Геология национального парка Брайс-Каньон и Большой лестнице
Geology of the Bryce Canyon area
Геология Брайс-Каньона, Юта: от древнего моря до живописных амфитеатров. История осадконакопления мелового и кайнозойского периодов, влияние Ларамидской складчатости.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Геология района в Юте
Geology of the area in Utah
Геология района Брайс-Каньона в Юте демонстрирует летопись осадконакопления, охватывающую последнюю часть мелового периода и первую половину кайнозойской эры в этой части Северной Америки. Древняя осадочная обстановка в районе нынешнего Национального парка Брайс-Каньон варьировалась от теплого мелководья (известного как Меловой морской путь), где накапливались песчаник Дакота и тропический сланец, до прохладных рек и озер, которые поставляли осадочный материал для формирования красочного образования Кларон, доминирующего в амфитеатрах парка. Другие формации также образовались, но в основном были разрушены после поднятия, последовавшего за орогенией Ларами, начавшейся около 70 миллионов лет назад (Мя). Это событие подняло Скалистые горы далеко на востоке и привело к отступлению моря, покрывавшего район Брайс-Каньона. После завершения горообразования Ларами, примерно 15 миллионов лет назад, значительная часть западной Северной Америки начала растягиваться, формируя близлежащий рельеф Бассейна и Хребта. Район Брайса был поднят как часть Высоких плато теми же силами. Поднятие Колорадского плато и открытие Калифорнийского залива около 5 миллионов лет назад изменили систему стока реки Колорадо и ее притоков, включая реку Пария, которая врезается вглубь между двумя плато, прилегающими к парку. Поднятие привело к образованию вертикальных трещин, которые впоследствии подверглись избирательной эрозии, сформировав отдельно стоящие пики, известные как худу, бадленды и монолиты, которые мы видим сегодня. Формации, обнаженные в районе парка, являются частью Большой лестницы. Самые древние слои этой суперпоследовательности горных пород обнажены в Гранд-Каньоне, промежуточные – в Национальном парке Зайон, а самые молодые – в районе Брайс-Каньона. Некоторое перекрытие слоев наблюдается в каждом парке и вокруг них.
The exposed geology of the Bryce Canyon area in Utah shows a record of deposition that covers the last part of the Cretaceous Period and the first half of the Cenozoic era in that part of North America. The ancient depositional environment of the region around what is now Bryce Canyon National Park varied from the warm shallow sea (called the Cretaceous Seaway) in which the Dakota Sandstone and the Tropic Shale were deposited to the cool streams and lakes that contributed sediment to the colorful Claron Formation that dominates the park's amphitheaters. Other formations were also formed but were mostly eroded following uplift from the Laramide orogeny which started around 70 million years ago (Mya). This event raised the Rocky Mountains far to the east and caused the retreat of the sea that covered the Bryce Canyon area. After Laramide mountain building came to an end, about 15 mya, a large part of western North America began to be stretched into the nearby Basin and Range topography. The greater Bryce area was uplifted as part of the High Plateaus by the same forces. Uplift of the Colorado Plateaus and the opening of the Gulf of California by 5 mya changed the drainage of the Colorado River and its tributaries, including the Paria River, which is eroding headward between two plateaus adjacent to the park. The uplift caused the formation of vertical joints which were later preferentially eroded to form the free standing pinnacles called hoodoos, badlands, and monoliths we see today. The formations exposed in the area of the park are part of the Grand Staircase. The oldest members of this super sequence of rock units are exposed in the Grand Canyon, the intermediate ones in Zion National Park, and its youngest parts are laid bare in Bryce Canyon area. A small amount of overlap occurs in and around each park.
Большая лестница
Склоны, обнаженные в Брайс-Каньоне, примерно на 100 миллионов лет моложе, чем в соседнем Национальном парке Сион, а склоны в Сионе моложе, чем в Большом каньоне, расположенном южнее. Тем не менее, между всеми тремя парками присутствуют общие геологические слои, формирующие суперпоследовательность, которую геологи называют «Великая лестница». Вместе геологические образования «Великой лестницы» отражают почти 2000 миллионов лет истории Земли. Формации Брайс-Каньона – самые молодые из известных слоев в «Великой лестнице». Более молодые геологические слои, если они когда-либо существовали, были разрушены эрозией.
The rocks exposed in Bryce Canyon are about 100 million years younger than those in nearby Zion National Park, and the rocks exposed in Zion are younger than those in the Grand Canyon to the south. There are, however, shared rock units between all three, creating a supersequence of formations that geologists call the Grand Staircase. Together the formations of the Grand Staircase record nearly 2000 million years of the Earth's history. Bryce Canyon's formations are the youngest known units in the Grand Staircase. Younger rock units, if they ever existed, have been removed by erosion.
