Геология района Большого Каньона включает одну из самых полных и изученных последовательностей горных пород на Земле. Почти 40 основных слоев осадочных пород , обнаженных в Большом Каньоне и в районе Национального парка Большого Каньона, имеют возраст от около 200 миллионов до почти 2 миллиардов лет. Большинство из них отложились в теплых, мелких морях и вблизи древних, давно исчезнувших морских берегов на западе Северной Америки . Представлены как морские, так и наземные отложения , включая литифицированные песчаные дюны из исчезнувшей пустыни. В геологической летописи Большого Каньона обнаружено не менее 14 известных несогласий .
Подъем региона начался около 75 миллионов лет назад во время орогенеза Ларамид , горообразования, которое в значительной степени ответственно за создание Скалистых гор на востоке. В общей сложности плато Колорадо было поднято примерно на 2 мили (3,2 км). Соседняя провинция Бассейна и Хребта на западе начала формироваться около 18 миллионов лет назад в результате растяжения земной коры . Дренажная система, которая протекала через то, что сегодня является восточной частью Большого каньона, впадала в теперь более низкую провинцию Бассейна и Хребта. Открытие Калифорнийского залива около 6 миллионов лет назад позволило большой реке проложить свой путь на северо-восток от залива. Новая река захватила старый дренаж, образовав предковую реку Колорадо , которая, в свою очередь, начала формировать Большой каньон.
Более влажный климат, вызванный ледниковыми периодами , начавшимися 2 миллиона лет назад, значительно увеличил выемку Гранд-Каньона, который был почти таким же глубоким, как сейчас, 1,2 миллиона лет назад. Вулканическая активность отложила лаву на этой территории 1,8 миллиона - 500 000 лет назад. По крайней мере 13 лавовых плотин перекрыли реку Колорадо, образовав озера глубиной до 2000 футов (610 м). Конец последнего ледникового периода и последующая деятельность человека значительно снизили способность реки Колорадо выемки каньона. Плотины, в частности, нарушили закономерности переноса и осаждения осадка . Контролируемые наводнения от плотины Глен-Каньон выше по течению были проведены, чтобы увидеть, имеют ли они восстановительный эффект. Землетрясения и массовые эрозионные явления по-прежнему влияют на регион.
Около 2,5 и 1,8 миллиарда лет назад в докембрийское время песок , грязь , ил и пепел отложились в морском бассейне, прилегающем к орогенному поясу . [2] От 1,8 до 1,6 миллиарда лет назад по крайней мере две островные дуги столкнулись с прото-североамериканским континентом . [3] Этот процесс тектоники плит сжал и привил морские осадки в бассейне к материку и поднял их из моря. Позже эти породы были погребены на 12 миль (19 км) под поверхностью и под давлением превратились в метаморфическую породу . [4] Образовавшаяся метаморфическая свита Гранитного ущелья , которая является частью пород фундамента Вишну , состоит из метаосадочного сланца Вишну и метавулканических сланцев Брахма и Рама, которые были образованы 1,75-1,73 миллиарда лет назад. [5] Это прочная порода, которая сейчас обнажается на дне каньона во Внутреннем ущелье.
