E Minnesota Geological Survey N N S O I T

M A

G Y E 1872 E Minnesota at a Glance O V L O R U G S Quaternary Glacial Geology I C A L

The Quaternary Period began about 2 million years ago. The leading edge of a glacier may not change position for It is divided into the Pleistocene Epoch (2 million to 10,000 long periods of time. Sediment continues to be transported to years ago) and the Holocene Epoch (10,000 years ago to this stationary margin and may pile up to form ridges of till present). Although 2 million years is a relatively short period called end moraines. End moraines thus formed along the outer of time geologically, sediments deposited during this time mask edge of an ice sheet mark the extent of ice advance. When the nearly all of Minnesota’s previous geologic history (as old as ice eventually melts, the debris in it is deposited as ground 3600 million years!). moraine. Ground moraine till forms low hills and swales. The Pleistocene, also called the Ice Age, is the time when Streamlined hills of ground moraine aligned parallel to ice flow the Laurentide Ice Sheet covered much of northern North are called drumlins. America (Fig. 1). Minnesota was at the edge of the ice sheet, Glaciers are not always completely frozen. Water from and thus was not always completely covered with ice. Instead, melting ice can flow on top of the ice, in channels within the Minnesota experienced several episodes of glaciation followed ice, and underneath the ice. When meltwater streams carve by ice-free periods. channels in the ice, they transport sand and gravel. When such a channel fills up with sediment, the resulting deposit is a long, snake-like hill called an esker. Meltwater streams that flow

y beyond the ice margin may deposit their loads of sand and gravel in outwash fans similar to river deltas. Deposits left by glaciers are the "footprints" that allow geologists to retrace the history of glacier movement. Till of a particular color and containing distinct rock types may indi- Keewatin Dome cate the direction from which the glacier advanced. In Minnesota, where the glacial history is complex, it is impor- tant to be able to determine where and when a glacier originated. Laurentide Labrador Ice Sheet Dome Minnesota’s Glacial History Large, lobate "tongues" of ice covered Minnesota perhaps as early as 1.2 million years ago. Evidence of the earliest ice advances, however, is buried under later deposits. Only in the southern corners of the state is any older till exposed and that may date back to 600,000-700,000 years ago. The extreme

Figure 1. Maximum extent of the Laurentide Ice Sheet in North America about 14,000 years ago.

Glacial Deposits Wadena A glacier is a large mass of ice that very slowly flows. As Lake Rainy lobe a glacier moves, it erodes the material underneath. Boulders, Superior rocks, sand and trees become mixed up into the ice. Like sand- Minnesota paper, they scrape the underlying rock surface leaving behind N. Dakota James lobe Superior lobe Des Moines lobe scratch marks called striations. The debris carried along in the G ice eventually gets deposited some distance away from where rantsburg, WI it was originally picked up. The unsorted mix of material de- posited directly by a glacier is called till. It consists of rocks, S. Dakota Driftless Area which range in size from boulders to pebbles, sand, and clay. Large boulders, transported a long distance from their source, are called erratics. Tracing these rocks back to where they Figure 2. Simplifed came from is one way to figure out the direction of glacier drawing of ice lobes Iowa movement. about 14,000 years ago. southeastern corner of the state is called the "driftless area" state several different times from several different directions (Fig. 2). Exposures of till are unknown or uncommon in this (Fig. 2). area and it is believed that this region remained ice-free during The Wadena lobe was active in the early to middle Wis- most of the Ice Age. consin Age. Deposits from this lobe are gray in color and The bulk of glacial sediment in Minnesota is attributed to contain Paleozoic limestone from the Winnepeg lowland in one time interval, the Wisconsin Age, which began about 75,000 southern Manitoba. The Alexandria moraine and the Wadena years ago. During this time, the Laurentide Ice Sheet covered drumlin field ( Fig. 3) in west-central Minnesota may mark the much of North America (Fig. 1). The ice radiated outward passing of this glacier. The Rainy lobe, which was active at from two high points, or domes, in the ice sheet. Changes in about the same time, deposited a brown, sandy till which con- climate and precipitation caused these domes to shift periodi- tains basalt, gabbro and other rocks indicating a northeast cally, which changed the direction of ice flow to the margins. source. A complex moraine system—the Itasca moraine and Thus, throughout the Ice Age, ice lobes advanced across the the St. Croix moraine (Fig. 3)—marks the advance of the Rainy,

