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Das Kernland Kaliforniens ist das Central Valley, das sich über 725 km erstreckt Das Zentrum des Staates bildet einen Trog zwischen den Coast Ranges im Westen und der Sierra Nevada im Osten. Das Tal ist das landwirtschaftliche Zentrum des Staates. Seine einzige Öffnung ist das Delta, durch das die Flüsse Sacramento und San Joaquin in die Bucht von San Francisco münden. Das Tal ist durch die Cascade Range im Nordosten und durch die Klamath Mountains im Nordwesten abgeschlossen. Im hohen Norden ist das Gelände rau und stark bewaldet, an der Küste feuchter und im höheren Nordosten trockener und karger. Im Süden wird das Central Valley durch die Querbereiche, insbesondere die Tehachapi-Berge, abgeschlossen, die als Trennwand zwischen Süd- und Zentralkalifornien gelten.

Der größte Teil Ostkaliforniens ist Wüste. Die dünn besiedelte nordöstliche Ecke des Staates ist ein Durcheinander von kargen Ebenen und Bergen sowie ein Vulkanplateau. In der Region Ost-Zentral befindet sich die Trans-Sierra-Wüste, die sich entlang der östlichen Steilküste der Sierra Nevada erstreckt und einen Teil des riesigen zwischenstaatlichen Great Basin des Beckens und der Range Province umfasst. Die Trans-Sierra-Wüste liegt zwischen 600 und 2.300 Metern über dem Meeresspiegel. Die größten Städte befinden sich im Owens Valley, einem fruchtbaren Ackerland, bis der Grundwasserfluss durch eine riesige Reihe von Leitungen, die 1908–13 gebaut wurden, nach Los Angeles geleitet wurde.

Die Sierra Nevada erhebt sich im Westen der Trans-Sierra Wüste. Der Osthang der Sierra Nevada ist steil und fällt auf einer Strecke von 16 km in der Nähe des Owens Lake um 3.000 Meter ab. Im Westen fällt das Gebirge in allmählich abfallenden Ausläufern in Richtung des Zentraltals ab, das die Flusstäler San Joaquin und Sacramento umfasst. Von der Mauer, die sich in der Nähe des Lassen Peak im Norden erhebt, erstreckt sich die Sierra Nevada über 700 km nach Süden bis an den Rand von Los Angeles. Abgesehen vom Mount Whitney (14.494 Fuß über dem Meeresspiegel) übersteigen 10 weitere Gipfel in der Sierra Nevada die Höhe von 4.200 Metern. Ost-West-Pässe sind wenige, aber hoch; Einige befinden sich in einer Höhe von mehr als 2.700 Metern. In der Sierra Nevada gibt es drei Nationalparks: Kings Canyon, Sequoia und Yosemite. Die letzte, die 1978 zum UNESCO-Weltkulturerbe erklärt wurde, erhebt sich aus den purpurnen Ausläufern des Mother Lode Country und erstreckt sich durch die eisgeschnitzten Täler der Flüsse Merced und Tuolumne. In den Tälern gibt es Wasserfälle und Granitkuppeln.

In Im Südosten liegt die Mojave-Wüste, die mit mehr als 65.000 Quadratkilometern ein Sechstel der Landfläche Kaliforniens einnimmt. Seine Wahrzeichen sind breite Becken und erodierte Berge, Verwerfungsblöcke und Schwemmflächen, von denen die meisten mehr als 600 Meter über dem Meeresspiegel liegen. Die Vegetation umfasst den immergrünen Kreosotbusch, Yucca, Saltbush, Burroweed, Encelia, Pappel und Mesquite. Weiter oben befinden sich Wacholder und Pinien.

Just südlich der Mojave-Wüste liegt die untere Colorado-Wüste, eine Erweiterung der Sonora-Wüste, die im Coachella-Tal beginnt. Die Colorado-Wüste steigt in das Imperial Valley ab, das an die mexikanische Grenze angrenzt. Das Tal ist ein stark bewässertes landwirtschaftliches Gebiet, das für seine Winterkulturen bekannt ist. Mehr als 10.500 Quadratkilometer der Wüste liegen unter dem Meeresspiegel, einschließlich des 800 Quadratkilometer großen Salton-Meeres, eines Sees ohne Auslass, der 1905–07 in der Nähe angelegt wurde Der Colorado River brach aus seinem Kanal aus.

Die ungefähr 1.800 km lange Küste Kaliforniens ist bergig, am dramatischsten in der Santa Lucia Range südlich von San Francisco, wo sich hoch aufragende Klippen etwa 240 Meter über dem Ozean erheben. Hügel mit geringerer Höhe flankieren die Eingänge zu den drei großen natürlichen Häfen der Küste in San Diego, San Francisco und Eureka. Küstenberge, die aus vielen undeutlichen Ketten bestehen, sind etwa 30 bis 65 km breit und 600 bis 2.400 Meter hoch.

Die dichte Siedlung Südkaliforniens liegt entlang eines Küstenplateaus und in Tälern im Landesinneren von 16 bis 100 km. Entlang der Küste nördlich des Tehachapi-Gebirges wird die Bevölkerung spärlicher, obwohl die zentrale Küstenregion seit den 1990er Jahren schnell gewachsen ist. Die bevölkerungsreiche Küstenregion um die Bucht von San Francisco weicht der weniger entwickelten Nordküste, wo schwerfällige und Fischerdörfer neben Bächen und Flüssen liegen, die aus den Küstengebieten fließen. Dies ist das Gebiet der Redwood-Küstenwälder und des Redwood-Nationalparks, der 1980 zum UNESCO-Weltkulturerbe erklärt wurde.

Die 1.300 km lange San-Andreas-Verwerfung ist eine Hauptverwerfungslinie, die durch den größten Teil Kaliforniens verläuft. Die tektonische Bewegung entlang der Verwerfung hat massive Erdbeben verursacht, einschließlich des Erdbebens in San Francisco von 1906. Die Hayward-Verwerfung in der San Francisco Bay Area und die Verwerfungszone in San Gabriel in der Metropole Los Angeles haben mehrere schwere Erdbeben verursacht, obwohl sich das zerstörerische Beben auf die Verwerfung konzentrierte Der Vorort Northridge in Los Angeles trat 1994 an einem der größeren sekundären Fehler des San Andreas auf. Separate Fehlersysteme in der Sierra Nevada und im Klamath-Gebirge sind ebenfalls tektonisch aktiv.