Введение
Геология района Гранд-Тетон включает в себя одни из самых древних пород и один из самых молодых горных хребтов в Северной Америке. Тетонский хребет, частично расположенный в Национальном парке Гранд-Тетон, начал формироваться около 9 миллионов лет назад. Более древняя структура, Джексон-Хоул, представляет собой впадину, расположенную рядом с хребтом. Метаморфические породы возрастом 2,5 миллиарда лет, составляющие восточный склон Тетон, имеют морское происхождение и содержат некоторые вулканические отложения. Те же самые породы сегодня погребены глубоко под Джексон-Хоулом. Палеозойские породы отлагались в теплых мелководных морях, а мезозойские отложения чередовались между морскими и континентальными осадочными породами, при этом в конце этой эры кредовый морской пролив периодически покрывал эту территорию.
Прекембрийское осаждение, метаморфизм и вторжение
Возможно, 3 миллиарда лет назад в докембрийское время песок, известковый ил, глина и алеврит отлагались в морской впадине (точная датировка невозможна из-за последующей частичной рекристаллизации образовавшейся породы). Между этими слоями находились вулканические отложения, вероятно, из островной дуги. Эти осадочные породы позже литифицировались в песчаники, известняки и различные сланцы. Эти породы находились под поверхностью, когда около 2,8–2,7 миллиардов лет назад орогении (эпизоды горообразования) интенсивно скрутили и метаморфизовали их, образовав чередующиеся светлые и тёмные полосы гнейса и сланца. Сегодня эти породы преобладают на восточном склоне хребта Тетон, и хорошие примеры легко видны в Каньоне Смерти и других каньонах. Образовавшийся зелёный или чёрный серпентин использовался коренными американцами для изготовления чаш. Около 2,5 миллиардов лет назад в старые породы проникли пятна магмы, образовав плутоны гранитных пород. Обширные обнажения этих пород встречаются в центральной части хребта. Примерно 1,3–1,4 миллиарда лет назад в позднем прекамбрии также вторглись толстые чёрные диабазовые дайки, сформировав заметные вертикальные дайки, которые сегодня можно увидеть на склонах горы Моран и Среднего Тетона (дайка на горе Моран высотой 46 м). Некоторые из крупных даек видны из районов озёр Дженни и Стринг. Более 700 миллионов лет прошло между вторжением чёрных даек и отложением первых палеозойских осадочных пород. Докембрийские породы были подняты в этот период в геологической летописи, известный как несогласие; подвергшись эрозии, они постепенно сгладились до почти безрельефной равнины, возможно, напоминающей обширные равнинные области, где подобные докембрийские породы сейчас обнажены в центральной и восточной Канаде. В конце докембрийского периода, около 600 миллионов лет назад, равнина медленно опустилась, и место будущего хребта Тетон исчезло под мелководными морями, которые периодически омывали его в течение следующих 500 миллионов лет.
На берегу мелкого моря
В начале кембрийского периода неглубокий пролив, называемый Кордильерской впадиной, простирался от южной Калифорнии на северо-восток через Неваду в Юту и Айдахо. Обширная, пологая равнина, сложенная породами докембрийского периода, на востоке дренировалась медленными реками, текущими на запад и несущими песок и ил в море. Местоположение хребта Тетон было частью этой равнины. Медленное опускание суши привело к постепенному распространению моря на восток в среднем кембрии, затопив равнину докембрийского периода. Песок накапливался вдоль пляжей, как это происходит и сегодня. По мере продвижения моря дальше на восток, ил откладывался на затопленный пляжный песок. В районе Тетон самым древним песчаным отложением является мощный песчаник Флэтхед. Региональное поднятие в позднем меловом периоде привело к отступлению пролива и превратило район Гранд-Тетон в низменную прибрежную равнину, которую посещали динозавры (окаменелый трицератопс был найден к востоку от парка вблизи перевала Тогвути). В конечном итоге, после последнего отступления моря, из болот и торфяников образовались угольные пласты. Выходы угля можно найти вблизи заброшенных шахт внутри и за пределами восточной границы парка. Выходы более древних формаций мезозойского возраста можно обнаружить к северу, востоку и югу от парка.