Заранее
В меловом периоде мелкий морской пролив распространялся вглубь Северной Америки от Мексиканского залива на юге до Юты, а затем до Северного Ледовитого океана на крайнем севере. Геологи называют этот мелководный пролив Меловым морским проливом или Западным внутренним морским проливом. Пролив разделил Северную Америку на две части: восточную, где доминировали уже древние Аппалачские горы, и западную, состоящую преимущественно из всё ещё формирующихся гор Севьер. По мере перемещения береговой линии район Брайса попеременно оказывался частью суши Севьер и погружался в Меловой морской пролив. В результате друг на друга налегали чередующиеся слои неморских, приливных и морских отложений. Конгломерат, глинистый сланец и богатый окаменелостями песчаник, общая толщина которых достигает 91 метра, свидетельствуют о наступлении Мелового морского пролива. Он несогласно залегает на гораздо более древних формациях юрского периода, которые не обнажены в непосредственной близости (подробности о этих более древних отложениях см. в разделе о геологии каньонов Зайон и Колоб). Грязь и ил откладывались поверх формации Дакота по мере того, как пролив становился глубже и спокойнее в этом районе. Его члены отражают различные стадии этого процесса. Образующий скалы песчаник члена Тиббетского каньона последовательно отложился поверх сланца Тропик в мелководных морских и, позднее, прибрежных условиях. Сланцы и песчаники из члена Смоки-Холлоу отложились поверх его базального слоя, богатого углем, в прибрежных болотах и лагунах на берегу пролива. В то время как чередующиеся слои сланца и песчаника, перемежающиеся с мощными угольными пластами члена Джона Генри, накапливались в болотах, лагунах и речных отложениях, один из членов, Drip Tank, в районе Брайс-Каньона не встречается. Сжатие, вызванное событиями Ларамида, деформировало земную кору в этом районе, образовав антиклизу Брайс-Каньона с углом наклона до 5°. Все формации Канаан Пик, Пайн Холлоу, Кайпаровитс и Уэйп, а также часть лежащей ниже формации Страйт Клифс были удалены с вершины антиклизы эрозией до отложения формации Кларон. Таким образом, на вершине антиклизы наблюдается угловое несоответствие. Парк также расположен на западном, пологим склоне гораздо более крупного поднятия Кайбаб, которое также сформировалось в результате событий Ларамида. Изменения климата и циклы приводили к расширению и сокращению озер в этой системе с течением времени. В результате они оставили слои различной толщины и состава, наложенные друг на друга. Вулканический пепел и лава из этих потоков находятся менее чем в 32 км от Брайс-Каньона, но, по крайней мере, часть вулканического материала, вероятно, была отложена непосредственно на территории парка, а затем удалена эрозией.
In the Cretaceous, a shallow seaway spread into the interior of North America from the Gulf of Mexico in the south into Utah and later to the Arctic Ocean in the far north. Geologists call this shallow sea the Cretaceous Seaway or Western Interior Seaway. The seaway divided North America into two halves: an eastern portion dominated by the already ancient Appalachian Mountains and a western part composed primarily of the still growing Sevier Mountains; As the shoreline moved back and forth, the Bryce area alternated from being part of the Sevier landmass to being under the Cretaceous Seaway. Alternating layers of nonmarine, intertidal, and marine sediments lay on top of each other as a result. Conglomerate, siltstone, and fossil rich sandstone that together are up to 300 feet (91 m) thick mark the arrival of the Cretaceous Seaway. It sits unconformably on much older Jurassic formations that are not exposed in the immediate area (see geology of the Zion and Kolob canyons area for a discussion about these older sediments). Mud and silt were deposited on top of the Dakota Formation as the seaway became deeper and calmer in the area. Its members represent various stages in this process. The cliff forming sandstone of the Tibbet Canyon Member was conformably deposited on top of the Tropic Shale in shallow marine and later near shore environments. Shale and sandstone from the Smoky Hollow Member were deposited on top of its basal layer of coal rich mudstone in coastal swamps and lagoons on the shore of the seaway. While the alternating layers of shale and sandstone mixed with massive coal deposits of the John Henry Member were laid down in swamps, lagoons and fluvial environments, one member, the Drip Tank, is not found in the Bryce Canyon area. Compression from the Laramide event deformed the land in the area to form the up to 5° dipping Bryce Canyon Anticline. All of the Canaan Peak, Pine Hollow, Kaiparowits, and Waheap formations, along with part of the underlying Straight Cliffs, were removed from the anticline's crest by erosion before the Claron Formation was deposited. An angular unconformity therefore exists along the anticline's crest. The park also sits on the western gently dipping flank of the much larger Kaibab uplift, which was also formed as a result of the Laramide. Climate change and cycles caused the lakes in the system to expand and shrink through time. As they did so, they left beds of differing thickness and composition stacked atop one another; Volcanic ash and lava from these flows are found less than 20 mile (32 km) from Bryce Canyon but at least some volcanic material was likely deposited directly in the park area only to be later removed by erosion.