Когда вулканические острова столкнулись с материком около 1,7 миллиарда лет назад, капли магмы поднялись из зоны субдукции и внедрились в метаморфическую свиту Гранитного ущелья. [6] Эти плутоны медленно остыли, образовав гранит Зороастра; часть которого позже будет метаморфизована в гнейс . Этот каменный блок можно увидеть в виде светлых полос в более темном сланце Вишну с гранатовыми включениями (см. 1b на рисунке 1 ). Внедрение гранита происходило в три фазы: две в начальный период метаморфизма Вишну и третья около 1,4 миллиарда лет назад. [7] Третья фаза сопровождалась крупномасштабным разломообразованием , особенно вдоль разломов север-юг, что привело к частичному рифтообразованию континента. [4] Столкновение расширило континент от границы Вайоминга и Колорадо до Мексики и почти удвоило толщину коры в районе Большого каньона. [6] Часть этого уплотнения создала древние горы Мазатцаль высотой 5-6 миль (8-10 км) . [8]
Последующая эрозия, длившаяся 300 миллионов лет, стерла большую часть открытых осадков и гор. [9] Это уменьшило очень высокие горы до небольших холмов высотой от нескольких десятков до сотен футов (десятков метров). [3] Геолог Джон Уэсли Пауэлл назвал этот крупный пробел в геологической летописи, который также наблюдается в других частях мира, Великим несогласием . [9] Другие осадки могли быть добавлены, но, если они когда-либо существовали, были полностью удалены эрозией. Такие пробелы в геологической летописи геологи называют несогласиями . Великое несогласие является одним из лучших примеров открытого несогласия , которое является типом несогласия, при котором слои горных пород залегают над магматическими или метаморфическими породами . [10]
В конце докембрия, расширение большой тектонической плиты или более мелких плит, отодвигающихся от Лаврентии, истончило ее континентальную кору , образовав большие рифтовые бассейны , которые в конечном итоге не смогли разделить континент. [6] В конце концов, этот затонувший регион Лаврентии был затоплен мелким морским проливом, который простирался по крайней мере от современного озера Верхнее до Национального парка Глейшер в Монтане, до Большого каньона и гор Юинта . [3] Получившаяся в результате супергруппа осадочных единиц Большого каньона состоит из девяти различных геологических формаций , которые были заложены от 1,2 миллиарда до 740 миллионов лет назад в этом море. [11] Хорошие обнажения супергруппы можно увидеть в восточной части Большого каньона во Внутреннем ущелье и с мыса Дезерт-Вью, мыса Липан и мыса Моран. [12] [примечание 1]
Самая старая часть супергруппы — группа Ункар . Она накапливалась в различных речных, дельтовых, приливных, прибрежных морских и морских условиях. Первой формацией, отложенной в группе Ункар, была формация Басс . Флювиальные гравии изначально накапливались в мелководных речных долинах. Позже они литифицировались в базальный конгломерат , известный как член Хотаута формации Басс. [13] Формация Басс отложилась в мелководном море недалеко от побережья в виде смеси известняка , песчаника и сланца . Диагенез позже изменил большую часть известняка в доломит . Его толщина составляет от 120 до 340 футов (от 37 до 100 м), а цвет — сероватый. [ 10] Возраст этого слоя в среднем составляет 1250 миллионов лет, это самый старый слой, обнаруженный в Большом Каньоне, содержащий ископаемые остатки — строматолиты . [12] Сланец Хакатай состоит из тонких пластов аргиллитов , песчаников и сланцев, образовавшихся на окраинах моря, которые вместе имеют толщину от 445 до 985 футов (от 136 до 300 м). [14] Эта формация указывает на кратковременную регрессию (отступление) морского берега в районе, который оставил илистые отмели. [10] Сегодня он очень яркий оранжево-красный и дал Красному каньону свое название. Кварцит Шинумо — это устойчивый морской осадочный кварцит , который был размыт, образовав монадноки , которые позже стали островами в кембрийское время. Эти острова выдерживали воздействие волн достаточно долго, чтобы быть повторно погребенными другими осадками в кембрийский период. [10] Формация Докс имеет толщину более 3000 футов (910 м) и состоит из песчаника с некоторыми переслаивающимися слоями сланца и аргиллита, которые отложились в речных и приливных условиях. [15] Следы ряби и другие особенности указывают на то, что он находился близко к берегу. Выступы этой красно-оранжевой формации можно увидеть в восточной части каньона. В этом слое обнаружены окаменелости строматолитов и водорослей. Базальт Карденас , возраст которого составляет 1070 ± 70 миллионов лет, является самой молодой формацией в группе Ункар. [16] [17] Он состоит из слоев темно-коричневых базальтовых пород, которые текли как лава толщиной до 1000 футов (300 м). [10]
Формация Nankoweap имеет возраст около 1050 миллионов лет и не является частью группы. [18] Эта скальная единица состоит из крупнозернистого песчаника и была отложена в мелком море поверх эродированной поверхности базальта Карденас. [10] Nankoweap обнажается только в восточной части каньона. Разрыв в геологической летописи, несогласие, следует за Nankoweap.
Все формации в группе Чуар были отложены в прибрежных и мелководных морских условиях около 1000–700 миллионов лет назад. [19] Формация Галерос представляет собой в основном зеленоватую формацию, состоящую из переслаивающихся песчаников, известняков и сланцев. В Галеросе обнаружены окаменелые строматолиты. [20] Формация Квагунт состоит из черного сланца и красного или фиолетового аргиллита с некоторым количеством известняка. [21] Изолированные карманы красноватого песчаника также обнаружены вокруг Карбон-Бьютт. В этом слое обнаружены строматолиты.
