Geologia obszaru Wielkiego Kanionu - Geology of the Grand Canyon area

Grand Canyon od Navajo punktu . Rzeka Kolorado jest po prawej stronie, a Północna Krawędź jest widoczna po lewej w oddali. Widok przedstawia prawie każdą warstwę osadową opisaną w tym artykule.

Geologia obszarze Grand Canyon zawiera jeden z najbardziej kompletnych i badanych sekwencji skał na Ziemi. Prawie 40 głównych warstw skał osadowych odsłoniętych w Wielkim Kanionie i na obszarze Parku Narodowego Wielkiego Kanionu ma wiek od około 200 milionów do prawie 2 miliardów lat. Większość została zdeponowana w ciepłych, płytkich morzach i w pobliżu starożytnych, dawno minionych brzegów morskich w zachodniej części Ameryki Północnej . Reprezentowane są zarówno osady morskie, jak i lądowe , w tym zlityfikowane wydmy z wymarłej pustyni. Istnieje co najmniej 14 znanych niezgodności w zapisie geologicznym znalezionym w Wielkim Kanionie.

Wzrost regionu rozpoczął się około 75 milionów lat temu podczas orogenezy Laramide ; wydarzenie związane z budowaniem gór, które jest w dużej mierze odpowiedzialne za tworzenie Gór Skalistych na wschodzie. W sumie Płaskowyż Kolorado został podniesiony o około 2 mile (3,2 km). Sąsiadująca na zachodzie prowincja Basin and Range zaczęła się formować około 18 milionów lat temu w wyniku rozciągania skorupy ziemskiej . System drenażowy, który przepływał przez dzisiejszy wschodni Wielki Kanion, opustoszał do teraz niższej prowincji Basin and Range. Otwarcie Zatoki Kalifornijskiej około 6 milionów lat temu umożliwiło przepłynięcie dużej rzeki na północny wschód od zatoki. Nowa rzeka przechwyciła starszy drenaż, tworząc przodkową rzekę Kolorado , która z kolei zaczęła tworzyć Wielki Kanion.

Wilgotne klimaty wywołane epokami lodowcowymi, które rozpoczęły się 2 miliony lat temu, znacznie zwiększyły wykopaliska Wielkiego Kanionu, który był prawie tak głęboki jak teraz, 1,2 miliona lat temu. Aktywność wulkaniczna spowodowała wysadzenie lawy na tym obszarze od 1,8 mln do 500 000 lat temu. Co najmniej 13 zapór lawowych zablokowało rzekę Kolorado, tworząc jeziora o głębokości do 2000 stóp (610 m). Koniec ostatniej epoki lodowcowej i późniejsza działalność człowieka znacznie ograniczyły zdolność rzeki Kolorado do wykopywania kanionu. Zwłaszcza tamy mają zaburzone wzorce transportu i osadzania się osadów . Kontrolowane powodzie z Glen Canyon Dam w górnym biegu rzeki zostały przeprowadzone w celu sprawdzenia, czy mają one działanie naprawcze. Trzęsienia ziemi i masowe wyniszczające wydarzenia erozyjne nadal mają wpływ na region.

Rysunek 1. Geologiczny przekrój Wielkiego Kanionu. Numery czarne odpowiadają numerom podrozdziałów w sekcji 1, a numery białe odnoszą się do tekstu

Depozycja osadów

Kamienie z każdej warstwy na wystawie na Placu Dziedzictwa we Flagstaff

Skały w piwnicy Wisznu

W Wisznu Basement Skały zostały zdeponowane jako skał wulkanicznych i osadów, ale później zostały przeradzała i wtargnięcie przez skały magmowej.

Około 2,5 i 1,8 miliarda lat temu, w czasach prekambryjskich , piasek , muł , muł i popiół zostały złożone w basenie morskim przylegającym do pasa orogenicznego . Od 1,8 do 1,6 miliarda lat temu co najmniej dwa łuki wysp zderzyły się z kontynentem proto-północnoamerykańskim . Ten proces tektoniki płyt spowodował kompresję i szczepienie osadów morskich w basenie na kontynencie i wyniesienie ich z morza. Później skały te zostały zakopane 12 mil (19 km) pod powierzchnią i ugotowane pod ciśnieniem w skale metamorficznej . Powstały Granitowy Wąwóz Metamorficzny , który jest częścią skał piwnic Wisznu , składa się z metawulkanicznych łupków Wisznu i metawulkanicznych łupków Brahmy i Ramy, które powstały od 1,75 miliarda do 1,73 miliarda lat temu. To jest odporna skała, teraz odsłonięta na dnie kanionu w Wewnętrznym Wąwozie.

Gdy wyspy wulkaniczne zderzyły się z lądem około 1,7 miliarda lat temu, plamy magmy uniosły się ze strefy subdukcji i wtargnęły do ​​Granite Gorge Metamorphic Suite. Te plutony powoli stygły, tworząc granit Zoroaster; z których część miała później zostać przekształcona w gnejs . To urządzenie skała może być postrzegane jako światło kolorowe opaski w ciemniejszych granat -studded Vishnu łupków 1B (patrz rysunek 1 ). Intruzja granitu miała miejsce w trzech fazach: dwóch podczas początkowego okresu metamorfizmu Wisznu i trzeciej około 1,4 miliarda lat temu. Trzecia faza towarzyszyła dużych uskoków , szczególnie wzdłuż północno-południe błędów, co prowadzi do częściowego rifting kontynentu. Zderzenie rozszerzyło kontynent od granicy Wyoming - Kolorado do Meksyku i prawie podwoiło grubość skorupy w regionie Wielkiego Kanionu. Część tego zgrubienia spowodowała powstanie gór Mazatzal o wysokości od 5 do 6 mil (8 do 10 km) .

