北側の青森県との県境にはブナの原生林が広がり、世界自然遺産に登録されている白神山地。東側の岩手県との県境には県内最高峰の秋田駒ヶ岳（こまがたけ）（標高1637m）を含む奥羽山脈（おううさんみゃく）が南北に伸びます。

この西側には青森県西部から山形県南部まで続く出羽山地（でわさんち）があります。また、南側の山形県と秋田県との県境には鳥海山（ちょうかいさん）や丁岳山地（ひのとだけさんち）、神室山地（かむろさんち）が連なります。

三方を山々に囲まれているため、平地の多くは北部を流れる米代川（よねしろがわ）や南東部を流れる雄物川（おものがわ）の流域、子吉川（こよしがわ）下流に見られます。

米代川流域には花輪盆地、大館盆地（おおだてぼんち）、鷹巣盆地（たかのすぼんち）、能代平野（のしろへいや）が上流から階段状に配列し、それぞれの盆地は山地によって隔てられています。

また流域に十和田火山を起源とする火砕流堆積物が広く見られ、米代川沿いには沖積層（ちゅうせきそう）が分布しています。雄物川流域には横手盆地、仙北平野（せんぼくへいや）、秋田平野、子吉川下流には本荘平野があります。

能代平野
米代川の下流に、東西最大約15㎞、南北約40㎞に広がる能代平野。面積は約1000㎢あり、海岸には能代砂丘があり、その内側には米代川が潟湖を埋めた沖積平野と隆起三角州があります。

森吉山（もりよしざん）
北秋田市に位置する森吉山は、標高が1454m、裾野にはブナ林、標高1000m以上の場所にはオオシラビソが生え、多くの高山植物が見られることから「花の百名山」のひとつに選ばれています。降水量が多く、多雪地帯として知られ、１月上旬から３月上旬になると樹氷平に巨大な樹氷群が現れます。

森吉山

宮沢林道の大褶曲露頭（しゅうきょくろとう）
由利本荘市石沢地区にある宮沢林道の大褶曲露頭は、約1200万年前に堆積した女川層（おんながわそう）が現れた場所です。幅約20m、高さ約50mにわたってジグザグに曲がった地層が見られます。これはプレートの動きによって東西方向に強い力を受けて押し曲げられたためです。日本地質学会の「日本の地質構造100選」に選ばれています。

奈曽（なそ）渓谷
鳥海山の6合目付近から北側に伸びる奈曽渓谷は、長い年月をかけて奈曽川が削ってできた深さ約300〜500m、幅約500〜1000mのV字形の渓谷です。渓谷斜面の角度は50度を超えるといわれています。渓谷の下部は約45万〜40万年前に噴火した溶岩で、渓谷の上部は約10万年前の溶岩からなります。

川原毛（かわらげ）地獄
秋田県湯沢市高松川原毛にある川原毛地獄は、火山ガスが噴出するため草木が生えず、地獄のような荒涼とした景色が広がっていることからその名がつきました。標高800mにある火山性の地熱帯で、至るところから強烈な臭気とともに火山ガスが噴出しています。1966（昭和41）年までの344年間、ここで硫黄の採掘が行われていました。

1896（明治29）年、秋田県と岩手県の県境で、マグニチュード7.2の大地震「陸羽（りくう）地震」が発生しました。

この地震を引き起こした横手盆地東縁断層帯のひとつ「千屋断層」は、仙北市田沢湖町の生保内（おぼない）地域から美郷町六郷東根まで約40㎞にわたって断続的につながり、山側が平野側に対してゆるい角度でのし上がった逆断層で、垂直の落差は美郷町一丈木（いちじょうぎ）で最大3.5mにも達します。1995（平成7）年に国の天然記念物に指定されました。

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