Геология района Гранд-Каньона включает одну из наиболее полных и изученных последовательностей горных пород на Земле. Возраст почти 40 основных слоев осадочных пород , обнаженных в Гранд-Каньоне и на территории национального парка Гранд-Каньон, варьируется от примерно 200 миллионов до почти 2 миллиардов лет. Большинство из них было отложено в теплых, мелководных морях и вблизи древних, давно исчезнувших морских берегов на западе Северной Америки . Представлены как морские, так и наземные отложения , в том числе литифицированные песчаные дюны вымершей пустыни. В геологической летописи Гранд-Каньона обнаружено по меньшей мере 14 известных несогласий .
Поднятие региона началось около 75 миллионов лет назад во время Ларамидской складчатости ; событие, связанное с горообразованием, 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 бассейнов и хребтов на западе начала формироваться около 18 миллионов лет назад в результате растяжения земной коры . Дренажная система, протекавшая через то, что сегодня является восточным Гранд-Каньоном, впадала в теперь уже нижнюю провинцию Бассейна и Хребта. Открытие Калифорнийского залива около 6 миллионов лет назад позволило большой реке проложить себе путь на северо-восток от залива. Новая река захватила старый дренаж, образовав древнюю реку Колорадо , которая, в свою очередь, начала формировать Гранд-Каньон.
Более влажный климат , вызванный ледниковыми периодами , начавшимися 2 миллиона лет назад, значительно увеличил раскопки Большого Каньона, который был почти такой же глубоким, как сейчас, 1,2 миллиона лет назад. Вулканическая активность привела к образованию лавы на этой территории от 1,8 миллиона до 500 000 лет назад. По крайней мере 13 лавовых плотин перекрыли реку Колорадо, образовав озера глубиной до 2000 футов (610 м). Окончание последнего ледникового периода и последующая деятельность человека значительно снизили способность реки Колорадо раскапывать каньон. Плотины, в частности, нарушили структуру переноса и отложения наносов . Контролируемые наводнения из плотины Глен-Каньон вверх по течению были проведены, чтобы проверить, имеют ли они восстановительный эффект. Землетрясения и разрушительные эрозионные явления по-прежнему влияют на регион.
Примерно 2,5 и 1,8 миллиарда лет назад в докембрийское время песок , грязь , ил и пепел отложились в морском бассейне, примыкающем к орогенному поясу . [2] От 1,8 до 1,6 миллиардов лет назад по крайней мере две островные дуги столкнулись с прото-Североамериканским континентом . [3] Этот процесс тектоники плит сжал и привил морские отложения в бассейне на материк и поднял их из моря. Позже эти камни были погребены на глубине 12 миль (19 км) под поверхностью и превращены в метаморфическую породу под давлением . [4] Образовавшаяся метаморфическая свита Гранитного ущелья , которая является частью скал подвала Вишну , состоит из метаосадочного сланца Вишну и метавулканических сланцев Брахмы и Рамы, которые образовались 1,75–1,73 миллиарда лет назад. [5] Это прочная скала, обнаженная сейчас 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 вторглись в метаморфическую свиту Гранитного ущелья. [6] Эти плутоны медленно охлаждались, образуя гранит Зороастра; часть из которых позже будет метаморфизована в гнейс . Эту горную породу можно увидеть как светлые полосы в более темном, усеянном гранатами сланце Вишну (см. 1b на рисунке 1 ). Внедрение гранита произошло в три этапа: два во время начального периода метаморфизма Вишну и третий около 1,4 миллиарда лет назад. [7] Третья фаза сопровождалась крупномасштабными разломами , особенно вдоль разломов с севера на юг, что привело к частичному рифтингу континента. [4] Столкновение расширило континент от границы Вайоминг - Колорадо до Мексики и почти удвоило толщину земной коры в районе Гранд-Каньона. [6] Часть этого утолщения образовала древние горы Мазацаль высотой от 5 до 6 миль (от 8 до 10 км) . [8]