Późniejsza erozja trwająca 300 milionów lat usunęła wiele odsłoniętych osadów i gór. To zredukowało bardzo wysokie góry do małych wzgórz o wysokości od kilkudziesięciu do setek stóp (dziesiątek metrów). Geolog John Wesley Powell nazwał tę główną lukę w zapisie geologicznym, który obserwuje się również w innych częściach świata, Wielką Niezgodnością . Inne osady mogły zostać dodane, ale jeśli kiedykolwiek istniały, zostały całkowicie usunięte przez erozję. Takie luki w zapisie geologicznym nazywane są przez geologów niezgodnościami . Wielka niezgodność jest jednym z najlepszych przykładów odsłoniętej niezgodności , która jest rodzajem niezgodności, w której jednostki skalne osadzone są nad skałami magmowymi lub metamorficznymi .

Supergrupa Wielkiego Kanionu

W późnym okresie prekambryjskim rozszerzenie dużej płyty tektonicznej lub mniejszych płyt oddalających się od Laurentii rozrzedziło jej kontynentalną skorupę , tworząc duże baseny szczelinowe , które ostatecznie nie podzieliły kontynentu. Ostatecznie ten zatopiony region Laurentia został zalany płytkim torsem, który rozciągał się od co najmniej dzisiejszego jeziora Superior do Parku Narodowego Glacier w Montanie po Wielki Kanion i góry Uinta . Powstała Supergrupa Wielkiego Kanionu składająca się z jednostek osadowych składa się z dziewięciu różnych formacji geologicznych, które powstały na tym morzu od 1,2 miliarda do 740 milionów lat temu. Dobre ekspozycje supergrupy można zobaczyć we wschodnim Wielkim Kanionie w Wewnętrznym Wąwozie oraz z Desert View, Lipan Point i Moran Point.

Cardenas Bazalt leżał na wierzchu resztą Grand Canyon Supergrupy

Najstarszą sekcją supergrupy jest Unkar Group . Gromadził się w różnych środowiskach rzecznych, deltaicznych, pływowych, przybrzeżnych i przybrzeżnych. Pierwszą formacją, jaka powstała w Grupie Unkar, była formacja Bass . Żwir rzeczny początkowo gromadził się w płytkich dolinach rzek. Później zlitowali się w konglomerat bazalny , który jest znany jako członek formacji Bass Hotauta. Formacja Bass została osadzona w płytkim morzu w pobliżu wybrzeża jako mieszanka wapienia , piaskowca i łupków łupkowych . Diageneza później zmieniła większość wapienia w dolomit . Ma od 120 do 340 stóp (37 do 100 m) grubości i ma szarawy kolor. Ma średnio 1250 milionów lat i jest najstarszą warstwą odkrytą w Wielkim Kanionie, która zawiera skamieniałości - stromatolity . Hakatai Shale składa się z cienkich pokładów mułowców , piaskowców i łupków pochodzenia morskiego pochodzenia marginalnego , które razem mają grubość od 445 do 985 stóp (136 do 300 m). Formacja ta wskazuje na krótkotrwałą regresję (odwrót) wybrzeża w obszarze, który pozostawił równiny błotne. Dziś jest bardzo jaskrawo pomarańczowo-czerwony i daje nazwę Czerwonemu Kanionowi. Kwarcyt Shinumo to odporny morski kwarcyt osadowy, który został poddany erozji, tworząc ostańce, które później stały się wyspami w okresie kambru . Wyspy te wytrzymywały działanie fal na tyle długo, że zostały ponownie pogrzebane przez inne osady z okresu kambru. Formacja Dox ma ponad 3000 stóp (910 m) grubości i jest zbudowana z piaskowca z pewnymi połączonymi warstwami łupków i mułów, które osadzały się w środowiskach rzecznych i pływowych. Marszczenia i inne cechy wskazują, że był blisko brzegu. Wychodnie tej formacji od czerwonego do pomarańczowego można zobaczyć we wschodniej części kanionu. W tej warstwie znajdują się skamieniałości stromatolitów i alg. Mająca 1070 ± 70 milionów lat Cardenas Basalt jest najmłodszą formacją w Grupie Unkar. Składa się z warstw ciemnobrązowych skał bazaltowych , które płynęły jako lawa o grubości do 300 metrów.

Formacja Nankoweap ma około 1050 milionów lat i nie należy do żadnej grupy. Ta jednostka skalna jest wykonana z gruboziarnistego piaskowca i została osadzona w płytkim morzu na wierzchu zerodowanej powierzchni bazaltu Cardenas. Nankoweap jest odsłonięty tylko we wschodniej części kanionu. Luka w zapisie geologicznym, niezgodność, następuje po Nankoweap.