Около 800 миллионов лет назад супергруппа была наклонена на 15° и блокирована в ходе орогенеза Большого каньона. [22] [23] Некоторые из блоков сместились вниз, а другие поднялись, в то время как движение разлома создало горные хребты с разломами и блоками, простирающимися с севера на юг . [10] Около 100 миллионов лет эрозии смыло большую часть группы Чуар вместе с частью группы Ункар (обнажив кварцит Шинумо, как ранее объяснялось). Горные хребты были уменьшены до холмов, а в некоторых местах все 12 000 футов (3700 м) супергруппы были полностью удалены, обнажив нижележащие породы фундамента . [6] Все породы, которые отложились на вершине супергруппы Большого каньона в докембрии, были полностью удалены. Это создало крупное несогласие, которое представляет собой 460 миллионов лет утраченной геологической истории в этом районе. [24]
В палеозойскую эру западная часть того, что впоследствии стало Северной Америкой, находилась вблизи экватора и на пассивной окраине . [16] Кембрийский взрыв жизни произошел в этой части мира примерно за 15 миллионов лет. [25] Климат был теплым, и беспозвоночные, такие как трилобиты , были в изобилии. [26] Океан начал возвращаться в район Большого каньона с запада около 550 миллионов лет назад. [27] По мере того, как его береговая линия смещалась на восток, профили рек поднимались, и речные отложения накапливались в тектонических бассейнах и прибрежных равнинах, сначала как формация Sixtymile , песчаник рыжевато-коричневого цвета с несколькими небольшими слоями сланца. Позднее повышение уровня моря привело к локальному накоплению осадков в палеодолинах в качестве основания песчаника Tapeat. По мере повышения уровня моря океан затопил прибрежную равнину, что привело к одновременному отложению песчаника Tapeats , сланца Bright Angel , известняка Muav и доломита Frenchman Mountain . Наконец, доломит Frenchman Mountain накопился под мелководными морями. [27] [28]
Средний возраст песчаника Tapeats составляет 525 миллионов лет, и он состоит из средне- и крупнозернистого песка и конгломерата, которые отложились на древнем берегу (см. 3a на рисунке 1 ). [11] В верхних слоях этого темно-коричневого тонкослоистого слоя часто встречаются следы ряби. В Tapeats также были найдены окаменелости и следы отпечатков трилобитов и брахиопод . Сегодня это скалообразующее образование толщиной от 100 до 325 футов (от 30 до 100 м). [29] Сланец Bright Angel имеет средний возраст 515 миллионов лет и состоит из сланца, полученного из аргиллита, который переслаивается с небольшими участками песчаника и сланцевого известняка с несколькими тонкими слоями доломита . [11] Он в основном отложился в виде ила недалеко от берега и содержит окаменелости брахиопод, трилобитов и червей (см. 3b на рисунке 1). Цвет этой формации в основном различных оттенков зеленого с некоторыми коричневато-коричневыми или серыми частями. Это склонообразующее образование толщиной от 270 до 450 футов (от 82 до 137 м). [30] Глауконит отвечает за зеленый цвет Bright Angel. [31] Известняк Муав имеет средний возраст 505 миллионов лет и состоит из серого тонкослоистого известняка, который отложился дальше от берега из осадков карбоната кальция (см. 3c на рисунке 1). [11] Западная часть каньона имеет гораздо более толстую последовательность Муав, чем восточная часть. [32] Муав является скалообразующим образованием толщиной от 136 до 827 футов (от 41 до 252 м). [33]
Эти три формации были сформированы в течение 30 миллионов лет с раннего до среднего кембрийского периода. [34] Трилобиты, за которыми следуют брахиоподы, являются наиболее часто встречающимися окаменелостями в этой группе, но хорошо сохранившиеся окаменелости встречаются относительно редко. [33] Мы знаем, что береговая линия трансгрессировала (наступала на сушу), поскольку более мелкий материал откладывался поверх более грубозернистых осадков. [34] Сегодня группа Тонто образует платформу Тонто, видимую выше и ниже реки Колорадо; песчаник Тапитс и известняк Муав образуют скалы платформы, а сланец Брайт-Энджел образует ее склоны. [34] В отличие от протерозойских единиц, расположенных ниже, слои группы Тонто в основном лежат в своем первоначальном горизонтальном положении. Сланец Брайт-Энджел в этой группе образует водоупор (барьер для просачивания грунтовых вод ) и, таким образом, собирает и направляет воду через залегающий выше известняк Муав, питая источники во Внутреннем ущелье.
