砂岩

ジェイコブスビル砂岩
地層範囲：中原生代-中期カンブリア紀
AEシーマン鉱物博物館のコレクションにある、ミシガン州ジェイコブスビル産のジェイコブスビル砂岩のサンプル
タイプ形成
下層ミュニシング層
オーバーレイフレダ砂岩
岩石学
主要な砂岩
他の礫岩、シルト岩
位置
地域ミシガン州、オンタリオ州
国アメリカ合衆国、カナダ
タイプセクション
名前の由来ミシガン州ジェイコブスビル

ジェイコブスビル砂岩は、淡い色の縞模様や斑点が特徴的な赤色の砂岩 層で、主にミシガン州北部、オンタリオ州の一部、そしてスペリオル湖の大部分の湖底で産出されます。その耐久性と美観から、この砂岩はカナダとアメリカ合衆国の両方で建築用石材として使用されてきました。この石は、およそ1870年から1915年の間に、ミシガン州アッパー半島全域の32の採石場で採掘されました。

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、イースタンサンドストーンなど様々な名称で呼ばれてきました。1907年、ジェイコブスビル層は現在の分類とジェイコブスビルの名称が与えられました。これは、この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名付けられました。この砂岩は、新原生代初期に陸上河川環境で堆積しました。[1]

地質学

分類

スペリオル湖南部の地質学的研究は1800年代初頭に行われました。多くの研究では、「スペリオル湖砂岩」という用語を用いて、様々な地質層を記述していました。[2] [3]砂岩の分化は、主にキーウィノー半島を東西に横断する区分、つまり下部赤色砂岩と上部灰色砂岩の間で行われました。[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シーマンによってなされ、スペリオル湖の様々な砂岩はジェイコブスビル層、フレダ層、およびミュニシング層に分類されました。[5] [6]ジェイコブスビル層は、下部赤色砂岩または東部砂岩として記述される砂岩を反映しています。[7]彼らはまた、「有名なポーテージ・レッドストーン」を含む砂岩の産地として有名なミシガン州ジェイコブスビルにちなんで、ジェイコブスビルという名称を導入しました。[3] [7]

ジェイコブスビル砂岩と、ウィスコンシン州北部にある同様の砂岩であるベイフィールド グループとの岩相および重鉱物群の類似性は、それらが相関している可能性を示唆している。 [8] [9]ジェイコブスビル砂岩は、グループの最上部の層であるチェワメゴン砂岩に最も類似している。[10]それらの類似性にもかかわらず、2つの層が1つであり同一であるかどうかは不明である。[10] [11]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）との相関性が、類似した鉱物学、組織、および地層位置に基づいて示唆されている。[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]初期の研究でも、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性が示唆されている。 [5]

オハイオ州パトナム郡の赤色砕屑層は、1948年にチャールズ・フェトケによって暫定的にジェイコブスビル砂岩と命名されました。[13]

説明

ジェイコブスビル砂岩は、少量の酸化鉄を含むため、一般的に赤色で、ピンク、白、茶色の様々な色合いの斑点があります。[14]砂岩には、浸出と漂白によって生じた多くの白い筋や球状の斑点が見られ、周囲の色と鮮明な境界を形成しています。[14] [15]岩相は、石英を多く含むものから長石を多く含む砂岩や頁岩まで様々です。[16] [17]この層は、礫岩、レンズ状砂岩、塊状砂岩、赤色シルト岩の4つの異なる相で構成されています。[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ない。[19]ジェイコブスビル砂岩の粒子の大きさは0.25～0.5mm（0.0098～0.0197インチ）である。[14]マルケット郡とアルジェ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、非波動性石英27.4%、波動性石英27.0%、カリ長石23.0% 、珪長質火山岩礫12.3%で構成されている。その他の成分は、多結晶石英3.8%、変成岩2.4%、堆積岩1.4%、不透明岩1.3%、塩基性火山岩0.8%、斜長石0.1%である。ジェイコブスビル砂岩の重鉱物は、イルメナイト84% 、白鉄鉱4～5% 、ガーネット4%、アパタイト3% 、ジルコン3% 、トルマリン1%で構成されています。[14]