Sixtymile Formation to ostatnia jednostka skalna w Grupie Chuar

Wszystkie formacje w grupie Chuar zostały zdeponowane w przybrzeżnych i płytkich środowiskach morskich około 1000 do 700 milionów lat temu. Formacja Galeros to głównie zielonkawa formacja złożona z międzywarstwowego piaskowca, wapienia i łupków łupkowych. Skamieniałe stromatolity znajdują się w Galeros. Formacja Kwagunt składa się z czarnych łupków i czerwonego do fioletowego mułu z niewielką ilością wapienia. Wokół Carbon Butte znajdują się również odizolowane kieszenie czerwonawego piaskowca. W tej warstwie znajdują się stromatolity. Formacja Sixtymile jest wykonana z piaskowca w kolorze beżowym z niewielkimi fragmentami łupków.

Około 800 milionów lat temu w supergrupy była nachylona 15 ° i zablokować nic zarzucić w Grand Canyon orogenezy. Niektóre z bloków przesunęły się w dół, a inne przesunęły się w górę, podczas gdy ruch uskoków utworzył pasma górskie bloków uskokowych z kierunkiem północ-południe . Około 100 milionów lat erozji zmyła większość Grupy Chuar wraz z częścią Grupy Unkar (odsłaniając Kwarcyt Shinumo, jak wyjaśniono wcześniej). Pasma górskie zostały zredukowane do wzniesień, a w niektórych miejscach cała 12 000 stóp (3700 m) supergrupy została całkowicie usunięta, odsłaniając podziemne skały poniżej. Wszelkie skały, które zostały zdeponowane na szczycie Supergrupy Wielkiego Kanionu w Prekambrze, zostały całkowicie usunięte. Stworzyło to poważną niezgodność, która reprezentuje 460 milionów lat utraconej historii geologicznej na tym obszarze.

Grupa Tonto

W erze paleozoicznej zachodnia część tego, co miało stać się Ameryką Północną, znajdowała się w pobliżu równika i na pasywnym marginesie . W tej części świata kambryjska eksplozja życia trwała około 15 milionów lat. Klimat był ciepły, a bezkręgowce, takie jak trylobity , były liczne. Ocean zaczął wracać do obszaru Wielkiego Kanionu z zachodu około 550 milionów lat temu. Gdy linia brzegowa przesunęła się na wschód, ocean zaczął jednocześnie składować trzy formacje Grupy Tonto .

Tonto Group jest najłatwiej postrzegane jako szeroka platforma Tonto tuż nad rzeką Kolorado

Tapeats Sandstone ma średnio 525 milionów lat i składa się z średnio- do gruboziarnistego piasku i konglomeratu, który został zdeponowany na starożytnym brzegu (patrz 3a na rysunku 1 ). W górnej części tej ciemnobrązowej cienkowarstwowej warstwy często występują zmarszczki. W Tapeatach znaleziono również skamieniałości i ślady odcisków trylobitów i ramienionogów . Dziś jest to klif o grubości od 30 do 100 m. Bright Angel Shale ma średnio 515 milionów lat i jest wykonany z łupków pochodzących z mułowców, które są przeplatane małymi fragmentami piaskowca i wapienia łupkowego z kilkoma cienkimi warstwami dolomitu . W większości zdeponowany był jako muł na morzu i zawiera skamieniałości ramienionogów, trylobitów i robaków (patrz 3b na ryc. 1). Kolor tej formacji to przeważnie różne odcienie zieleni z pewnymi brązowymi lub szarymi częściami. Jest to formacja zboczowa o grubości od 270 do 450 stóp (82 do 137 m). Glauconite jest odpowiedzialny za zielone zabarwienie Jasnego Anioła. Muav Limestone ma średnio 505 milionów lat i jest wykonany z szarego, cienkowarstwowego wapienia, który osadzał się dalej na morzu od osadów węglanu wapnia (patrz 3c na rysunku 1). Zachodnia część kanionu ma znacznie grubszy ciąg Muav niż wschodnia część. Muav jest klifem o grubości od 136 do 827 stóp (41 do 252 m).

Te trzy formacje zostały zbudowane przez okres 30 milionów lat, od wczesnego do środkowego kambru. Najczęściej opisywanymi skamieniałościami z tej grupy są trylobity, a po nich ramienionogi, ale dobrze zachowane skamieniałości są stosunkowo rzadkie. Wiemy, że linia brzegowa przekraczała granice (zbliżała się do lądu), ponieważ na gruboziarnistym osadzie osadzał się drobniejszy materiał. Dziś Grupa Tonto tworzy Platformę Tonto widoczną powyżej i wzdłuż rzeki Kolorado; Tapeats Sandstone i Muav Limestone tworzą klify platformy, a Bright Angel Shale tworzy jej zbocza. W przeciwieństwie do jednostek proterozoicznych znajdujących się poniżej, łóżka Tonto Group leżą w zasadzie w swojej pierwotnej pozycji poziomej. Bright Angel Shale w grupie tworzy aquiclude (barierę dla przesiąkania wód gruntowych ), a tym samym zbiera i kieruje wodę przez leżący nad nim wapień Muav, aby zasilać źródła w Wewnętrznym Wąwozie.

