Geologiska kartor kan vara den mest koncentrerade formen av kunskap som någonsin har lagts på papper, en kombination av sanning och skönhet.
Kartan i bilens handskfack har inte mycket utöver motorvägar, städer, strandlinjer och gränser. Och ändå om du tittar på det noggrant kan du se hur svårt det är att passa alla detaljerna på papper så att det är användbart. Föreställ dig nu att du också vill inkludera användbar information om geologin i samma område.
Vad är viktigt för geologer? För en sak, geologi handlar om landets form - där kullarna och dalarna ligger, mönstret av bäckar och sluttningar i sluttningar, och så vidare. För den typen av detaljer om landet, du vill ha en topografisk eller kontur karta, som de som publiceras av regeringen.
Illustrationen ovan från U.S. Geological Survey (USGS) visar hur ett landskap (överst) översätts till en konturkarta. Formerna på kullarna och dalarna visas på kartan med fina linjer som är konturer - linjer med samma höjd. Om du föreställer dig att havet stiger, visar dessa linjer var strandlinjen skulle vara efter varje 20 meters djup. (Naturligtvis kan de lika väl representera meter.)
På den här konturkartan från 1930 från det amerikanska handelsdepartementet kan du se vägar, bäckar, järnvägar, platsnamn och andra delar av valfri karta. Formen på San Bruno Mountain avbildas av 200 fot konturer och en tjockare kontur markerar nivån på 1000 fot. Topparna av kullarna är markerade med sina höjder. Med lite övning kan du få en bra mental bild av vad som händer i landskapet.
Lägg märke till att även om kartan är ett platt ark, kan du fortfarande räkna ut exakta siffror för sluttningar och lutningar från data som är kodade i bilden. Du kan mäta horisontellt avstånd direkt från papperet, och det vertikala avståndet är i konturerna. Det är enkel aritmetik, lämplig för datorer. USGS har tagit alla sina kartor och skapat en digital 3D-karta för de lägre 48 staterna som rekonstituerar landets form på det sättet. Kartan är skuggad genom en annan beräkning för att modellera hur solen skulle belysa den.
Topografiska kartor innehåller mycket mer än konturer. Detta exempel på en karta från 1947 från USGS använder symboler för att ange typ av vägar, betydande byggnader, kraftledningar och ytterligare detaljer. Den blå streckade streckade linjen representerar en intermittent ström, en som går torr under en del av året. Den röda skärmen indikerar mark som är täckt med hem. USGS använder hundratals olika symboler på dess topografiska kartor.
Konturer och topografi är bara den första delen av en geologisk karta. Kartan lägger också bergtyper, geologiska strukturer och mer på den tryckta sidan genom färger, mönster och symboler.
Här är ett litet urval av en riktig geologisk karta. Du kan se de grundläggande sakerna som diskuterats tidigare - strandlinjer, vägar, städer, byggnader och gränser - i grått. Konturerna är också där, i brunt, plus symbolerna för olika vattenfunktioner i blått. Allt detta finns på kartans bas. Den geologiska delen består av svarta linjer, symboler, etiketter och färgområden. Raderna och symbolerna kondenserar en hel del information som geologer har samlat in genom många års fältarbete.
Linjer på kartan beskriver olika stenenheter eller formationer. Geologer föredrar att säga att linjerna visar kontakterna mellan olika stenenheter. Kontakter visas med en fin linje om inte kontakten fastställs vara en fel, en diskontinuitet så skarp att det är tydligt att något har flyttat dit.
De korta raderna med siffror bredvid är strejk-och-dopp-symboler. Dessa ger oss den tredje dimensionen av berglagren - riktningen de sträcker sig in i marken. Geologer mäter bergens orientering var de kan hitta en lämplig klippning med kompass och transitering. I sedimentära stenar letar de efter sängplanen, som är lagren av sediment. I andra stenar kan tecken på sängkläder torkas ut, så att folieringsriktningen eller lagren av mineraler mäts istället.