Следующие два периода геологической истории , ордовикский и силурийский , отсутствуют в последовательности Большого каньона. [26] Геологи не знают, откладывались ли осадки в эти периоды и были позже удалены эрозией или они вообще никогда не откладывались. [34] В любом случае, этот перерыв в геологической истории области охватывает около 65 миллионов лет. Образовался тип несогласия, называемый несогласием . [35] Несогласия показывают эрозионные особенности, такие как долины, холмы и скалы, которые позже покрываются более молодыми осадками.
Геологи знают, что в это время на вершине известняка Муав были вырезаны глубокие каналы. [34] [35] Вероятная причина — ручьи, но может быть виноват и морской размыв. В любом случае, эти углубления были заполнены пресноводным известняком около 385 миллионов лет назад в среднем девоне в формации, которую геологи называют формацией Темпл-Бьютт (см. 4а на рисунке 1). [11] Мраморный каньон в восточной части парка хорошо демонстрирует эти заполненные каналы пурпурного цвета. [34] Формация Темпл-Бьютт — это скалообразующее образование в западной части парка, где доломит имеет серый или кремовый цвет. В этой формации обнаружены окаменелости животных с позвоночником ; костные пластины пресноводных рыб в восточной части и многочисленные окаменелости морских рыб в западной части. Формация Темпл-Бьютт имеет толщину от 100 до 450 футов (от 30 до 137 м); тоньше около Гранд-Каньон-Виллидж и толще в западной части Гранд-Каньона. [36] Несогласие, представляющее 40-50 миллионов лет утраченной геологической истории, отмечает вершину этой формации. [37]
Следующей формацией в геологической колонне Большого каньона является скалообразующий известняк Редволл , толщина которого составляет от 400 до 800 футов (от 120 до 240 м) (см. 4b на рисунке 1). [38] Редволл состоит из толстослоистого темно-коричневого до голубовато-серого известняка и доломита с примесью белых кремнистых конкреций. [34] Он был отложен в отступающем мелководном тропическом море около экватора в течение 40 миллионов лет раннего-среднего миссисипского периода . [39] В Редволле было обнаружено множество окаменелых криноидей , брахиопод , мшанок , роговых кораллов , наутилоидей и губок , а также других морских организмов, таких как крупные и сложные трилобиты. [34] В позднем миссисипском периоде регион Большого каньона медленно поднимался, и Редволл был частично размыт. Образовалась карстовая топография, состоящая из пещер, карстовых воронок и подземных речных каналов, которые позже были заполнены большим количеством известняка. [9] Открытая поверхность Рэдволла приобрела свой характерный цвет из-за дождевой воды, капающей с богатых железом красноватых отложений сланцев Супай и Хермит, которые залегают выше. [34]
Формация каньона Сюрприз представляет собой осадочный слой пурпурно-красного сланца, который был отложен в прерывистых слоях песка и извести над Редволлом (см. 4c на рисунке 1). Он был создан в очень позднее миссисипское и, возможно, в самое раннее пенсильванское время, когда земля опускалась, а приливные эстуарии заполняли речные долины осадками. [34] Эта формация существует только в изолированных линзах толщиной от 50 до 400 футов (от 15 до 122 м). [40] Каньон Сюрприз был неизвестен науке до 1973 года, и добраться до него можно только на вертолете . [39] В этой формации обнаружены ископаемые бревна, другой растительный материал и морские раковины. [34] Несогласие отмечает верхнюю часть формации каньона Сюрприз, и в большинстве мест это несогласие полностью удалило каньон Сюрприз и обнажило лежащий под ним Редволл.