Последующая эрозия, продолжавшаяся 300 миллионов лет, уничтожила большую часть обнаженных отложений и горы. [9] Это превратило очень высокие горы в небольшие холмы 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 отложения, возможно, были добавлены, но, если они когда-либо существовали, они были полностью удалены эрозией. Такие пробелы в геологической летописи геологи называют несогласиями . Великое несогласие является одним из лучших примеров обнаженного несогласия , которое представляет собой тип несогласия, в котором пласты залегают над магматическими или метаморфическими породами . [10]
В позднем докембрии расширение большой тектонической плиты или плит меньшего размера, отходящих от Лаврентии, истончило ее континентальную кору , образовав большие рифтовые бассейны , которые в конечном итоге не смогли расколоть континент. [6] В конце концов, этот затонувший регион Лаврентии был затоплен неглубоким морским путем, который простирался от, по крайней мере, современного озера Верхнее до национального парка Глейшер в Монтане , Гранд-Каньона и гор Уинта . [3] Образовавшаяся супергруппа осадочных пород Гранд-Каньона состоит из девяти различных геологических образований , которые образовались в этом море 1,2 миллиарда и 740 миллионов лет назад. [11] Хорошие экспозиции супергруппы можно увидеть в восточной части Гранд-Каньона во Внутреннем ущелье, а также из Дезерт-Вью, мыса Липан и мыса Моран. [12] [примечание 1]
Старейшей частью супергруппы является Unkar Group . Он накапливался в различных речных, дельтовых, приливных, прибрежных и прибрежных морских средах. Первым формированием, сформировавшимся в составе Ункарской группы, было формирование Басс . Речной гравий первоначально накапливался в неглубоких речных долинах. Позже они литифицировались в базальный конгломерат , известный как пачка Хотаута формации Басс. [13] Формация Басс отложилась в мелком море недалеко от побережья в виде смеси известняка , песчаника и сланца . Позже диагенез превратил 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, обнаженный в Гранд-Каньоне и содержащий окаменелости — строматолиты . [12] Сланец Хакатаи состоит из тонких пластов маргинально-морских аргиллитов , песчаников и сланцев, общая толщина которых составляет от 445 до 985 футов (от 136 до 300 м). [14] Это образование свидетельствует о кратковременной регрессии (отступлении) морского побережья в районе, оставившем илистые отмели. [10] Сегодня он очень яркий оранжево-красный и дал название Красному каньону. Кварцит Синумо — это стойкий морской осадочный кварцит , который подвергся эрозии с образованием монаднок , которые позже в кембрийское время превратились в острова. Эти острова достаточно долго выдерживали воздействие волн, чтобы быть перезахороненными другими отложениями в кембрийский период. [10] Формация Докс имеет толщину более 3000 футов (910 м) и состоит из песчаника с некоторыми прослоями сланцев и аргиллита, которые отлагались в речных и приливных средах. [15] Следы ряби и другие особенности указывают на то, что он находился недалеко от берега. Обнажения этого красно-оранжевого образования можно увидеть в восточных частях каньона. В этом слое обнаружены окаменелости строматолитов и водорослей. Карденасский базальт возрастом 1070 ± 70 миллионов лет является самым молодым образованием в группе Ункар. [16] [17] Он состоит из слоев темно-коричневых базальтовых пород, которые текли в виде лавы толщиной до 1000 футов (300 м). [10]
Формации Нанковип около 1050 миллионов лет, и она не является частью группы. [18] Эта порода состоит из крупнозернистого песчаника и отложилась в мелководном море на вершине эродированной поверхности Карденасского базальта. [10] Нанковип обнажен только в восточной части каньона. Пробел в геологической летописи, несогласие, следует за Нанковипом.
Все образования Чуарской группы отложились в прибрежных и мелководных морских условиях примерно от 1000 до 700 миллионов лет назад. [19] Формация Галерос представляет собой в основном зеленоватое образование, состоящее из прослоев песчаника, известняка и сланца. Окаменелые строматолиты найдены в Галеросе. [20] Формация Квагунт состоит из черного сланца и аргиллита от красного до фиолетового с некоторым количеством известняка. [21] Изолированные карманы красноватого песчаника также встречаются вокруг Карбон-Бьютта. В этом слое встречаются строматолиты.