Temple Butte, Redwall i Surprise Canyon

W sekwencji Wielkiego Kanionu brakuje dwóch kolejnych okresów historii geologicznej , ordowiku i syluru . Geolodzy nie wiedzą, czy osady były zdeponowane w tych okresach, a później zostały usunięte przez erozję, czy też nigdy wcześniej nie zostały zdeponowane. Tak czy inaczej, ta przerwa w historii geologicznej tego obszaru obejmuje około 65 milionów lat. Jeden rodzaj niezgodności nazywany disconformity powstał. Nieprawidłowości wykazują cechy erozji, takie jak doliny, wzgórza i klify, które później są pokryte młodszymi osadami.

Formacja Temple Butte została osadzona na zerodowanej powierzchni Wapienia Muav. To z kolei zostało pogrzebane przez wapień Redwall

Geolodzy wiedzą, że w tym czasie na szczycie wapienia Muav wyrzeźbiono głębokie kanały. Prawdopodobną przyczyną były strumienie, ale można winić za to morską plagę. Tak czy inaczej, zagłębienia te były wypełnione słodkowodnym wapieniem około 385 milionów lat temu w środkowym dewonie w formacji, którą geolodzy nazywają formacją Temple Butte (patrz 4a na ryc. 1). Marmurowy Kanion we wschodniej części parku dobrze wyświetla te wypełnione fioletowo-kolorowe kanały. Formacja Temple Butte jest formą klifową w zachodniej części parku, gdzie występuje w kolorze szarego do kremowego dolomitu. W tej formacji znajdują się skamieniałości zwierząt z kręgosłupami ; płytki kostne ryb słodkowodnych we wschodniej części i liczne skamieniałości ryb morskich w części zachodniej. Formacja Temple Butte ma grubość od 100 do 450 stóp (30 do 137 m); cieńszy w pobliżu Grand Canyon Village i grubszy w zachodniej części Grand Canyon. Szczyt tej formacji wyznacza niezgodność reprezentująca 40-50 milionów lat utraconej historii geologicznej.

Następną formacją w kolumnie geologicznej Wielkiego Kanionu jest tworzący klify wapień Redwall o grubości od 400 do 800 stóp (120 do 240 m) (patrz 4b na ryc. 1). Redwall składa się z grubej-osobowy, ciemnobrązowego do niebieskawego szarego wapienia i dolomitu z białymi Chert guzków mieszane w. Został on ustanowiony w wycofującą płytkiej tropikalnym morzu w pobliżu równika w ciągu 40 milionów lat wcześnie-to-middle missisip . W Redwall znaleziono wiele skamieniałych liliowców , ramienionogów , mszywiołów , rogów korali , łodzików i gąbek , a także innych organizmów morskich, takich jak duże i złożone trylobity. W późnym okresie Missisipii region Wielkiego Kanionu został powoli podniesiony, a Redwall został częściowo zniszczony. Topografii Kras składający się z jaskiń, zapadlisk i podziemnych kanałów rzecznych spowodowały jednak później zostały wypełnione więcej wapienia. Odsłonięta powierzchnia Redwall staje się jego charakterystyczny kolor z kapanie wody deszczowej z żelaza bogaty w redbeds łupków Supai i Pustelnika które leżą powyżej.

Surprise Canyon Formation to warstwa osadowa fioletowo-czerwonych łupków, która została złożona w nieciągłych pokładach piasku i wapna powyżej Redwall (patrz 4c na ryc. 1). Powstał w bardzo późnym stanie Missisipii i prawdopodobnie w najwcześniejszym okresie pensylwańskim, gdy ląd opadł, a ujścia rzek wypełniały osady w dolinach rzek. Ta formacja występuje tylko w izolowanych soczewkach o grubości od 50 do 400 stóp (15 do 122 m). Surprise Canyon był nieznany nauce do 1973 roku i można się do niego dostać tylko helikopterem . W tej formacji znajdują się skamieniałe kłody, inny materiał roślinny i muszle morskie. Niezgodność oznacza szczyt Formacji Kanionu Niespodzianki iw większości miejsc ta niezgodność całkowicie usunęła Kanion Niespodzianki i odsłoniła leżącą pod nim Redwall.

Grupa Supai

Grupa Supai z wyrzuconą kłodą po powodzi przed zaporą w kanionie Glen

Niezgodność trwająca od 15 do 20 milionów lat oddziela Grupę Supai od wcześniej zdeponowanej Formacji Redwall. Supai Group została zdeponowana w późnym Missisippie, przez Pennsylvanian i do wczesnego permu , około 320 milionów do 270 milionów lat temu. Zarówno morskie, jak i niemorskie złoża mułu, mułu, piasku i osadów wapiennych zostały położone na szerokiej równinie przybrzeżnej, podobnej do dzisiejszego wybrzeża Zatoki Teksas . Mniej więcej w tym czasie w Kolorado i Nowym Meksyku powstały przodkowe Góry Skaliste, a strumienie przyniosły z nich zerodowany osad do obszaru Wielkiego Kanionu.

Formacje Supai Group w zachodniej części kanionu zawierają wapień, wskazujący na ciepłe, płytkie morze, podczas gdy wschodnia część była prawdopodobnie mulistą deltą rzeki. Formacja ta składa się z czerwonych mułowców i łupków przykrytych brązowymi warstwami piaskowca, które razem osiągają grubość od 600 do 700 stóp (około 200 m). Łupki we wczesnych utworach permu z tej grupy zostały utlenione do jaskrawoczerwonego koloru. Skamieniałości płazów, gadów i bogaty materiał roślinny znajdują się we wschodniej części, a coraz więcej skamieniałości morskich znajduje się w zachodniej części.