Несогласие в 15–20 миллионов лет отделяет группу Супай от ранее отложенной формации Редволл. [39] Группа Супай отложилась в конце миссисипского, через пенсильванский и в раннепермское время, около 320–270 миллионов лет назад. [41] Как морские, так и неморские отложения грязи, ила, песка и известковых осадков отложились на широкой прибрежной равнине, похожей на современное побережье Мексиканского залива в Техасе. [41] Примерно в это же время в Колорадо и Нью-Мексико поднялись Родовые Скалистые горы , и потоки принесли с них эродированные отложения в район Большого Каньона. [42]
Формации группы Супай в западной части каньона содержат известняк, что указывает на теплое мелководное море, в то время как восточная часть, вероятно, была илистой речной дельтой. Эта формация состоит из красных алевритов и сланцев, увенчанных желтовато-коричневыми песчаными пластами, которые вместе достигают толщины от 600 до 700 футов (около 200 м). [34] Сланец в ранних пермских формациях в этой группе был окислен до ярко-красного цвета. Ископаемые следы амфибий, рептилий и обильный растительный материал обнаружены в восточной части, а все большее количество морских ископаемых обнаруживается в западной части. [43]
Формации группы Супай располагаются от самых старых к самым молодым (в верхней части каждой присутствует несогласие): Ватахомиги (см. 5а на рисунке 1) представляет собой серый известняк, образующий склоны, с некоторыми красными кремнистыми полосами, песчаником и фиолетовым алевритом, толщина которого составляет от 100 до 300 футов (от 30 до 90 м). [44] Манакача (см. 5b на рисунке 1) представляет собой бледно-красный песчаник и красный сланец, образующие скалы и склоны, толщина которого в среднем составляет 300 футов (90 м) в Большом Каньоне. [45] Вескогаме (см. 5c на рисунке 1) представляет собой бледно-красный песчаник и алеврит, образующие уступы и склоны, толщина которого составляет от 100 до 200 футов (от 30 до 60 м). [46] Эспланада (см. 5d на рис. 1) представляет собой бледно-красный песчаник и алеврит, образующие уступы и скалы, толщиной от 200 до 800 футов (от 60 до 200 м). [47] Несогласие отмечает верхнюю часть группы Супай.
Как и группа Супай ниже, формация Хермит пермского периода , вероятно, отложилась на широкой прибрежной равнине (см. 6а на рисунке 1). [41] Чередующиеся тонкослоистые оксиды железа , грязь и ил отложились через пресноводные потоки в полузасушливой среде около 280 миллионов лет назад. [11] В этой формации обнаружены окаменелости крылатых насекомых, растений с шишками и папоротников , а также следы позвоночных животных. [35] Это мягкий, темно-красный сланец и склонообразующий аргиллит толщиной приблизительно от 100 до 900 футов (от 30 до 274 м). [48] Развитие склона будет периодически подмывать вышележащие формации, и блоки этой породы размером с машину или дом будут каскадом падать на платформу Тонто. Несогласие отмечает верхнюю часть этой формации.
Песчаник Коконино образовался около 275 миллионов лет назад, когда территория высохла, а песчаные дюны из кварцевого песка вторглись в растущую пустыню (см. 6b на рисунке 1). [11] Часть Коконино заполняет глубокие грязевые трещины в подстилающем сланце Хермит [41] , а пустыня, которая создала Коконино, просуществовала от 5 до 10 миллионов лет. [49] Сегодня Коконино представляет собой скалообразующую породу толщиной от 57 до 600 футов (от 17 до 183 м) золотисто-белого или кремового цвета вблизи края каньона. [50] Модели перекрестной слоистости замороженных, мелкозернистых, хорошо отсортированных и округлых кварцевых зерен, наблюдаемые в его скалах, совместимы с эоловой средой, но не подтверждают ее окончательно. [51] [35] [52] Также окаменелыми являются следы ящероподобных существ и то, что выглядит как следы многоножек и скорпионов . [53] Несогласие отмечает вершину этой формации.
Далее в геологической колонне находится формация Торовип толщиной 200 футов (60 м) (см. 6c на рисунке 1). [43] Она состоит из красного и желтого песчаника и сланцеватого серого известняка с прослоями гипса . [43] Формация отложилась в теплом мелководном море, когда береговая линия трансгрессировала (вторгалась) и регрессировала (отступала) по суше. [43] Средний возраст породы составляет около 273 миллионов лет. [ 11] В наше время это уступообразующий и склонообразующий пласт, который содержит окаменелости брахиопод, кораллов и моллюсков , а также других животных и различных наземных растений. [43] Торовип делится на следующие три члена: [54] Селигман — это склонообразующий желтоватый или красноватый песчаник и алеврит. Каньон Брэди — это скалообразующий серый известняк с некоторым количеством кремня . Wood Ranch — это склонообразующий бледно-красный и серый алеврит и доломитовый песчаник. Несогласие отмечает вершину этой формации.