Около 800 миллионов лет назад супергруппа была наклонена на 15° и разломилась в районе Большого Каньона. [22] [23] Некоторые из блоков блоков переместились вниз, а другие поднялись, в то время как движение разломов создало горные хребты из разломных блоков, простирающиеся с севера на юг . [10] Около 100 миллионов лет произошла эрозия, которая смыла большую часть группы Чуар вместе с частью группы Ункар (обнажив кварцит Синумо, как объяснялось ранее). Горные хребты превратились в холмы, а в некоторых местах все 12 000 футов (3700 м) супергруппы были полностью удалены, обнажив скалы фундамента внизу. [6] Все камни, отложившиеся на вершине супергруппы Гранд-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 эпоху западная часть того, что впоследствии стало Северной Америкой, находилась недалеко от экватора и на пассивной окраине . [16] Кембрийский взрыв жизни произошел в этой части мира примерно 15 миллионов лет назад. [25] Климат был теплым, и беспозвоночные, такие как трилобиты , были в изобилии. [26] Океан начал возвращаться в район Гранд-Каньона с запада около 550 миллионов лет назад. [27] По мере того, как береговая линия продвигалась на восток, профили рек поднимались, и речные отложения накапливались в тектонических бассейнах и прибрежных равнинах сначала в виде формации Сикстимайл , песчаника коричневого цвета с небольшими слоями сланца. Позднее повышение уровня моря привело к локальному накоплению отложений в палеодолинах, составляющих основу песчаника Тапеат. Когда уровень моря поднялся, океан затопил прибрежную равнину, вызвав одновременное отложение песчаника Тапеатс , сланца Брайт-Анхель , известняка Муав и доломита французских гор . Наконец, французская гора Долостон скопилась под мелководными морями. [27] [28]
Песчанику Тапеатс средний возраст 525 миллионов лет, он состоит из средне- и крупнозернистого песка и конгломерата, отложившегося на древнем берегу (см. 3а на рисунке 1 ). [11] В верхних слоях этого темно-коричневого тонкослоистого слоя часто встречаются следы ряби. В Тапеатах также были обнаружены окаменелости и отпечатки трилобитов и брахиопод . Сегодня это скала толщиной от 100 до 325 футов (от 30 до 100 м). [29] Возраст сланца Яркий Ангел составляет в среднем 515 миллионов лет, он состоит из сланца, полученного из аргиллита, который переслаивается с небольшими участками песчаника и глинистого известняка с несколькими тонкими слоями доломита . [11] В основном он отложился в виде ила недалеко от берега и содержит окаменелости брахиопод, трилобитов и червей (см. 3b на рисунке 1). Цвет этого образования в основном представляет собой различные оттенки зеленого с некоторыми участками от коричневато-коричневого до серого. Это склонообразователь, его толщина составляет от 270 до 450 футов (от 82 до 137 м). [30] Глауконит отвечает за зеленую окраску Яркого Ангела. [31] Средний возраст известняка Муав составляет 505 миллионов лет, он состоит из серого тонкослоистого известняка, который отложился дальше от берега от осадков карбоната кальция (см. 3c на рисунке 1). [11] Западная часть каньона имеет гораздо более толстую толщу Муав, чем восточная часть. [32] Муав представляет собой скалу толщиной от 136 до 827 футов (от 41 до 252 м). [33]
Эти три формации формировались в течение 30 миллионов лет, от раннего до среднего кембрия. [34] Трилобиты, за которыми следуют брахиоподы, являются наиболее часто встречающимися окаменелостями в этой группе, но хорошо сохранившиеся окаменелости относительно редки. [33] Мы знаем, что береговая линия трансгрессировала (выступала на сушу), потому что более мелкий материал откладывался поверх более крупнозернистых отложений. [34] Сегодня группа Тонто составляет платформу Тонто, которую можно увидеть выше и следовать за рекой Колорадо; Песчаник Тапеатс и известняк Муав образуют скалы платформы, а сланцы Яркого Ангела образуют ее склоны. [34] В отличие от протерозойских отложений ниже него, пласты группы Тонто в основном лежат в своем первоначальном горизонтальном положении. Сланец Яркий Ангел в группе образует водоупор (барьер для просачивания грунтовых вод ) и, таким образом, собирает и направляет воду через вышележащий известняк Муав для питания источников во Внутреннем ущелье.