Formacje grupy Supai są od najstarszych do najmłodszych (na szczycie każdej występuje niezgodność): Watahomigi (patrz 5a na rysunku 1) to tworzący zbocze szary wapień z kilkoma czerwonymi pasmami chertów, piaskowcem i fioletowym pyłem Grubość od 100 do 300 stóp (30 do 90 m). Manakacha (patrz 5b na ryc. 1) to bladoczerwony piaskowiec i łupki tworzące klify i czerwone łupki, które w Wielkim Kanionie mają średnio 90 m grubości. Wescogame (patrz 5c na rysunku 1) to bladoczerwony piaskowiec i muł tworzący występy i skarpy o grubości od 30 do 60 m (100 do 200 stóp). Esplanada (patrz 5d na ryc. 1) to bladoczerwony piaskowiec i muł tworzący występy i klify, o grubości od 60 do 200 m. Niezgodność oznacza szczyt Supai Group.

Pustelnik, Coconino, Toroweap i Kaibab

Podobnie jak w przypadku grupy Supai Poniżej, na perm zmetamorfizowanych Formowanie pustelnik prawdopodobnie osadza się na szeroki zwykły przybrzeżnych (patrz 6a na figurze 1). Naprzemiennie cienkowarstwowy tlenek żelaza , muł i muł osadzały się przez strumienie słodkiej wody w półpustynnym środowisku około 280 milionów lat temu. W tej formacji znajdują się skamieniałości owadów skrzydlatych, roślin stożkowatych i paproci, a także ślady kręgowców. Jest to miękki, ciemnoczerwony łupek i mułowiec o grubości około 100 do 900 stóp (30 do 274 m). Rozwój zboczy będzie okresowo osłabiał formacje powyżej, a bloki tej skały wielkości od samochodu do domu będą spływały kaskadowo na platformę Tonto. Szczyt tej formacji wyznacza niezgodność.

Zwierzęta podobne do jaszczurek pozostawiły swoje ślady w piaskowcu Coconino

Coconino Sandstone powstał około 275 milionów lat temu, gdy obszar wysechł, a wydmy wykonane z piasku kwarcowego zaatakowały rosnącą pustynię (patrz 6b na ryc. 1). Niektóre Coconino wypełniają głębokie szczeliny błotne w leżącym pod nim łupku pustelnika, a pustynia, z której powstał Coconino, trwała od 5 do 10 milionów lat. Dziś Coconino jest formą klifu o grubości od 57 do 600 stóp (17 do 183 m) w pobliżu krawędzi kanionu. Krzyżowe wzory matowych, drobnoziarnistych, dobrze posortowanych i zaokrąglonych ziaren kwarcu widocznych na klifach są zgodne z eolicznym środowiskiem, ale nie potwierdzają go ostatecznie. Skamieniałe są również ślady stworzeń podobnych do jaszczurek oraz coś, co wygląda jak tropy krocionogów i skorpionów . Szczyt tej formacji wyznacza niezgodność.

Skamieniałości, takie jak ramienionogi i fragmenty liliowców, są powszechne w formacjach Toroweap i Kaibab

Dalej w kolumnie geologicznej znajduje się formacja Toroweap o grubości 200 stóp (60 m) (patrz 6c na rysunku 1). Składa się z czerwonego i żółtego piaskowca oraz szarego łupkowatego wapienia z domieszką gipsu . Formacja została zdeponowana w ciepłym, płytkim morzu, gdy linia brzegowa przekroczyła (najechała) i cofnęła się (wycofała) na ląd. Średni wiek skały wynosi około 273 milionów lat. W dzisiejszych czasach jest to półka i zbocze, które zawiera skamieniałości ramienionogów, koralowców i mięczaków wraz z innymi zwierzętami i różnymi roślinami lądowymi. Toroweap jest podzielony na trzech następujących członków: Seligman jest żółtawym do czerwonawego piaskowca i mułowca tworzącego zbocze. Kanion Brady to szary wapień tworzący klify z dodatkiem chertów . Wood Ranch to stok formujący bladoczerwono-szary mułowiec i dolomitowy piaskowiec. Szczyt tej formacji wyznacza niezgodność.

Jedną z najwyższych, a zatem najmłodszych formacji obserwowanych w rejonie Wielkiego Kanionu jest wapień Kaibab (patrz 6d na ryc. 1). Eroduje się w wąskie klify o grubości od 300 do 400 stóp (90 do 100 m) i zostało położone w ostatnim okresie wczesnego permu, około 270 milionów lat temu, przez postępujące ciepłe, płytkie morze. Formacja jest zwykle wykonana z wapienia piaszczystego osadzonego na warstwie piaskowca. Jest to kremowa do szaro-białej skały, na której stoją goście parku, patrząc na kanion z obu krawędzi. Jest to również skała powierzchniowa pokrywająca większość płaskowyżu Kaibab na północ od kanionu i płaskowyż Coconino bezpośrednio na południe. W tej formacji znaleziono zęby rekina, a także liczne skamieniałości bezkręgowców morskich, takich jak ramienionogi, korale, mięczaki , lilie morskie i robaki. Szczyt tej formacji wyznacza niezgodność.