yyy

yyy A. QUATERNARY GEOLOGY

yyyyyyyyyyyyyyyyy

yyyyyyyy yyyyyyyyyyyyyyyyy OF MINNESOTA

yyyyyyyyyyyyyyyyy

yyyyyyyy

yyyyyyyyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

yyyyyyyy yy yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyyyyyy yyy yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yy

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyyyyyy yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyy y

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyyy

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy y y

yyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyyyyyyyyyyyyyy yyyyyyyy yyy yyyyy yyy

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyyyyyy yyyyyyyy

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy 

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyyyyyy yyyyyyyy

yyyyyy

yyyyyy yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyy 

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy  yyyyyyyy yyyyy

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy 

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy  

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yy

yyy yyy

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyyyyyyyyyyyyyy 

yyyyyy

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyyy  yyyyyyyy yy

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyyyyyyyyyyyyyyy 

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyyyyyyyyyyyyyy  yyyyyyyy

yyyyyyyyyyyyyyyy yy yyyy yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy  

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyyyyyyyyyyyyyy

 yyyyyyyy

yyyyyyy yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy



yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy



yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyyyyyyyyyy yyy  

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy



yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyyyyy

 yyyyy

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyyyyy



yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyyyyy yyyyyyyyy  yyyyyyyyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyyyyyyyy yyyyyyyyyyyyy 060mi

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyyyyyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyyyyyyy

yyy

yyyyyyyy yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyyyyyyy 080km

yyyyyyy

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyy yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

y yyyyyyyy yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

yyy

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyyyy

y

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

 

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy y

 

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

 yy yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

 yyyyyyyyy yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyyyyyyyyy

  yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yy

  yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyy

  yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

yyyyyyyyy

yy yyyyyy yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy y yyyyyy

  yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

  yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

y yyyyyy

yyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy 

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy yyyy

y yyyy yy

yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy 

yyyyyyyy

yy yyy Wadena, and Superior lobes together during the late Wiscon- is gray to brown and is distinctive because it contains Creta- sin Age. In addition, two separate drumlin fields, the Toimi ceous shale imported from North Dakota and Canada. The drumlins in central Minnesota and the Pierz drumlins ( Fig. 3) Bemis moraine marks the farthest extent of the Des Moines south of Brainerd, record the combined movement of these lobe and can be traced from northeastern South Dakota, through ice lobes. Till from the Superior lobe is distinctly red in color southwestern Minnesota and down into northern Iowa (Figs. 2 and contains rocks derived from the Superior basin—red sand- and 3). In eastern Minnesota, the moraine is a less-distinct stone, shale, and agates. The Mille Lacs-Wright-Cromwell- ridge of material. Within the Bemis moraine is a series of “re- Highland moraine complex, combined here with till of the cessional” moraines deposited during the retreat of the ice. Nickerson, and Cloquet moraines (Fig. 3), marks a later By 11,000 years ago, the glaciers had retreated north into readvance of Superior lobe ice into east-central Minnesota. The Canada, and Minnesota was essentially ice-free. At different Automba drumlins also mark this readvance (not shown on times, water from the melting ice flooded the landscape and Figure 3). The most recent glacier to cross the state was the formed large glacial lakes (Fig. 4). Glacial Lake Granstburg Des Moines lobe. About 14,000 years ago, this ice extended was dammed north of the the Twin Cities by the Grantsburg through the Red River lowland in northwestern Minnesota south sublobe. Farther to the north, Glacial Lakes Upham and to Des Moines, Iowa. Two offshoots of the Des Moine lobe Aitkin were formed in front of the St. Louis sublobe. Glacial (not shown in Figure 2) spilled over into other parts of the Lake Duluth partly filled the Lake Superior basin in front state: the St. Louis sublobe across northern Minnesota— of the Superior lobe. The largest lake, Glacial Lake Agassiz, marked by the Culver moraine—and the Grantsburg sublobe formed in the Red River lowland in northwestern Minnesota. through east-central Minnesota (including the Twin Cities At its maximum, Lake Agassiz covered over 300,000 square area)—marked by the Pine City moraine. Des Moines lobe till kilometers across northern Minnesota, Manitoba and Ontario.