Следующие два периода геологической истории , ордовикский и силурийский , отсутствуют в последовательности Гранд-Каньона. [26] Геологи не знают, отлагались ли отложения в эти периоды и позже были удалены эрозией, или они вообще никогда не откладывались. [34] В любом случае, этот разрыв в геологической истории региона охватывает около 65 миллионов лет. Образовался тип несогласия, названный несогласием . [35] Несогласия демонстрируют эрозионные особенности, такие как долины, холмы и скалы, которые позже покрываются более молодыми отложениями.
Геологи знают, что в это время на вершине известняка Муав были прорезаны глубокие каналы. [34] [35] Вероятной причиной были ручьи, но, возможно, виноваты и морские размывы. В любом случае, эти впадины 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 отображает эти заполненные пурпурные каналы. [34] Формирование Темпл-Бьютт представляет собой скалу в западной части парка, где доломит имеет цвет от серого до кремового. В этой формации обнаружены окаменелости животных с позвоночником ; костные пластинки пресноводных рыб в восточной части и многочисленные окаменелости морских рыб в западной части. Толщина формации Темпл-Бьютт составляет от 100 до 450 футов (от 30 до 137 м); тоньше возле деревни Гранд-Каньон и толще в западной части Гранд-Каньона. [36] Несогласие, представляющее собой от 40 до 50 миллионов лет утраченной геологической истории, отмечает вершину этой формации. [37]
Следующим образованием в геологической колонне Гранд-Каньона является скалистый известняк Редволл , толщина которого составляет от 400 до 800 футов (от 120 до 240 м) (см. 4b на рисунке 1). [38] Рэдволл состоит из толстослоистого известняка от темно-коричневого до голубовато-серого и доломита с примесью белых кремнистых конкреций. [34] Он образовался в отступающем мелком тропическом море недалеко от экватора в течение 40 миллионов лет ранней эпохи. до среднего штата Миссисипи . [39] Многие окаменелые криноидеи , брахиоподы , мшанки , роговые кораллы , наутилоиды и губки , а также другие морские организмы, такие как крупные и сложные трилобиты, были обнаружены в Редволле. [34] В конце Миссисипи, регион Гранд-Каньона медленно поднимался, а Рэдволл был частично разрушен. В результате образовался карстовый рельеф , состоящий из пещер, воронок и подземных речных каналов, но позже он был заполнен большим количеством известняка. [9] Открытая поверхность Редволла приобретает свой характерный цвет от дождевой воды, капающей из богатых железом красных пластов сланцев Супай и Хермит, лежащих выше. [34]
Формация Сюрприз-Каньон представляет собой осадочный слой пурпурно-красного сланца, отложенный в прерывистых слоях песка и извести над Редволлом (см. 4c на рисунке 1). Он был создан в очень позднем периоде Миссисипи и, возможно, в самом раннем пенсильванском времени, когда земля оседала, а приливные устья заполнили речные долины отложениями. [34] Это образование 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 этом пласте обнаружены ископаемые бревна, другие растительные материалы и морские раковины. [34] Несогласие отмечает верхнюю часть формации Каньон Сюрприз, и в большинстве мест это несогласие полностью удалило Каньон Сюрприз и обнажило нижележащий Редволл.
Несогласие возрастом от 15 до 20 миллионов лет отделяет группу Супай от ранее отложившейся формации Редволл. [39] Группа Супай отложилась в конце Миссисипи, через Пенсильванский период и в раннюю пермь , примерно 320–270 миллионов лет назад. [41] И морские, и неморские отложения грязи, ила, песка и известковых отложений были заложены на широкой прибрежной равнине, похожей на сегодняшнее побережье Мексиканского залива Техаса . [41] Примерно в это же время Родовые Скалистые горы поднялись в Колорадо и Нью-Мексико, и ручьи принесли с них эродированные отложения в район Гранд-Каньона. [42]
Образования группы Супай в западной части каньона содержат известняк, свидетельствующий о теплом мелководном море, тогда как восточная часть, вероятно, представляла собой илистую дельту реки. Эта формация состоит из красных алевролитов и сланцев, покрытых слоями песчаника коричневого цвета, общая мощность которых достигает от 600 до 700 футов (около 200 м). [34] Сланцы в ранних пермских образованиях этой группы были окислены до ярко-красного цвета. Окаменелости следов земноводных, рептилий и обильный растительный материал обнаружены в восточной части, а в западной части обнаруживается все большее количество морских окаменелостей. [43]
Формации группы Супай расположены от самых старых к самым молодым (в кровле каждой присутствует несогласие): Ватахомиги (см. 5а на рис. 1) представляет собой склонообразующий серый известняк с некоторыми полосами красного кремня, песчаником и фиолетовым алевролитом, который Толщина 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, образующий скалы и склоны, средняя толщина которого составляет 300 футов (90 м) в Гранд-Каньоне. [45] Вескогаме (см. 5c на рисунке 1) представляет собой бледно-красный песчаник и алевролит, образующий выступы и склоны, толщиной от 100 до 200 футов (от 30 до 60 м). [46] Эспланада (см. 5d на рисунке 1) представляет собой уступы и скалы, образующие бледно-красный песчаник и алевролит толщиной от 200 до 800 футов (от 60 до 200 м). [47] Несогласие отмечает вершину группы Супай.