Одной из самых высоких и, следовательно, самых молодых формаций, наблюдаемых в районе Большого каньона, является известняк Кайбаб (см. 6d на рисунке 1). Он разрушается, образуя уступчатые скалы толщиной от 300 до 400 футов (от 90 до 100 м) [55] , и был отложен в конце раннего пермского периода, около 270 миллионов лет назад [11] , наступающим теплым неглубоким морем. Формация обычно состоит из песчанистого известняка, лежащего поверх слоя песчаника. [56] Это кремово-серовато-белая порода, на которой стоят посетители парка, осматривая каньон с обоих краев. Это также поверхностная порода, покрывающая большую часть плато Кайбаб к северу от каньона и плато Коконино непосредственно к югу. В этой формации были найдены зубы акул, а также многочисленные окаменелости морских беспозвоночных, таких как брахиоподы, кораллы, моллюски , морские лилии и черви. Верхняя часть этой формации отмечена несогласием.
Подъем ознаменовал начало мезозоя , и потоки начали прорезать новую сушу. Потоки, текущие по широким низким долинам в триасовое время, откладывали осадок, размытый с близлежащих возвышенностей, создавая формацию Моенкопи толщиной некогда 1000 футов (300 м) . [57] Формация состоит из песчаника и сланца с гипсовыми слоями между ними. [58] Выходы Моенкопи обнаружены вдоль реки Колорадо в Мраморном каньоне , на горе Сидар ( столовая гора недалеко от юго-восточной границы парка) и в Ред-Бьютт (расположен к югу от Гранд-Каньон-Виллидж ). [57] Остатки конгломерата Шинарумп , который сам является членом формации Чинл , находятся выше формации Моенкопи около вершины Ред-Бьютт, но ниже гораздо более молодого потока лавы. [57]
Формации общей толщиной более 4000–5000 футов (1200–1500 м) были отложены в регионе в мезозое и кайнозое, но были почти полностью удалены из последовательности Большого каньона последующей эрозией. [59] Геология области каньонов Зайон и Колоб , а также геология области каньона Брайс регистрируют некоторые из этих формаций. Все эти скальные единицы вместе образуют суперпоследовательность скал, известную как Большая лестница .
Орогенез Ларамида затронул всю западную часть Северной Америки, способствуя формированию американских Кордильер . Поднятие Кайбаб, Монумент Апварп, горы Юинта , Сан-Рафаэль Свелл и Скалистые горы были подняты, по крайней мере частично, орогенезом Ларамида. [60] Это крупное событие горообразования началось в конце мезозоя, около 75 миллионов лет назад, [57] и продолжалось в эоценовый период кайнозоя. [60] Оно было вызвано субдукцией у западного побережья Северной Америки. Основные разломы, которые простираются с севера на юг и пересекают область каньона, были возобновлены этим поднятием. [53] Многие из этих разломов имеют докембрийский возраст и все еще активны сегодня. [61] Ручьи, стекающие со Скалистых гор в раннем миоцене , заканчивались в закрытых бассейнах в Юте, Аризоне и Неваде, но нет никаких свидетельств существования крупной реки . [62]
Около 18 миллионов лет назад силы растяжения начали истончаться и опускать регион на запад, создавая Провинцию Бассейна и Хребта . [62] Бассейны ( грабены ) опускались, а горные хребты ( горсты ) поднимались между старыми и новыми разломами, простирающимися с севера на юг. Однако по причинам, которые плохо изучены, слои плато Колорадо оставались в основном горизонтальными во время обоих событий, даже когда они были подняты примерно на 2 мили (3,2 км) в двух импульсах. [63] [примечание 2] Крайняя западная часть каньона заканчивается у одного из разломов Бассейна и Хребта, Гранд-Уош, который также отмечает границу между двумя провинциями. [43]
Подъем от орогенеза Ларамид и создание провинции Бассейна и Хребта работали вместе, чтобы сделать градиент потоков, текущих на запад по плато Колорадо, более крутым. Эти потоки прорезали глубокие, растущие на восток каналы в западном крае плато Колорадо и отложили свои осадки в расширяющемся регионе Бассейна и Хребта. [62]
Согласно исследованию 2012 года, есть доказательства того, что западная часть Большого каньона может иметь возраст около 70 миллионов лет. [64]
Рифтование начало создавать Калифорнийский залив далеко на юге 6-10 миллионов лет назад. [62] Примерно в то же время западный край плато Колорадо, возможно, немного просел. [62] Оба события изменили направление многих потоков в сторону провисающего региона, и увеличенный градиент заставил их прорезаться гораздо быстрее. С 5,5 миллионов до 5 миллионов лет назад направленная на север и восток эрозия объединила эти потоки в одну крупную реку и связанные с ней притоки. [65] Эта река, предковая Нижняя река Колорадо , начала заполнять северный рукав залива, который простирался почти до места плотины Гувера , эстуарными отложениями. [62]
В то же время потоки текли с высокогорий в центральной Аризоне на север и через то, что сегодня является западным Гранд-Каньоном, возможно, питая более крупную реку. [66] Механизм, с помощью которого предковая река Нижняя Колорадо захватила этот дренаж и дренаж с большей части остальной части плато Колорадо, неизвестен. Возможные объяснения включают направленную вверх эрозию или разрушенную естественную плотину озера или реки. [66] Какова бы ни была причина, Нижняя Колорадо, вероятно, захватила замкнутый Верхний Колорадо где-то к западу от поднятия Кайбаб. [65] Гораздо большая площадь дренажа и еще более крутой градиент потока способствовали дальнейшему ускорению врезки.