範囲と地層

砂岩の厚さを示すアッパー半島の地図。
アッパー半島におけるジェイコブスビル砂岩の分布
水辺の崖面。
ピクチャードロックス国立湖岸の白いミュニシング層の下にある赤いジェイコブスビル砂岩

この層は、キーウィノー半島のキーウィノー断層の南東、およびアッパー半島のさらに東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がスーセントマリーの下部にあり、南はバー川から北はワワ付近まで湖岸に沿って不連続に広がっています。 [21] [22]この層はウィスコンシン州アイアン郡にもわずかにあります。[23]堆積した表面が非常に不規則なため、[9]層の厚さは5フィート(1.5メートル)からミシガン州では1,800フィート(550メートル)以上まで変化します。[ 24]この砂岩は特にミュニシングの西側ではスペリオル湖の大部分の下部にあり、[ 7 ]最大で3,000フィート( 910メートル)以上の厚さがあります。[ 3 ] [19] [25]この層はキーウィーナワン超層群の上部層である。[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、古流跡線はスペリオル湖盆地を指し示している。[27]

ジェイコブスビル層はアッパー半島全域に広く露出しており、オンタリオ州とウィスコンシン州にもわずかに露出している。[28]砂岩の崖は、植生をほとんど支えない角張った崖錐を持つ傾向がある。[29]ジェイコブスビル砂岩は湖面からわずか数フィートの高さにあり、ピクチャードロックス国立湖岸で露出している最古の層である。この砂岩は、ハイアワサ国立森林公園のグランドアイランドで顕著に見られる。[25]

形成と年齢

ジェイコブスビル砂岩は、河川、湖沼、デルタ地帯の環境下で堆積しました。[25] [30]砂と砂利は、ペノケアン造山運動で形成された山々の残骸であるミシガン州北部高地から北方へと流れる河川によって運ばれてきました。河川は現在のスペリオル湖南岸に沿って平らになり、ジェイコブスビル砂岩を形成する堆積物を堆積させました。[9]堆積環境は湿潤で湿度が高く、砂岩は色素性ヘマタイトの沈殿によって赤色になりました。その後の流体の流れによって、ジェイコブスビルには色素性ヘマタイトが漂白された部分に色の帯が形成されました。[31]

ジェイコブスビル層は、中原生代後期の大陸中部リフトの岩石の上に堆積しました。例えば、オタワ国立森林公園のスタージョン川沿いでは、ジェイコブスビル砂岩が、ジェイコブスビル砂岩が堆積する前に土壌が形成された約11億800万年前の大陸中部リフト玄武岩を不整合に覆っています。[32]ジェイコブスビル層は、カンブリア紀の ミュニシング層によって不整合に覆われています。これらの境界制約の間におけるジェイコブスビル砂岩の正確な年代は、長い間不明でした。ジェイコブスビル砂岩内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ノー断層帯内で褶曲していることも、年代に関する追加の制約となります。[33]キーウィノー断層の動きは、10億9000万年から9億8000万年前のグレンビリアン造山運動の後期と関連している。[1]その結果、ジェイコブスビル砂岩は、グレンビリアン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）に堆積したと推定される。

帯水層

この層は大部分が非圧帯水層[34]で、ジェイコブスビル帯水層[17]と呼ばれ、 4,363平方マイル（11,300 km 2 ）の面積を覆っています。[35]砂岩の帯水層であるにもかかわらず、透水性は低く[36]、水は主に約100～150フィート（30～46 m）の深さまで伸びる亀裂や裂け目を通って移動します。1985年には、1日あたり650万米ガロン（25,000 m 3）の淡水が人間の使用のために汲み上げられました。[17]ジェイコブスビル帯水層の多くの岩盤井戸では、ウランの濃度が上昇しています。[37]ウラン濃度の上昇は、特にキーウィノー半島でラドン濃度の上昇にも寄与しています。 [38]