Как и группа Супай, расположенная ниже, формация Хермит пермского возраста , вероятно, отложилась на широкой прибрежной равнине (см. 6а на рис. 1). [41] Перемежающиеся тонкие слои оксида железа , грязи и ила отложились через пресноводные потоки в полузасушливой среде около 280 миллионов лет назад. [11] В этой формации обнаружены окаменелости крылатых насекомых, шишковидных растений и папоротников , а также следы позвоночных животных. [35] Это мягкий темно-красный сланец и аргиллит, образующий склоны, толщиной примерно от 100 до 900 футов (от 30 до 274 м). [48] Развитие склона будет периодически подрывать вышележащие образования, и глыбы этой породы размером с автомобиль или дом будут падать на платформу Тонто. Несогласие отмечает вершину этой формации.
Песчаник Коконино образовался около 275 миллионов лет назад, когда эта территория высохла, а песчаные дюны из кварцевого песка вторглись в растущую пустыню (см. 6b на рисунке 1). [11] Некоторые Коконино заполняют глубокие грязевые трещины в нижележащих сланцах Хермит [41] , а пустыня, создавшая Коконино, существовала от 5 до 10 миллионов лет. [49] Сегодня Коконино представляет собой скалу толщиной от 57 до 600 футов (от 17 до 183 м) золотисто-белого или кремового цвета у края каньона. [50] Поперечная слоистость матовых, мелкозернистых, хорошо отсортированных и округлых зерен кварца, наблюдаемая в его скалах, совместима с эоловой средой, но не подтверждает ее окончательно. [51] [35] [52] Также окаменели следы ящерицеподобных существ и то, что похоже на следы многоножек и скорпионов . [53] Несогласие отмечает верхнюю часть этого образования.
Следующим в геологической колонке является формация Торовип мощностью 200 футов (60 м) (см. 6c на рис. 1). [43] Он состоит из красного и желтого песчаника и глинисто-серого известняка с прослоями гипса . [43] Образование отложилось в теплом мелком море, когда береговая линия нарушила (вторглась) и регрессировала (отступила) над сушей. [43] Средний возраст породы составляет около 273 миллионов лет. [11] В наше время это уступ и склонообразователь, содержащий окаменелости брахиопод, кораллов и моллюсков , а также других животных и различных наземных растений. [43] Торовип разделен на следующие три члена: [54] Селигман представляет собой склонообразующий желтоватый или красноватый песчаник и алевролит. Каньон Брейди представляет собой обрывистый серый известняк с небольшим количеством кремня . Вуд-Ранч представляет собой склонообразующий бледно-красный и серый алевролит и доломитовый песчаник. Несогласие отмечает вершину этого пласта.
Одним из самых высоких и, следовательно, самых молодых образований, наблюдаемых в районе Гранд-Каньона, является известняк Кайбаб (см. 6d на рисунке 1). Он размывается на выступающие скалы толщиной от 300 до 400 футов (от 90 до 100 м) [55] и был заложен в самое позднее раннепермское время, около 270 миллионов лет назад [11] наступающим теплым мелководным морем. Образование обычно состоит из песчаного известняка, лежащего поверх слоя песчаника. [56] Это кремово-серовато-белая скала, на которой стоят посетители парка, рассматривая каньон с обоих краев. Это также поверхностная скала, покрывающая большую часть плато Кайбаб к северу от каньона и плато Коконино непосредственно к югу. В этом образовании были обнаружены зубы акулы, а также многочисленные окаменелости морских беспозвоночных, таких как брахиоподы, кораллы, моллюски , морские лилии и черви. Несогласие отмечает вершину этого пласта.