Ледниковые периоды в плейстоцене принесли с собой более прохладный и влажный плювиальный климат в регион, начавшийся 2–3 миллиона лет назад. [67] Дополнительные осадки увеличили сток и эрозионную способность рек (особенно от весенних талых вод и внезапных паводков летом). [примечание 3] С существенно возросшим объемом потока Колорадо прорезался быстрее, чем когда-либо прежде, и начал быстро вырыть Большой Каньон за 2 миллиона лет до настоящего времени, почти достигнув современной глубины 1,2 миллиона лет назад. [68]
Образовавшийся Большой каньон реки Колорадо простирается примерно с востока на запад на протяжении 278 миль (447 км) между озером Пауэлл и озером Мид . [69] На этом расстоянии река Колорадо падает на 2000 футов (610 м) и вынесла примерно 1000 кубических миль (4200 км 3 ) осадка, чтобы сформировать каньон. [70] Эта часть реки делит пополам поднятие Кайбаб высотой 9000 футов (2700 м) [71] и проходит через семь плато ( плато Кайбаб , Канаб и Шиввитс ограничивают северную часть каньона, а Коконино ограничивает южную часть). [69] Каждое из этих плато ограничено разломами, простирающимися с севера на юг, и моноклиналями, созданными или реактивированными во время орогенеза Ларамид. С тех пор ручьи, впадающие в реку Колорадо, использовали эти разломы для прокладки собственных каньонов, таких как каньон Брайт-Энджел. [примечание 4]
Вулканическая активность началась в вулканическом поле Уинкарет (на западе Большого каньона) около 3 миллионов лет назад. [72] Более 150 потоков базальтовой лавы [ 73] перекрывали реку Колорадо по крайней мере 13 раз в период с 725 000 до 100 000 лет назад. [74] Плотины обычно образовывались за недели, были от 12 до 86 миль (от 19 до 138 км) в длину, от 150 до 2000 футов (от 46 до 610 м) в высоту (толще вверх по течению и тоньше вниз по течению) и имели объем от 0,03 до 1,2 кубических миль (от 0,13 до 5,00 км 3 ). [75]
Долговечность плотин и их способность удерживать воду реки Колорадо в больших озерах были предметом споров. По одной из гипотез, вода из реки Колорадо скапливалась за плотинами в больших озерах, которые простирались до Моаба, штат Юта . [76] Плотины были переполнены за короткое время; те, которые были высотой от 150 до 400 футов (от 46 до 122 м), были переполнены своими озерами за 2–17 дней. [77] В то же время осадки заполняли озера за плотинами. Осадки заполняли бы озеро за плотиной высотой 150 футов (46 м) за 10,33 месяца, заполняли бы озеро за плотиной высотой 1150 футов (350 м) за 345 лет и заполняли бы озеро за самой высокой плотиной за 3000 лет. [77] Каскады воды текли по плотине, в то время как водопады мигрировали вверх по реке вдоль нее. Большинство лавовых плотин просуществовали около 10 000–20 000 лет. [78] Однако другие предположили, что лавовые плотины были гораздо более недолговечными и катастрофически разрушались до того, как переливались через край. [79] В этой модели плотины разрушались бы из-за потока жидкости через трещины в плотинах и вокруг опор плотин, через проницаемые речные отложения и аллювий .