Depozycja mezozoiczna

Czerwonawe wychodnie Moenkopi poniżej gruzów wulkanicznych na Red Butte

Wypiętrzenie oznaczało początek mezozoiku, a strumienie zaczęły nacinać nowy suchy ląd. Strumienie przepływające przez szerokie, niskie doliny w czasie triasu odkładały się w osadach z pobliskich wyżyn, tworząc niegdyś grubą na 1000 stóp (300 m) formację Moenkopi . Formacja jest zbudowana z piaskowca i łupku łupkowego z warstwami gipsu pomiędzy nimi. Wychodnie Moenkopi znajdują się wzdłuż rzeki Kolorado w Marble Canyon , na Cedar Mountain ( mesa w pobliżu południowo-wschodniej granicy parku) oraz w Red Butte (na południe od Grand Canyon Village ). Pozostałości konglomeratu Shinarump , który sam należy do formacji Chinle , znajdują się powyżej formacji Moenkopi w pobliżu szczytu Red Butte, ale poniżej znacznie młodszej lawy.

Formacje o łącznej grubości ponad 4000 do 5000 stóp (1200 do 1500 m) zostały zdeponowane w regionie w mezozoiku i kenozoiku, ale zostały prawie całkowicie usunięte z sekwencji Wielkiego Kanionu w wyniku późniejszej erozji. Geologia obszaru Zion i Kolob kaniony i geologii obszaru Bryce Canyon rejestruje niektóre z tych formacji. Wszystkie te jednostki skalne tworzą razem super sekwencję skał znaną jako Wielkie Schody .

Kenozoiczne regionalne wypiętrzenie i erozja kanionu

Podniesienie i pobliskie rozszerzenie

Laramide orogeneza dotyczy wszystkich zachodniej części Ameryki Północnej, przyczyniając się do budowania Kordyliery . Kaibab Uplift , Pomnik Upwarp , że Uinta Góry , San Rafael Swell , a Gór Skalistych byli podbudowani, przynajmniej częściowo, przez orogenezy Laramide. To główne wydarzenie związane z budową gór rozpoczęło się pod koniec mezozoiku, około 75 milionów lat temu, i trwało do eocenu w kenozoiku. Było to spowodowane subdukcją zachodniego wybrzeża Ameryki Północnej. Główne uskoki, które biegną z północy na południe i przecinają obszar kanionu, zostały reaktywowane przez to wypiętrzenie. Wiele z tych błędów pochodzi z czasów prekambryjskich i nadal jest aktywnych. Strumienie osuszające Góry Skaliste we wczesnym miocenie kończyły się w basenach bez dostępu do morza w Utah, Arizonie i Nevadzie, ale nie ma dowodów na istnienie głównej rzeki .

Wypiętrzenie płaskowyżu Kolorado zmusiło rzeki do szybszego obcinania.

Około 18 milionów lat temu siły napięcia zaczęły się przerzedzać i zrzucać region na zachód, tworząc prowincję Basin and Range . Baseny ( grabeny ) opadły, a pasma górskie ( zwoje ) powstały między starymi i nowymi uskokami o kierunku północ-południe. Jednak z powodów słabo poznanych, łóżka płaskowyżu Kolorado pozostawały w większości poziome przez oba zdarzenia, nawet gdy zostały podniesione o około 2 mile (3,2 km) w dwóch impulsach. Ekstremalnie zachodnia część kanionu kończy się na jednym z uskoków Basin and Range, Grand Wash, który również wyznacza granicę między dwiema prowincjami.

Wyniesienie z orogenezy Laramide i utworzenie prowincji Basin and Range przyczyniły się do zwiększenia nachylenia strumieni płynących na zachód na płaskowyżu Kolorado. Te strumienie wcinają się w głębokie, rosnące na wschód kanały w zachodnią krawędź płaskowyżu Kolorado i osadzają swój osad w rozszerzającym się regionie Basin and Range.

Według badań z 2012 roku istnieją dowody na to, że zachodni Wielki Kanion może mieć nawet 70 milionów lat.

Rzeka Kolorado: pochodzenie i rozwój

Rifting zaczął tworzyć Zatokę Kalifornijską daleko na południu od 6 do 10 milionów lat temu. Mniej więcej w tym samym czasie zachodnia krawędź płaskowyżu Kolorado mogła się nieznacznie zapadać. Oba zdarzenia zmieniły kierunek wielu strumieni w kierunku ugięcia regionu, a zwiększony gradient spowodował, że znacznie szybciej spadały . Od 5,5 mln do 5 mln lat temu erozja czołowa na północy i wschodzie skonsolidowała te strumienie w jedną główną rzekę i powiązane kanały dopływowe. Rzeka ta, pradawna dolna rzeka Kolorado , zaczęła wypełniać północną odnogę zatoki, która sięgała prawie do miejsca zapory Hoovera , osadami ujściowymi.

Rzeka Kolorado obniżyła się do prawie obecnej głębokości Wielkiego Kanionu o 1,2 miliona lat temu.