Поднятие ознаменовало начало мезозоя , и ручьи начали прорезать недавно высохшую землю. Потоки, текущие через широкие низкие долины в триасовое время, отложили осадки, размытые с близлежащих возвышенностей, создав формацию Моенкопи толщиной 1000 футов (300 м) . [57] Формирование состоит из песчаника и сланца с прослойками гипса между ними. [58] Обнажения Моенкопи находятся вдоль реки Колорадо в Мраморном каньоне , на горе Кедр ( столовая гора недалеко от юго-восточной границы парка) и в Ред-Бьютте (расположенном к югу от деревни Гранд-Каньон ). [57] Остатки конгломерата Шинарамп , который сам является членом формации Чинле , находятся над формацией Моенкопи, недалеко от вершины Ред-Бьютт, но ниже гораздо более молодого потока лавы. [57]
Образования общей толщиной от 4000 до 5000 футов (от 1200 до 1500 м) отложились в этом регионе в мезозое и кайнозое , но были почти полностью удалены из толщи Гранд-Каньона в результате последующей эрозии. [59] Геология района каньонов Сион и Колоб , а также геология района Брайс-Каньон фиксируют некоторые из этих образований. Все эти скальные образования вместе образуют суперпоследовательность скальных пород, известную как Большая лестница .
Ларамидская складчатость затронула всю западную часть Северной Америки, помогая строить американские Кордильеры . Поднятие Кайбаб, Поднятие Монумента, горы Уинта , вал Сан-Рафаэль и Скалистые горы были подняты, по крайней мере частично, в результате складчатости Ларамида. [60] Это крупное событие горообразования началось ближе к концу мезозоя, около 75 миллионов лет назад, [57] и продолжалось в эоценовый период кайнозоя. [60] Это было вызвано субдукцией у западного побережья Северной Америки. В результате этого поднятия были возобновлены основные разломы, простирающиеся с севера на юг и пересекающие территорию каньона. [53] Многие из этих разломов имеют докембрийский возраст и действуют до сих пор. [61] Ручьи, истощающие Скалистые горы, в начале миоцена заканчивались в не имеющих выхода к морю бассейнах в Юте, Аризоне и Неваде, но нет никаких свидетельств существования крупной реки . [62]
Около 18 миллионов лет назад силы напряжения начали истончаться и отбрасывать регион на запад, образуя Провинцию Бассейнов и Хребтов . [62] Бассейны ( грабены ) опускались вниз, а горные хребты ( горсты ) поднимались между старыми и новыми разломами простирания с севера на юг. Однако по малопонятным причинам пласты плато Колорадо оставались в основном горизонтальными на протяжении обоих событий, даже несмотря на то, что они были подняты примерно на 2 мили (3,2 км) за два импульса. [63] [примечание 2] Крайняя западная часть каньона заканчивается на одном из разломов бассейна и хребта, Гранд-Уош, который также отмечает границу между двумя провинциями. [43]
Подъем в результате складчатости Ларамид и создание провинции Бассейн и Хребет вместе привели к увеличению крутизны уклона ручьев, текущих на запад по плато Колорадо. Эти потоки прорезали глубокие каналы, растущие на восток, в западную окраину плато Колорадо и откладывали свои осадки в расширяющейся области бассейна и хребта. [62]
Согласно исследованию 2012 года, есть доказательства того, что возраст западного Гранд-Каньона может достигать 70 миллионов лет. [64]
Рифтинг начал создавать Калифорнийский залив далеко на юге от 6 до 10 миллионов лет назад. [62] Примерно в то же время западный край плато Колорадо, возможно, слегка просел. [62] Оба события изменили направление многих ручьев в сторону провисающей области, и увеличенный уклон заставил их пойти вниз гораздо быстрее. От 5,5 до 5 миллионов лет назад направленная эрозия на север и восток объединила эти потоки в одну крупную реку и связанные с ней притоки. [65] Эта река, исконная река Нижнего Колорадо , начала заполнять северную часть залива, которая простиралась почти до места плотины Гувера , с устьевыми отложениями. [62]
В то же время ручьи текли с высокогорья центральной Аризоны на севере и через то, что сегодня является западным Гранд-Каньоном, возможно, питая более крупную реку. [66] Механизм, с помощью которого предковая река Нижнего Колорадо захватила этот дренаж, а также дренаж большей части остальной части плато Колорадо, неизвестен. Возможные объяснения включают направленную эрозию или разрушение естественной плотины озера или реки. [66] Какова бы ни была причина, Нижний Колорадо, вероятно, захватил не имеющий выхода к морю Верхний Колорадо где-то к западу от поднятия Кайбаб. [65] Гораздо большая площадь дренажа и еще более крутой градиент потока помогли еще больше ускорить вырубку.