I båda fallen registreras orienteringen som en strejk och ett dopp. Strejken av bergens sängkläder eller foliation är riktningen på en jämn linje över dess yta - den riktning du skulle gå utan att gå uppåt eller neråt. Thedip är hur brant sängen eller foliation lutar nedförsbacke. Om du ser på en gata som går rakt nedför en sluttning, är den målade mittlinjen på vägen doppriktningen och en målad övergångsstig är strejken. Dessa två siffror är allt du behöver för att karakterisera rockens orientering. På kartan representerar varje symbol vanligtvis genomsnittet för många mätningar.
Dessa symboler kan också visa linjetriktningen med en extra pil. Lineation kan vara en uppsättning veck, a slickenside, utsträckta mineralkorn, eller ett liknande drag. Om du föreställer dig ett slumpmässigt tidningsark som ligger på den gatan, är linearion tryckningen på den och pilen visar riktningen den läser. Siffran representerar steget eller doppvinkeln i den riktningen.
Bokstavssymbolerna anger bergsenheternas namn och ålder i ett område. Det första brevet hänvisar till den geologiska åldern, som visas ovan. De andra bokstäverna hänvisar till formationsnamnet eller bergstypen. De geologisk karta över Rhode Island är ett bra exempel på hur symbolerna används.
Några av ålderssymbolerna är ovanliga; till exempel börjar så många ålderstermer med P att speciella symboler behövs för att hålla dem tydliga. Detsamma gäller för C, och faktiskt den krita perioden symboliseras med bokstaven K, från det tyska ordet Kreidezeit. Det är därför meteorpåverkan som markerar slutet på krita och början av tertiären kallas vanligen "K-T-händelsen."
De andra bokstäverna i en formationssymbol hänvisar vanligtvis till bergarter. En enhet som består av kritatskiffer kan vara markerad "Ksh." En enhet med blandade bergtyper kan vara markerad med en förkortning av dess namn, så Rutabaga Bildandet kan vara "Kr." Den andra bokstaven kan också vara en åldersperiod, särskilt i Cenozoic, så att en enhet av Oligocene sandsten skulle märkas "Tos".
All information på den geologiska kartan - som strejk och dopp, trend och djup, relativ ålder och stenenhet - erhålls av hårt arbete och utbildade ögon hos geologer som arbetar i fältet. Men geologiska kartor verkliga skönhet - inte bara informationen de representerar - är i deras färger.
Du kan ha en geologisk karta utan att använda färger, bara linjer och bokstavssymboler i svart och vitt. Men det skulle inte vara användarvänligt, som en färg-efter-tal-ritning utan färgen. Vilka färger du ska använda för olika åldrar av stenar? Det finns två traditioner som uppstod i slutet av 1800-talet: den harmoniska amerikanska standarden och den mer godtyckliga internationella standarden. En kännedom om skillnaden mellan de två gör det uppenbart i en överblick där en geologisk karta gjordes.
Dessa standarder är bara början. De gäller endast de vanligaste klipporna, som är sedimentära bergarter av marint ursprung. Terrestriska sedimentära stenar använder samma palett men lägger till mönster. Stora bergarter kluster runt röda färger plutoniska stenar Använd ljusare nyanser plus slumpmässiga mönster av polygonala former. Båda mörknar med åldern. Metamorfiska stenar använder rika, sekundära färger såväl som orienterade, linjära mönster. All denna komplexitet gör geologisk kartdesign till en specialiserad konst.
Varje geologisk karta har sina skäl att avvika från standarderna. Kanske är stenar från vissa tidsperioder frånvarande så att andra enheter kan variera i färg utan att lägga till förvirring; kanske kolliderar färgerna dåligt; kanske kostnaderna för tryckkrafter kompromissar. Det är en annan anledning till att geologiska kartor är så intressanta: var och en är en anpassad lösning på en viss uppsättning behov. I alla fall är ett av dessa behov att kartan måste vara behaglig för ögat. Geologiska kartor, särskilt den typ som fortfarande är tryckt på papper, representerar en dialog mellan sanning och skönhet.