W tym samym czasie strumienie płynęły z wyżyn środkowej Arizony na północ i przez dzisiejszy zachodni Wielki Kanion, prawdopodobnie zasilając większą rzekę. Mechanizm, dzięki któremu pradawna dolna rzeka Kolorado uchwyciła ten drenaż i drenaż z większości reszty płaskowyżu Kolorado, nie jest znany. Możliwe wyjaśnienia obejmują erozję czołową lub przerwanie naturalnej tamy jeziora lub rzeki. Bez względu na przyczynę, Dolne Kolorado prawdopodobnie zdobyło śródlądowe Górne Kolorado, gdzieś na zachód od Wzniesienia Kaibab. Znacznie większy obszar drenażu, a jednocześnie bardziej strome nachylenie strumienia pomogło w dalszym przyspieszeniu podcinania.

Epoki lodowcowe w plejstocenie przyniosły regionowi chłodniejszy i wilgotniejszy klimat pluwialny , począwszy od 2 do 3 milionów lat temu. Dodane opady zwiększyły odpływ i zdolność erozyjną strumieni (zwłaszcza przed wiosennymi roztopami i gwałtownymi powodziami latem). Przy znacznie zwiększonej objętości przepływu Kolorado tnie szybciej niż kiedykolwiek wcześniej i zaczęło szybko wykopywać Wielki Kanion 2 miliony lat wcześniej, prawie osiągając współczesną głębokość o 1,2 miliona lat temu.

Powstały w ten sposób Wielki Kanion rzeki Kolorado ma tendencje mniej więcej ze wschodu na zachód na 278 mil (447 km) między Lake Powell i Lake Mead . W tej odległości rzeka Kolorado opada na 2000 stóp (610 m) i wydobyła około 1000 mil sześciennych (4200 km ³ ) osadów, aby uformować kanion. Ta część rzeki przecina wzniesienie Kaibab o wysokości 9000 stóp (2700 m) i mija siedem płaskowyżów (płaskowyże Kaibab , Kanab i Shivwits ograniczają północną część kanionu, a Coconino graniczy z częścią południową). Każdy z tych płaskowyżów jest ograniczony uskokami i monoklinami o kierunku północ-południe, utworzonymi lub reaktywowanymi podczas orogenezy Laramide. Od tego czasu strumienie wpływające do rzeki Kolorado wykorzystują te uskoki do wykopywania własnych kanionów dopływowych, takich jak Kanion Bright Angel.

Aktywność wulkaniczna w zachodnim kanionie

Wulkan Vulcan's Throne nad Lava Falls. Lawa, taka jak ta silnie zerodowana pozostałość, kiedyś zatamowała rzekę Kolorado.

Aktywność wulkaniczna rozpoczęła się na polu wulkanicznym Uinkaret (w zachodnim Wielkim Kanionie) około 3 miliony lat temu. Ponad 150 Przepływy z bazaltowej lawy spiętrzonych rzeki Kolorado przynajmniej 13 razy od 725.000 do 100.000 lat temu. Tamy zwykle tworzyły się w ciągu kilku tygodni, miały od 12 do 86 mil (19 do 138 km) długości, od 150 do 2000 stóp (46 do 610 m) wysokości (grubsze w górę rzeki i cieńsze w dół) i miały objętości od 0,03 do 1,2 mil sześciennych (0,13 do 5,00 km ³ ).

Dyskutowano na temat długowieczności zapór i ich zdolności do zatrzymywania wody z rzeki Kolorado w dużych jeziorach. Według jednej z hipotez woda z rzeki Kolorado cofała się za tamami w dużych jeziorach, które sięgały aż do Moabu w stanie Utah . W krótkim czasie pokonano tamy; te, które miały od 150 do 400 stóp (46 do 122 m) wysokości, zostały pokonane przez ich jeziora w ciągu 2 do 17 dni. Jednocześnie osad wypełnił jeziora za tamami. Osad wypełniłby jezioro za 150-stopową (46-metrową) zaporą w ciągu 10,33 miesięcy, wypełnił jezioro za 1150-stopową (350-metrową) zaporą w ciągu 345 lat i wypełnił jezioro za najwyższą tamą w 3000 lat. Kaskady wody przepływały przez tamę, podczas gdy wodospady wędrowały wzdłuż niej w górę rzeki. Większość zapór lawowych przetrwała od około 10 000 do 20 000 lat. Jednak inni sugerowali, że tamy lawy były znacznie bardziej efemeryczne i zawiodły katastrofalnie, zanim się przepełniły. W tym modelu tamy zawiodłyby z powodu przepływu płynu przez szczeliny w zaporach i wokół przyczółków zapór, przez przepuszczalne osady rzeczne i aluwium .

Od czasu upadku tych zapór rzeka Kolorado wyrzeźbiła maksymalnie około 160 stóp (49 m) w skałach Płaskowyżu Kolorado

Trwająca geologia i wpływ człowieka

Historyczne skały na północnej krawędzi.

Koniec epoki lodowcowej plejstocenu i początek holocenu zaczął zmieniać klimat tego obszaru z chłodnego, mokrego pluwialnego na bardziej suche, półpustynne warunki podobne do dzisiejszych. Przy mniejszej ilości wody do cięcia, zdolność Kolorado do erozyjności została znacznie zmniejszona. W ten sposób procesy masowego marnowania zaczęły nabierać względnie większego znaczenia niż wcześniej. Wystąpiły bardziej strome klify i dalsze poszerzenie Wielkiego Kanionu i jego dopływowego systemu kanionów. Średnio dwa przepływy gruzu rocznie docierają do rzeki Kolorado z kanionów dopływowych, tworząc lub rozszerzając bystrza. Ten rodzaj marnotrawstwa masy jest głównym sposobem transportu osadu przez mniejsze i bardziej strome kaniony boczne, ale odgrywa również ważną rolę w wykopywaniu większych kanionów.