Ледниковые периоды плейстоцена принесли в регион более прохладный и влажный плювиальный климат , начавшийся 2–3 миллиона лет назад. [67] Дополнительные осадки увеличили сток и эрозионную способность ручьев (особенно от весенних талых вод и ливневых паводков летом). [примечание 3] Из-за значительно возросшего объема потока Колорадо сократился быстрее, чем когда-либо прежде, и начал быстро раскапывать Гранд-Каньон за 2 миллиона лет до настоящего времени, почти достигнув современной глубины 1,2 миллиона лет назад. [68]
Образовавшийся в результате Гранд-Каньон реки Колорадо простирается примерно с востока на запад на протяжении 278 миль (447 км) между озерами Пауэлл и Озеро Мид . [69] На этом расстоянии река Колорадо падает на 2000 футов (610 м) и выкопала около 1000 кубических миль (4200 км 3 ) отложений, чтобы сформировать каньон. [70] Эта часть реки делит пополам возвышение Кайбаб высотой 9000 футов (2700 м) [71] и проходит семь плато ( плато Кайбаб , Канаб и Шиввитс ограничивают северную часть каньона, а Коконино ограничивает южную часть каньона). часть). [69] Каждое из этих плато ограничено простирающимися с севера на юг разломами и моноклиналями, созданными или реактивированными во время складчатости Ларамида. Ручьи, впадающие в реку Колорадо, с тех пор использовали эти разломы для раскопок своих собственных каньонов-притоков, таких как каньон Брайт-Энджел. [примечание 4]
Вулканическая активность началась на вулканическом поле Уинкарет (в западной части Гранд-Каньона) около 3 миллионов лет назад. [72] Более 150 потоков базальтовой лавы [73] перекрывали реку Колорадо как минимум 13 раз с 725 000 по 100 000 лет назад. [74] Плотины обычно формировались в течение нескольких недель, имели длину от 12 до 86 миль (от 19 до 138 км), высоту от 150 до 2000 футов (от 46 до 610 м) (толще вверх по течению и тоньше вниз по течению) и имели объемы от 0,03 до 1,2 кубических миль. (от 0,13 до 5,00 км 3 ). [75]
Долговечность плотин и их способность удерживать воду из реки Колорадо в больших озерах обсуждается. По одной из гипотез, вода из реки Колорадо скапливалась за плотинами в больших озерах, простиравшихся до Моава, штат Юта . [76] Плотины были перекрыты в короткие сроки; те, которые имели высоту от 150 до 400 футов (от 46 до 122 м), были затоплены своими озерами за 2–17 дней. [77] В то же время отложения заполнили озера за плотинами. Осадки заполнили бы озеро за плотиной высотой 150 футов (46 м) за 10,33 месяца, заполнили озеро за плотиной высотой 1150 футов (350 м) за 345 лет и заполнили озеро за самой высокой плотиной за 3000 лет. годы. [77] Каскады воды текли по плотине, а водопады мигрировали вверх по реке вдоль нее. Большинство лавовых плотин просуществовали от 10 000 до 20 000 лет. [78] Однако другие предполагают, что лавовые плотины были гораздо более эфемерными и катастрофически разрушались, прежде чем перекрыться. [79] В этой модели плотины разрушатся из-за потока жидкости через трещины в плотинах и вокруг устоев плотин, через проницаемые речные отложения и аллювий .
После разрушения этих плотин река Колорадо вырезала максимум около 160 футов (49 м) в скалах плато Колорадо [74].
