Геология национального парка Зайон, Юта

Введение

Геология национального парка Сион в штате Юта

Геология района каньонов Сион и Колоб включает в себя девять известных обнажённых формаций, все из которых можно увидеть в национальном парке Сион в американском штате Юта. Вместе эти формации представляют собой около 150 миллионов лет преимущественно мезозойской седиментации в этой части Северной Америки. Являясь частью суперпоследовательности скальных единиц, называемой Большой лестницей, формации, обнажённые в районе Сион и Колоб, были отложены в различных средах, от теплых мелководных морей формаций Кайбаб и Моенкопи, ручьев и озёр формаций Чинле, Моэнаве и Кайента, до обширных пустынь формаций Навахо и Темпл Кэп и прибрежных зон формации Кармель. Последующее поднятие Колорадского плато медленно подняло эти формации значительно выше уровня их первоначального залегания. Это увеличило уклон древних рек и других потоков на плато. Ускорившиеся потоки использовали поднятие и трещины в скалах для удаления всех формаций кенозойского возраста и прорезания ущелий в плато. Каньон Сион был прорезан Северной ветвью реки Виргин именно таким образом. В завершающей стадии этого процесса лавовые потоки и шлаковые конусы покрыли части территории. Национальный парк Сион включает в себя возвышенное плато, состоящее из осадочных формаций, которые плавно опускаются к востоку. Это означает, что самые древние слои обнажены вдоль реки Виргин в части каньона Сион, а самые молодые – в части каньонов Колоб. Плато ограничено с востока зоной разлома Сивир и с запада зоной разлома Харрикейн. Выветривание и эрозия вдоль северных разломов и трещин влияют на формирование ландшафтных элементов, таких как каньоны, в этом регионе.

Большая лестница и подвальные камни

Большая лестница – это огромная последовательность осадочных слоев, простирающаяся на юг от национального парка Брайс-Каньон через национальный парк Сион и до Гранд-Каньона. В этой последовательности, самое древнее обнажённое образование в районе каньонов Сион и Колоб – это самое молодое обнажённое образование в Гранд-Каньоне – известняк Кайбаб. Каньон Брайс, расположенный к северо-востоку, продолжает геологическую историю районов Сион и Колоб, демонстрируя породы кенозойского возраста. Фактически, самое молодое образование, наблюдаемое в районе Сион и Колоб, является самым древним обнажённым образованием в Брайс-Каньоне – песчаник Дакота. В пермский период территория Сиона и Колоб представляла собой относительно плоскую впадину вблизи уровня моря на западном краю суперконтинента Пангея. Осадки из окружающих гор увеличивали нагрузку на впадину, поддерживая её на примерно одинаковой высоте. Эти осадки впоследствии литифицировались (превратились в горные породы), образовав формацию Торовеап, которая сейчас обнажена в Гранд-Каньоне на юге, но отсутствует в районе Сион и Колоб. Эта формация не обнажена в пределах парка, хотя и составляет его фундамент.

Кайбабский известняк (верхний пермский)