После разрушения этих плотин река Колорадо прорезала максимум около 160 футов (49 м) в скалах плато Колорадо [74]
Конец плейстоценовых ледниковых периодов и начало голоцена начали менять климат области с прохладного, влажного плювиального на сухие полузасушливые условия, похожие на сегодняшние. С меньшим количеством воды для резания эрозионная способность Колорадо значительно снизилась. Таким образом, процессы массового опустошения стали становиться относительно более важными, чем они были раньше. Произошло более крутое скальное образование и дальнейшее расширение Большого каньона и его притоковой каньонной системы. В среднем два потока селевых потоков в год достигают реки Колорадо из притоковых каньонов, образуя или расширяя пороги. [80] Этот тип массового опустошения является основным способом, которым меньшие и более крутые боковые каньоны транспортируют осадочные породы, но он также играет важную роль в выемке более крупных каньонов. [80]
В 1963 году плотина Глен-Каньон и другие плотины выше по течению начали регулировать поток реки Колорадо через Гранд-Каньон. До строительства плотины, но все еще исторический поток Колорадо через Гранд-Каньон варьировался от 700 до 100 000 кубических футов (от 20 до 2 832 м 3 ) в секунду, по крайней мере одно наводнение в конце 19 века имело уровень в 300 000 кубических футов (8 500 м 3 ) в секунду. [70] Сброс с плотины Глен-Каньон превышает 48 200 кубических футов (1 360 м 3 ) в секунду только тогда, когда есть опасность перелива через плотину или когда уровень озера Пауэлл иным образом необходимо понизить. [81] Временная мера по сохранению с 1991 года удерживала максимальный расход на уровне 20 000 кубических футов (570 м 3 ) в секунду, хотя электростанция плотины может обрабатывать на 13 200 кубических футов (370 м 3 ) в секунду больше расхода. [82]
Контроль речного стока с помощью плотин уменьшил способность реки размывать скалы, существенно уменьшив количество переносимых ею осадков. [82] Плотины на реке Колорадо также изменили характер речной воды. Когда-то мутная и теплая, река теперь чистая и имеет среднюю температуру 46 °F (8 °C) круглый год. [82] Экспериментальные наводнения, приближающиеся к уровню 48 200 кубических футов (1360 м 3 ) в секунду, упомянутому выше, были проведены в 1996 и 2004 годах для изучения воздействия на эрозию и отложение осадков. [83]
Гранд-Каньон расположен на южном конце сейсмического пояса Межгорный Запад . [84] По крайней мере 35 землетрясений магнитудой более 3,0 по шкале Рихтера произошли в регионе Гранд-Каньона в 20 веке. [85] Из них пять были зарегистрированы магнитудой более 5,0 по шкале Рихтера, а самым крупным было землетрясение магнитудой 6,2, произошедшее в январе 1906 года. [85] Основные разломы примерно север-юг простирания, которые пересекают каньон, это (с запада на восток) Гранд-Уош, Харрикейн и Торовип. [86] Основные системы разломов северо-восточного простирания нормальных разломов, пересекающие каньон, включают Уэст-Кайбаб и Брайт-Энджел, в то время как системы северо-западного простирания включают Грандвью-Фантом. [87] Большинство землетрясений в регионе происходят в узкой полосе северо-западного простирания между системами разломов Меса-Бьютт и Уэст-Кайбаб. [88] Эти события, вероятно, являются результатом растяжения земной коры, движущегося на восток, которое в конечном итоге может выйти за пределы области Большого каньона. [88]
Trail of Time — это геологическая выставка на открытом воздухе и природная тропа на южном краю Национального парка Гранд-Каньон . Каждый пройденный метр на тропе представляет собой миллион лет геологической истории Гранд-Каньона. Бронзовые маркеры на тропе отмечают ваше местоположение во времени. Тропа начинается в «Сегодня» около Геологического музея Явапаи и заканчивается 2 миллиарда лет спустя в Центре для посетителей Веркампа. По пути находятся образцы горных пород каньона, которые вы могли бы встретить, спускаясь от края к реке, и экспозиции, объясняющие геологическую историю каньона. Тропа открылась в конце 2010 года. [89]
Музей геологии Явапаи включает трехмерные модели, фотографии и экспонаты, которые позволяют посетителям парка увидеть и понять сложную геологическую историю области. Здание музея, историческая станция наблюдения Явапаи (построена в 1928 году), расположенное в одной миле (1,6 км) к востоку от Market Plaza, предлагает обширные виды на каньон. Книжный магазин предлагает разнообразные материалы об этой области. [90]