Конец плейстоценовых ледниковых периодов и начало голоцена начали менять климат региона с прохладного, влажного плювиального на более сухие полузасушливые условия, подобные современным. Из-за меньшего количества воды, которую нужно было разрезать, эрозионная способность Колорадо значительно снизилась. Таким образом, процессы массового расточительства стали становиться относительно более важными, чем раньше. Произошли более крутые скалы и дальнейшее расширение Гранд-Каньона и системы каньонов-притоков. В среднем два селевых потока в год достигают реки Колорадо из притоковых каньонов, образуя или расширяя пороги. [80] Этот тип потери массы является основным способом транспортировки осадка в меньших и более крутых боковых каньонах, но он также играет важную роль в раскопках более крупных каньонов. [80]
В 1963 году плотина Глен-Каньон и другие плотины выше по течению начали регулировать течение реки Колорадо через Гранд-Каньон. До плотины, но все еще исторический поток Колорадо через Гранд-Каньон колебался от 700 до 100 000 кубических футов (от 20 до 2832 м 3 ) в секунду, при этом по крайней мере одно наводнение в конце 19 века составило 300 000 кубических футов (8 500 м 3 ) в секунду. [70] Расход воды из плотины Глен-Каньон превышает 48 200 кубических футов (1360 м 3 ) в секунду только тогда, когда существует опасность перекрытия плотины или когда уровень озера Пауэлл необходимо понизить иным образом. [81] Временная мера по сохранению с 1991 года удерживала максимальный поток на уровне 20 000 кубических футов (570 м 3 ) в секунду, хотя электростанция плотины может обрабатывать 13 200 кубических футов (370 м 3 ) в секунду больше потока. [82]
Контроль речного стока с помощью плотин уменьшил способность реки размывать камни за счет существенного уменьшения количества переносимых ею наносов. [82] Плотины на реке Колорадо также изменили характер речной воды. Когда-то река была мутной и теплой, теперь она прозрачная, и ее средняя температура круглый год составляет 46 ° F (8 ° C). [82] Экспериментальные наводнения, приближающиеся к упомянутому выше уровню 48 200 кубических футов (1360 м 3 ) в секунду, были проведены в 1996 и 2004 годах для изучения воздействия на эрозию и отложение отложений. [83]
Гранд-Каньон расположен на южном конце сейсмического пояса Межгорного Запада . [84] В 20 веке в районе Гранд-Каньона произошло как минимум 35 землетрясений силой более 3,0 баллов по шкале Рихтера . [85] Из них пять зарегистрированы силой более 5,0 баллов по шкале Рихтера, а самым крупным было землетрясение силой 6,2 балла, произошедшее в январе 1906 года. [85] Основные разломы, простирающиеся примерно с севера на юг, которые пересекают каньон (с запада на восток), Великая стирка, ураган и Торовип. [86] Основные северо-восточные системы разломов нормальных разломов, которые пересекают каньон, включают Западный Кайбаб и Яркий Ангел, а 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 Западный Кайбаб. [88] Эти события, вероятно, являются результатом миграции земной коры на восток, которая в конечном итоге может переместиться за пределы района Гранд-Каньона. [88]
«Тропа времени» — это геологическая выставка под открытым небом и природная тропа на южном краю национального парка Гранд-Каньон . Каждый метр, пройденный по тропе, представляет собой один миллион лет геологической истории Гранд-Каньона. Бронзовые маркеры на тропе обозначают ваше местоположение во времени. Тропа начинается в «Сегодня» возле Геологического музея Явапаи и заканчивается 2 миллиарда лет спустя в Центре для посетителей Веркампа. По пути вы увидите образцы горных пород Каньона, которые вы встретите на пути от края к реке, а также экспонаты, объясняющие геологическую историю Каньона. Тропа открылась в конце 2010 года. [89]
Геологический музей Явапаи включает трехмерные модели, фотографии и экспонаты, которые позволяют посетителям парка увидеть и понять сложную геологическую историю этого района. Из здания музея, исторической смотровой станции Явапай (построенной в 1928 году), расположенной в одной миле (1,6 км) к востоку от Маркет Плаза, открывается обширный вид на каньон. Книжный магазин предлагает разнообразные материалы об этом районе. [90]