В позднем пермском времени в бассейн Торуип вторгся теплый, мелководный край огромного океана Панталасса, который местные геологи называют морем Кайбаб. В то время Юта и Вайоминг находились вблизи экватора на западном краю суперконтинента Пангея. Начиная с 260 миллионов лет назад, желтовато-серый известняк, богатый ископаемыми, Кайбабского известняка отлагался в виде известнякового ила в тропическом климате. В это время процветали губки, такие как Actinocoelia meandrina, которые затем оказывались погребенными в известковой грязи, а их внутренние кремнеземные иглы (спикулы) растворялись и перекристаллизовывались, образуя прерывистые слои светлоокрашенного хрусталя. В парке это образование можно найти в скалах Харрикейн над центром для посетителей каньонов Колоб и в уступе вдоль межштатной автомагистрали 15, огибающей парк. Это то же самое образование, что обрамляет Большой Каньон с юга. Дальше на запад, над зоной субдукции, сформировался сложный островной дугообразный комплекс. На востоке, в западном Колорадо, горный хребет, подобный современным Гималаям, называемый горами Ункомпагре, граничил с низменностями Юты. Прогрессирующая береговая линия откладывала илистые дельтовые отложения, которые смешивались с известняковыми морскими отложениями. Окаменелые растения и животные в формации Моенкопи свидетельствуют об изменении климата в сторону теплого тропического климата, который, возможно, испытывал муссонные, влажные и сухие условия. Красный каньонный конгломерат, базальный член формации Моенкопи, заполняет широкие палеоканалы, вырезанные в известняке Кайбаб и текущие на восток. Некоторые из этих каналов достигают нескольких десятков футов в глубину и могут достигать 200 футов (61 м) в районе Сент-Джордж. Также было обнаружено относительно большое количество урановой руды, такой как карнотит и другие ураносодержащие минералы. Фиолетовый, розовый, синий, белый, желтый, серый и красный Чинле также содержит сланцы, гипс, известняк, песчаник и кварц. Оксиды железа, марганца и сульфид меди часто встречаются в промежутках между галькой. Фиолетовые склоны, состоящие из Чинле, можно увидеть над городом Роквилл. Песок, гравий и окаменелое дерево, из которых состоят эти отложения, позже были прочно сцементированы растворенным кремнеземом (вероятно, из вулканического пепла с запада) в грунтовых водах. Большая часть яркой окраски Чинле обусловлена образованием почвы в позднем триасе. Нижний член Чинле, Шинармп, состоит из белого, серого и коричневого конгломерата, образованного грубым песчаником и тонкими линзами песчаного алеврита, а также обильным окаменелым деревом. Шинармп откладывался в переплетающихся ручьях, протекавших через долины, эродированные в основной формации Моенкопи. Окаменелые следы динозавров из сауроподов были найдены в этом образовании возле левого притока Норт-Крик. Горы в Неваде и Калифорнии продолжали подниматься в нижнем юрском периоде, поскольку движения плит заставили Северную Америку двигаться на север. В конечном итоге это создало дождевую тень и привело к широко распространенной опустыниванию. В юрском периоде климат Колорадского плато становился все более засушливым, пока 388 000 квадратных километров западной части Северной Америки не превратились в огромную пустыню, похожую на современную Сахару. Навахо является наиболее заметным образованием, обнаженным в каньоне Зион, с самыми высокими выходами на Западном Храме и Чекерборд-Меса. Разломы в Мексиканском заливе помогли южной части бассейна опуститься, что позволило морской воде продвигаться на север. В то же время береговая линия продвинулась вглубь страны из арктического региона. Моря многократно поднимались и отступали в течение мелового периода, пока один из самых обширных внутренних морских путей, называемый Западным внутренним морским путем, не затопил большую часть западной части Северной Америки от Мексиканского залива до Северного Ледовитого океана. Небольшой остаток формации Дакота обнажен на вершине горы Конный ранч высотой 2672 метра (фото). Напряженные силы, формирующие бассейн и физиогеографическую провинцию на западе около 20–25 миллионов лет назад в третичном периоде, создали два разлома, ограничивающих плато Маркагунт (которое лежит в основе парка): разлом Севьер на востоке и разлом Харрикейн на западе. Зона разлома Харрикейн — это крупный, активный, круто падающий на запад нормальный разлом, простирающийся по крайней мере на 250 километров от юга Большого Каньона на север до Сидар-Сити, штат Юта. Вдоль южной границы парка тектоническое смещение вдоль этого разлома составляет около 1098 метров. Лава проникла в Coalpits и Scoggins Washes на юге и накопилась до глубины более 122 метров в долине реки Вирджин, предшествующей нынешнему городу-призраку Графтон, штат Юта. Вода запрудилась за двумя завалами, образовав соответственно озера Коалпитс и Графтон. Озеро Графтон было самым большим из по крайней мере 14 озер, которые периодически образовывались в парке (большинство из них образовались в результате оползней; см. ниже). Более поздние потоки возрастом менее 10 000 лет происходили к северу от Зиона и к востоку от национального монумента Сидар-Брейкс.