Формирование высоких плато
Более молодые горные породы отлагались, но в основном были удалены последующим поднятием и ускоренной эрозией. Выходы этих образований можно найти в северной части парка и в нескольких местах на краю плато. Среди них – мощный конгломерат Боат-Меса олигоценового или миоценового возраста и формация реки Севьер плиоценового – раннеплейстоценового возраста. Боат-Меса состоит главным образом из конгломератов с небольшим количеством песчаника и известняка из озерных отложений, представляющих собой речные и пойменные наносы. Длинные разломы с северо-южной продольной осью были либо вновь образованы, либо реактивированы из более древних, существовавших ранее разломов; плато поднималось с одной стороны каждого разлома, а долины опускались с другой по мере растяжения земной коры в восточно-западном направлении. Восходящая эрозия одного из притоков, реки Пария, происходила в направлении северо-северо-запад к тому, что сейчас является амфитеатром Пария. Река прокладывала путь примерно параллельно и к востоку от разлома Паунсаугант. Эрозия, вызванная снегом и дождем, выпадающими непосредственно на восточный край плато Паунсаугант, формирует овраги, которые расширяются в ниши и амфитеатры, в то время как дифференциальная эрозия и морозное выветривание создают худу. Потоки на плато не способствуют образованию ниш или амфитеатров, поскольку они оттекают от края плато. Морозное выветривание использует и расширяет почти вертикальные плоскости трещин, разделяющие Розовый член формации Кларон. Горизонтально слои глинистого сланца, конгломерата и алеврита прерывают известняк. Эти слои более устойчивы к воздействию угольной кислоты и поэтому могут служить защитными «шапками» для гребней, окон и худу. Многие из более прочных худу увенчаны разновидностью известняка, богатого магнием, называемого доломитом. Доломит растворяется гораздо медленнее и, следовательно, защищает лежащий под ним более слабый известняк. Однако те же процессы, которые создают худу, в конечном итоге приведут и к их разрушению. В случае Брайс-Каньона скорость эрозии худу составляет 0,6–1,3 м каждые 100 лет. По мере продолжения эрозии каньона в западном направлении он в конечном итоге (через примерно 3 миллиона лет) захватит водосбор Восточной вилки реки Севьер. Когда эта река протечет через амфитеатр Брайса, она станет доминировать в эрозионном процессе, заменяя худу V-образным каньоном и крутыми скальными стенами, типичными для выветривания и эрозионных форм, создаваемых реками. Предвестие этого можно наблюдать в Водном каньоне, проходя по тропе Мосси-Кейв. Отводящий канал отводит часть воды Восточной вилки реки Севьер через этот участок парка уже более 100 лет.
Younger rock units were laid down but were mostly removed by subsequent uplift accelerated erosion. Outcrops of these formations can be found in the northern part of the park and in a few places on the plateau rim. Among these are the thick Oligocene or Miocene aged Boat Mesa Conglomerate and the Pliocene to early Pleistocene aged Sevier River Formation. The Boat Mesa is made mostly of conglomerates with minor amounts of sandstone and some limestone from lakes, representing stream and overbank flood deposits. Long, north–south trending normal faults were either newly created or reactivated from older pre existing faults; a plateau rose on one side of each fault while valleys subsided on the other as the crust was extended in an east–west direction. Headward erosion of one of those tributaries, the Paria River, eroded north northwestward toward what is now Paria Amphitheater. The river took a route roughly parallel to and east of the Paunsaugunt Fault. Erosion from snow and rain that fall directly on the east facing rim of the Paunsaugunt Plateau forms gullies that widen into alcoves and amphitheaters while differential erosion and frost wedging create the hoodoos. Streams on the plateau do not contribute to the formation of alcoves or amphitheaters because they flow away from the rim. Frost wedging exploits and widens the nearly vertical joint planes that divide the Pink Member of the Claron Formation. Internal layers of mudstone, conglomerate and siltstone interrupt the limestone horizontally. These layers are more resistant to attack by carbonic acid and they can therefore act as protective capstones of fins, windows and hoodoos. Many of the more durable hoodoos are capped with a type of magnesium rich limestone called dolomite. Dolomite dissolves at a much slower rate, and consequently protects the weaker limestone underneath. However, the same processes that create hoodoos will also eventually destroy them. In the case of Bryce Canyon, the hoodoos' rate of erosion is 2–4 feet (0.6–1.3 m) every 100 years. As the canyon continues to erode to the west it will eventually capture (in perhaps 3 million years) the watershed of the East Fork of the Sevier River. Once this river flows through Bryce Amphitheater it will dominate the erosional pattern; replacing hoodoos with a V shaped canyon and steep cliff walls typical of the weathering and erosional patterns created by rivers. A foreshadowing of this can be observed in Water Canyon while hiking the Mossy Cave Trail. A diversion canal has been taking a portion of the East Fork of the Sevier River through this section of the park for over 100 years.