抽出

大きな石の塊を持って採石場に立っている作業員たち。
1897年頃のポーテージ・エントリーにあるカーバー・ジェイコブス・レッドストーン社の採石場

砂岩の採掘は1860年代にアルジャー郡で初めて行われ、2つの会社が近くの製鉄産業用の高炉建設用の石材を提供しました。[39]砂岩の採石が大規模かつ商業的に始まったのは1870年頃です。[40]採石産業は1890年代初頭にピークを迎えました。[41]長年にわたり約32の採石場[42]が存在し、ジェイコブスビルとマルケットの近くに集中し、その他の採石場はスペリオル湖沿岸に点在していました。 [43]採石産業の終焉は場所によって異なりますが、1915年頃の第一次世界大戦の勃発とともに終わりました。[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・ジェイコブスであり[42]、ジェイコブスビル地域の最大の生産者は彼と関係がありました。[45]この町は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ました。[46]砂岩とジェイコブスビルの町は両方とも彼にちなんで名付けられました。[20]

採掘されたジェイコブスビル砂岩の主な2種類は、レッドストーンとブラウンストーンでした。[47]レッドストーンはジェイコブスビル地域から産出され、均一な種類と斑入りの種類の両方がありました。[48]ブラウンストーンの一種で、その濡れたような外観からレインドロップと呼ばれる紫褐色のものは、「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]ブラウンストーンとレインドロップはマルケットから供給されていましたが、供給量は限られていました。[48] 1900年代初頭まで、ジェイコブスビル砂岩は一般にスペリオル湖砂岩、ブラウンストーン、またはレッドストーンと呼ばれ、マルケットやポーテージ・エントリー（例：マルケット・ブラウンストーン）のように、採掘された場所が接頭辞として付けられていました。[9]

技術

ドックと灯台
砂岩が出荷されたポーテージ・エントリーの埠頭

砂岩は、規格石、トン石、砕石として採掘されましたが、規格石は最も市場性が高く、高価でした。規格石のブロックは通常、8フィート×4フィート×2フィート（2.44メートル×1.22メートル×0.61メートル）の大きさでした。[50]規格石を採掘する際に生じる副産物は砕石で、安価に売却されるか、完全に廃棄されました。[51]砂岩は4月から11月の間に採掘されました。[ 52]冬季は砂岩に悪影響を与える可能性があるためです。[53]

新しい採石場が開設されると、その下の砂岩にアクセスするために、最大50フィート（15メートル）の氷河漂砂と頁岩の表土が爆破され除去されました。採石場の切羽に砂岩の崖がない場合、採石できるように4フィート間隔で細長い溝が切られました。[52]溝の間からくさびを打ち込むか爆破することで、ブロックが移動できるスペースを作りました。[54]溝の鍵が取り除かれると、採石するブロックの下に水平に穴が掘られ、くさびで割りました。これらの大きなブロックは、大ハンマーでくさびを打ち込み、適切な大きさに砕かれました。適切な大きさになったブロックは、路面電車で埠頭まで運ばれるか、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、内陸部に分配されました。[48] [53]

衰退

ミシガン州の砂岩生産
年合計値[56]
189917万8038ドル
190013万2650ドル
1901174,428ドル
190218万8073ドル
190312万1350ドル
190474,868ドル
190512万3123ドル
190665,395ドル
190753,003ドル
190839,103ドル
190936,084ドル
191031,233ドル
191112,985ドル
191216,438ドル
191319,224ドル
1914–1916—

1893年にシカゴで開催された世界コロンビアン博覧会では、ホワイトシティが建設され、暗い色のジェイコブスビル砂岩よりも明るい色の大理石や石灰岩が好まれるという様式の変化を先導しました。[57]特にスペリオル湖地域では、ジェイコブスビル砂岩を犠牲にして、10年以内に建築の方向性が劇的に変化しました。[58] 1896年、ミシガン州の鉱物統計局長は次のように報告しました。

建築家たちは、設計図や仕様書の中で、建築も帽子や仕立て屋と同じように様式や素材の変化を持たなければならないという理由で、これに反対を唱えてきた。彼らは、砂岩が多すぎるため、異なる種類や色の石を使うことで、同じ様式が崩れてしまうと主張した。[53]

砂岩産業は衰退し始め、以前採掘された砂岩で需要を満たすことができたため、多くの採石場は操業を停止した。[59]数年間の需要低迷の後、世紀の変わり目頃に産業は回復した。[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ドルにまで落ち込んだ。[56] 1914年までに、州内で砂岩を生産していた企業は3社未満となり、そのため数字は記録されなかった。[56]