In later Permian time, the Toroweap Basin was invaded by the warm, shallow edge of the vast Panthalassa ocean in what local geologists call the Kaibab Sea. At that time, Utah and Wyoming were near the equator on the western margin of the supercontinent Pangaea. Starting 260 million years ago, the yellowish gray limestone of the fossil rich Kaibab Limestone was laid down as a limy ooze in a tropical climate. During this time, sponges, such as Actinocoelia meandrina, proliferated, only to be buried in lime mud and their internal silica needles (spicules) dissolved and recrystallized to form discontinuous layers of light colored chert. In the park, this formation can be found in the Hurricane Cliffs above the Kolob Canyons Visitor Center and in an escarpment along Interstate 15 as it skirts the park. This is the same formation that rims the Grand Canyon to the south. Farther to the west, a complex island arc assemblage formed above a subduction zone. To the east, in western Colorado, a mountain range similar to today's Himalayas called the Uncompahgre Mountains bordered the Utah lowland. A prograding shoreline laid down muddy delta sediments which mixed with limy marine deposits. The fossilized plants and animals in the Moenkopi are evidence of a climate shift to a warm tropical setting that may have experienced monsoonal, wet dry conditions. The Red Canyon Conglomerate, the basal member of the Moenkopi, fills broad east flowing paleochannels carved into the Kaibab Limestone. Some of these channels are up to several tens of feet deep and may reach 200 ft (61 m) deep in the St. George area. Relatively plentiful uranium ore, such as carnotite and other uranium bearing minerals, has also been found. The purple, pink, blue, white, yellow, gray, and red colored Chinle also contains shale, gypsum, limestone, sandstone, and quartz. Iron, manganese oxides and copper sulfide are often found filling gaps between pebbles. Purplish slopes made of the Chinle can be seen above the town of Rockville. The sand, gravel, and petrified wood which made up these deposits were later strongly cemented by dissolved silica (probably from volcanic ash from the west) in groundwater. Much of the bright coloration of the Chinle is due to soil formation during the Late Triassic. The lowermost member of the Chinle, the Shinarump, consists of a white, gray, and brown conglomerate made of coarse sandstone, and thin lenses of sandy mudstone, along with plentiful petrified wood. The Shinarump was laid down in braided streams that flowed through valleys eroded into the underlying Moenkopi Formation. Fossilized dinosaur footprints from sauropods have been found in this formation near the Left Fork of North Creek. Mountains in Nevada and California continued to rise in the Lower Jurassic as plate motions forced North America
northward. Eventually, this created a rain shadow and brought widespread desertification. in the Jurassic the Colorado Plateau area's climate increasingly became arid until 150,000 square miles (388,000 km2) of western North America became a huge desert, not unlike the modern Sahara. Navajo is the most prominent formation exposed in Zion Canyon with the highest exposures being West Temple and Checkerboard Mesa. Rifting in the Gulf of Mexico helped the southern end of the basin to subside, which allowed marine water to advance northward. At the same time, the shoreline advanced inland from the Arctic region. The seas advanced and retreated many times during the Cretaceous until one of the most extensive interior seaways ever, called the Western Interior Seaway, drowned much of western North America from the Gulf of Mexico to the Arctic Ocean. A small remnant of the Dakota is exposed on top of the 8766 feet (2672 m) high Horse Ranch Mountain (photo). Tensional forces forming the Basin and Range physiogeographic province to the west about 20 to 25 million years ago in Tertiary time created the two faults that bound the Markagunt Plateau (which underlies the park): the Sevier Fault on the east and the Hurricane Fault on the west. The Hurricane fault zone is a major, active, steeply west dipping normal fault that stretches at least 155 miles (250 km) from south of the Grand Canyon northward to Cedar City, Utah. Along the southern boundary of the park, tectonic displacement along this fault is about 3,600 ft (1,098 m). The lava traveled into Coalpits and Scoggins Washes to the south and accumulated to a depth of over 400 ft (122 m) in the ancestral Virgin River valley near the present day ghost town of Grafton, Utah. Water impounded behind the two blockages, forming Coalpits Lake and Lake Grafton respectively. Lake Grafton was the largest of at least 14 lakes that have periodically formed in the park (most were from landslides; see below). More recent flows of less than 10,000 years in age occurred north of Zion and east of Cedar Breaks National Monument.

Эрозия и образование каньонов

Продолжалось углубление русла реки, одновременно с процессами формирования каньонов, такими как массовые сдвиги. Богатые осадком и абразивные воды во время половодий подмывали скалы, пока вертикальные плиты породы не отрывались. Этот процесс особенно эффективен для вертикально трещиноватого песчаника Навахо. Все типы эрозии использовали существующие слабости в породе, такие как тип породы, степень литификации и наличие трещин или разломов. Базальтовые потоки концентрировались в долинах, но последующая эрозия удалила осадочные породы, которые ранее располагались на больших высотах. В результате образовался инвертированный рельеф, состоящий из хребтов, увенчанных базальтом, разделенных прилегающими водотоками. Скорость углубления русла очень высока, примерно такая же, как во время наиболее интенсивной эрозии в Гранд-Каньоне. В этом районе периодически происходят слабые и умеренные землетрясения, которые часто вызывают оползни. Например, 2 сентября 1992 года землетрясение магнитудой 5,8 по шкале Рихтера вызвало обрушение 14 миллионов кубических метров, в основном формации Моэнаве, вниз по склону на слабый глинистый сланец члена Перифицированного леса формации Чинле. Эпицентр землетрясения находился на разломе Вашингтон, примерно в 48 км к юго-западу. Три дома и два резервуара с водой были разрушены, когда склон, на котором они были построены, опустился на 30 метров и в течение нескольких часов распространился в стороны на аналогичное расстояние. Оползень виден сразу за въездом в парк в Спрингдейле, штат Юта.