DESCRIPTION OF MAP UNITS B. Manitoba Peat.

Alluvium, colluvium, and terraces. Ontario

Outwash (undifferentiated). River Red

Deposits Associated with the Des Moines Lobe. Till of the Erskine, Big Stone, Culver, Sugar lex comp

e Hills, Altamont, and Pine City moraines Itasca mo Toimi n lowland i  rain rior basin e drumlins ra  Till of the Bemis moraine. o m Supe  s

Glacial lake sediments. Lake lleLac Wadena Deposits Associated with the Superior Lobe. Mi A drumlins Till of the Nickerson, Cloquet, and le  Mille Lacs-Highland moraines xa

 S

n t

d .

Till of the St. Croix moraine. ri Croix a Pierz drumlins

Deposits Associated with the Rainy Lobe. m ora m Till of the Vermilion and ine Nashwauk moraines. o ra

in Till of the St. Croix moraine. e

Deposits Associated with the Wadena Lobe.

yyTill of the Itasca moraine.

Till of the Alexandria moraine.

Older Deposits. yy Bemis moraine

Old till.

yyWeathered bedrock.

Figure 3. A. Simplified Quaternary geology of Minnesota. B. Map showing major end moraines (dashed where inferred) and schematic location and orientation of drumlins (modified from Lusardi, 1996). In other words, the surface area of Glacial Lake Agassiz was

yyyyyyy greater than the surface area of all the Great Lakes combined! Water drained southward from this lake in Glacial River War- yyyyyyyLake Agassiz yyyyyy ren. This raging river created the large valley in which the

yyyyyyyyyyyyy Minnesota River now flows. Eventually, these large lakes drained and the landscape Lake Upham yyyyyyyyyyyyyyyy was left much as we see it today. The glaciers are gone—for the time being—but the gently rolling hills of ground moraine;

yyyyyyyyyyyyyyyyLake Duluth Lake Aitkin the deep river valleys; and even Minnesota's "10,000 lakes" are a testament to their passing.

yyyyyyyyyyyyyyyy Lake Suggested Readings

yyyyyyyyyy Grantsburg Bray, E.C., 1977, Billions of years in Minnesota—geological story of the state: St. Paul, Sexton Printing, Inc., 102 p. Lakeyy yyy Lusardi, B.A., compiler, 1996, Quaternary geology of Benson

yy Minnesota: Minnesota Geological Survey postcard. Ojakangas, R.W., and Matsch, C.L., 1982, Minnesota's

yy geology: Minneapolis, University of Minnesota Press, Lake Minnesota 255 p. yy Wright, H.E., 1990, Geologic history of Minnesota rivers. Figure 4. Major glacial lakes during Wisconsin Age (not Minnesota Geological Survey Educational Series 7, 20 p. necessarily contemporaneous).

Minnesota at a Glance is produced by the Minnesota Geological Survey University of Minnesota 2642 University Avenue St. Paul, MN 55114 B.A. Lusardi, 1994; revised March 1997

© 1997 by the Regents of the University of Minnesota. The University of Minnesota is an equal opportunity educator and employer. This document may be freely copied.