Glen Canyon Dam znacznie zmniejszyła ilość osadów transportowanych przez rzekę Kolorado przez Wielki Kanion.

W 1963 roku Glen Canyon Dam i inne tamy położone dalej w górę rzeki zaczęły regulować przepływ rzeki Kolorado przez Wielki Kanion. Pre-tama ale wciąż historyczne przepływy Kolorado przez Wielki Kanion wahała się od 700 do 100 tysięcy stóp sześciennych (20 do 2832 m ³ ) na sekundę z co najmniej jednego końca 19 wieku powodzi 300.000 stóp sześciennych (8500 m ³ ) na sekundę. Zrzut z tamy Glen Canyon przekracza 48200 stóp sześciennych (1360 m ³ ) na sekundę tylko wtedy, gdy istnieje niebezpieczeństwo przekroczenia tamy lub gdy poziom jeziora Powell musi zostać obniżony. Tymczasowy środek ochrony od 1991 r. Utrzymywał maksymalne przepływy na poziomie 20 000 stóp sześciennych (570 m ³ ) na sekundę, mimo że elektrownia zapory może obsłużyć 13 200 stóp sześciennych (370 m ³ ) na sekundę więcej przepływu.

Kontrolowanie przepływu rzeki za pomocą zapór zmniejszyło zdolność rzeki do czyszczenia skał, znacznie zmniejszając ilość niesionego przez nią osadu. Tamy na rzece Kolorado również zmieniły charakter wód rzecznych. Niegdyś błotnista i ciepła rzeka jest teraz czysta i średnia temperatura wynosi 46 ° F (8 ° C) przez cały rok. Powodzi doświadczalnych zbliża się 48,200 stóp sześciennych (1,360 m ³ ), na drugim poziomie wymienionych powyżej zostały przeprowadzone w latach 1996 i 2004 w celu zbadania wpływu na erozję i odkładanie osadu.

Wielki Kanion leży na południowym krańcu pasa sejsmicznego Intermountain West . Co najmniej 35 trzęsień ziemi większych niż 3,0 w skali Richtera wystąpiło w regionie Wielkiego Kanionu w XX wieku. Spośród nich pięć zarejestrowanych powyżej 5,0 w skali Richtera, a największe to trzęsienie o 6,2, które miało miejsce w styczniu 1906 r. Główne uskoki przecinające kanion, przebiegające mniej więcej z północy na południe, to (z zachodu na wschód), Grand Wash, Hurricane i Toroweap. Główne układy pęknięć o kierunku północno-wschodnim normalnych uskoków przecinających kanion obejmują West Kaibab i Bright Angel, podczas gdy systemy o tendencji północno-zachodniej obejmują Grandview-Phantom. Większość trzęsień ziemi w tym regionie występuje w wąskim paśmie o kierunku północno-zachodnim między Mesa Butte i układami szczelin w Zachodnim Kaibabie. Wydarzenia te są prawdopodobnie wynikiem rozciągania skorupy migrującej na wschód, które może ostatecznie przejść przez obszar Wielkiego Kanionu.

Trail of Time i Yavapai Geology Museum

Szlak czasu Wielkiego Kanionu - Pofałdowany łupek Wisznu w piwnicy.

Trail of Time jest odkryty geologia wystawowa i ścieżka na South Rim Grand Canyon National Park . Każdy metr pokonany na szlaku to milion lat historii geologicznej Wielkiego Kanionu. Brązowe znaczniki na szlaku wskazują Twoją lokalizację w czasie. Szlak zaczyna się w Yavapai Geology Museum 2 miliardy lat temu, a kończy w Verkamp's Visitor Center. Po drodze znajdują się próbki skał Kanionu, jakie można spotkać na drodze od rzeki do krawędzi, oraz wyświetlacze wyjaśniające geologiczną historię Kanionu. Szlak został otwarty pod koniec 2010 roku.

Yavapai Geology Museum to trójwymiarowe modele, fotografie i eksponaty, które pozwalają odwiedzających park, aby zobaczyć i zrozumieć skomplikowaną historię geologiczną tego obszaru. Budynek muzeum, historyczna stacja obserwacyjna Yavapai (zbudowana w 1928 roku), położona 1,6 km na wschód od Market Plaza, oferuje rozległe widoki na kanion. Księgarnia oferuje różnorodne materiały o okolicy.

Zobacz też

• Geologia płaskowyżu Kolorado
• Wielkie schody , do stratygrafii regionalnej

Notatki i oś czasu

Oś czasu (miliony lat)

Bibliografia

Bibliografia

Linki zewnętrzne

• US National Park Service (Departament Spraw Wewnętrznych) - Park Narodowy Wielkiego Kanionu:

• Natura i nauka
• Formacje geologiczne
• The Grand Age of Rocks: The Numeric Ages for Rocks Exposed in Grand Canyon
• Galeria zdjęć formacji Bright Angel

• Geologiczna oś czasu Wielkiego Kanionu na PBS.org
• Interaktywna hipermedia - korelacja geologii kanionu z fugą Bacha [Flash]