ミシガン地質生物調査所長によると、この衰退は1893年の世界恐慌と採石場から主要市場までの距離が遠かったことが一因だという。 [59]人造石、コンクリート、レンガが普及し安価になったため、あらゆる種類の石が市場から駆逐された。[59]さらに、レンガ製造業者は石材の使用に反対する運動に成功した。[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、最終的にはオハイオ産の石材に変更された。[62]ジェイコブスビル砂岩は強度と耐久性が劣っているとの非難があったためである。[61]

産業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]産業の衰退にもかかわらず、20世紀に入ってから数年経っても、一部の新築建築ではジェイコブスビル砂岩が使用されていた。例としては、バラガ学校（1903～1906年）、ノーザン州立師範学校（現ノーザンミシガン大学）のJ・H・ケイ・ホール（1913～1915年）、公共事業促進局がウルヴァリンに建設した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を迎え、約800人が住んでいました。[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人になりました。[65]

その他のリソースと将来

ジェイコブスビル砂岩は主に石材として利用されていましたが、他の産業への利用の可能性も秘めています。この層には鉄が豊富に含まれていますが、探査はほとんど行われていません。[66]アッパー半島では、ジェイコブスビル層を含むウラン資源の探査の歴史があります。[67] [68] 2003年から2010年にかけて、2社の共同事業により、ジェイコブスビル層におけるウラン探査に160万ドルが費やされました。[69]また、この砂岩を規格石材として採掘再開することにも関心が寄せられています。[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に指定されている。[71]

用途

砂岩の教会建築。
ホートンの聖イグナチオ・ロヨラ教会はジェイコブスビル砂岩で建てられました。
オンタリオ州スーセントマリーにあるセントアンドリュース連合教会。スー運河から採掘されたジェイコブスビル砂岩で建てられた。

材質

ジェイコブスビル砂岩は、その強度、耐久性、そして美観から建築材料として人気がありました。特に、火災時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への耐性に優れています。[72] 1875年11月20日付のマーケット鉱山ジャーナルは次のように報じています。

その耐火性はシカゴ大火で徹底的にテストされ、スペリオル湖畔のブラウンストーンの壁は、大理石の前面が崩れて地面に落ちた高熱の影響によってひび割れや剥がれ、傷が付くことなく、無傷のまま立っていました。[73]

砂岩は安価で大量に入手でき、五大湖による輸送によってさらにコストが削減されました。また、加工や彫刻も容易で、建物全体に使用できました。[40]最も求められたのは、白い傷がなく、色が均一な石でした。[52]「特に色石の表現に適している」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ました。 [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生み出し、スペリオル湖周辺地域の特性によく合っていました。[74]

建物と構造物

アッパー半島[75]やアメリカ全土、カナダのオンタリオ州にある多くの建物の建設にジェイコブスビル砂岩が取り入れられています。アッパー半島にあるこれらの建物には、カルメット劇場[76] 、聖イグナチオ・ロヨラ教会[77]、クインシー・ストリート歴史地区[78]のいくつかの建物が含まれます。他の場所では、砂岩はニューヨーク市のオリジナルのウォルドルフ・アストリア・ホテル[46]に使用されました。オンタリオ州スーセントマリーの多くの歴史的建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れに続く産業ブームにより、砂岩が豊富にあったためです。これらの砂岩は、セントメアリーズ急流が数千年にわたってこの鉱床の上を流れ、鉄分を浸出させて大理石のような質感を残しているため、より明るく見えます。 [79]

砕石は基礎、支柱、防波堤、桟橋などによく使われました。[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]として使われてきました。

参照

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ウィキメディア コモンズには、ジェイコブスビル砂岩に関連するメディアがあります。
  • オンタリオ州におけるジェイコブスビル砂岩の範囲を示す地図（[リンク切れ] 、オンタリオ州北部開発鉱山省より）
  • 採石場の画像は、2017年8月31日にwayback machineでcityofhoughton.comにアーカイブされています。
  • ポーテージ・ホートン採石場
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