В Сандэнс-Си обнаружены более старые месторождения
Большая часть базального слоя мезозойской последовательности состоит из пород формации Чугвотер мощностью более 1000 футов (305 м), мягких, ярко-красного цвета и триасового возраста. Распространение трещин высыхания, окаменелых рептилий и амфибий указывает на отложение в приливной равнине с морем в нескольких километрах к юго-западу от Джексон-Хоул. Отложения испарителей, представленные несколькими слоями белого гипса (сульфата кальция), вероятно, образовались после того, как небольшие водоемы соленой воды были отрезаны от моря. Небольшое количество оксида железа придает породам красный цвет, а формация подвергается эрозии, образуя живописные холмы к востоку и югу от парка. С началом юрского периода ветер разнес песок лососево-красного цвета по красноцветным породам формации Чугвотер, формируя песчаник Наггет. В свою очередь, песчаник Наггет был погребен отложениями тонкой красной сланцы и толстого гипса формации Гипсовых источников. Позднее теплое, илистое, мелководное море, изобилующее морскими моллюсками, известное как Сандэнсское море, начало распространяться от Аляски на юг до Вайоминга. Было отложено более 500 футов (152 м) мягкого серого сланца, богатого ископаемыми, а также тонких слоев известняка и песчаника. После отступления моря в юрском и нижнем меловом периодах на низменных, тропически влажных поймах рек были отложены формации Моррисона и Кловерли. Эти формации подвергаются эрозии, образуя красочные бадленды красного, розового, фиолетового и зеленого глинистого и алевритового сланца, а также желтого и бурого песчаника. По обильной растительности и болотам бродили крупные и мелкие динозавры.
Западный внутренний морской путь расширяется и сужается
Ярко окрашенные породы продолжали отлагаться с наступлением мелового периода, завершающего эпоху мезозоя. Еще одно теплое, мелководное море – Западный внутренний морской пролив – затем частично и иногда полностью покрывало район Тетон вместе с большей частью Вайоминга. Было отложено около 3048 метров тусклых песчаников, ила и глины с прослоями угля, слоями вулканического пепла и небольшим количеством гравия. Западный внутренний морской пролив начал отступать на восток от района Тетон около 85 миллионов лет назад, что ознаменовалось отложением песчаника Бекон-Ридж. Вдоль отступающей береговой линии образовались обширные угольные болота, оставившие угольные пласты толщиной от 1,5 до 3 метров в верхнемеловых отложениях. Примеры этих угольных пластов можно увидеть в заброшенных шахтах на восточной окраине парка. Современным аналогом этой среды осадконакопления является жаркий и влажный климат Эверглейдс во Флориде. Для образования угля требуется около 2 метров уплотненного растительного материала. Мелкозернистый вулканический пепел из вулканов, расположенных к западу и северо-западу от района Тетон, периодически осаждался в спокойных мелководьях Западного внутреннего морского пролива на протяжении всего мелового периода. Пепел, отложенный таким образом, впоследствии превращался в бентонит – тип глины, используемый в литейном производстве и в качестве компонента бурового раствора для нефтяных скважин. Лоси и олени в Джексон-Хоул используют обнажения бентонита как (горькую) солонку. Бентонит набухает при намокании, что вызывает оползни, которые иногда перекрывают дороги, ведущие в Джексон-Хоул. Породы мелового возраста в районе Тетон образуют часть огромного клина коры, истончающегося в восточном направлении, который в некоторых местах достигает почти 3 километров в толщину. Большая часть этих пород образовалась из обломков, эродированных с медленно поднимающихся гор на западе. Бентонит, сырая нефть и природный газ обычно добываются из различных меловых формаций. Огромные запасы угля, некоторые из которых достигают 30 метров в толщину, представляют собой потенциально значительный ресурс. К концу мелового периода, чуть более 80 миллионов лет назад, ландшафт региона был плоским и однообразным, что сохранялось на протяжении большей части позднего мелового периода.
Рокки-Маунтинс поднимается
Период поднятия, приведший к образованию предковых Скалистых гор, называется ларамидским горообразованием. Горы уже существовали к западу и юго-западу от Вайоминга, причем более древние горы (вплоть до юрского периода) простирались на запад в Неваду. В позднем меловом периоде сформировалась низкая широкая дуга, ориентированная с северо-запада на юго-восток, вдоль приблизительного местоположения современного хребта Тетон и гор Грос-Вентр. Одним из доказательств первого ларамидского горообразования к западу от района Тетон является несколько сотен кубических миль кварцитовых глыб, происходящих из поднятия Тарги, которое располагалось к северу и западу от северного конца современного хребта Тетон. Потоки несли глыбы, песок и глину с поднятия на восток и юго-восток, через территорию, которая впоследствии стала Джексон-Хоул. В образовавшейся формации Харбелл содержатся чешуйки золота и некоторое количество ртути. Два огромных осадочных бассейна образовались в центральном и южном Вайоминге из мелкозернистого материала, перенесенного дальше на восток и юго-восток. Многие из крупных глыб происходят из докембрийских и, возможно, нижнепалеозойских кварцитов, что означает, что как минимум 4572 метра палеозойских и мезозойских пород должны были быть удалены с поднятия Тарги, прежде чем кварциты подверглись эрозии.
Третичный подъем и осаждение
Тектоническая обстановка западной части Северной Америки резко изменилась, когда Фараллонская плита под Тихим океаном на западе начала погружаться под Североамериканскую плиту под небольшим углом. Этот процесс, получивший название ларамидской орогенезии, вызвал компрессионные силы, которые уничтожили меловой морской пролив, объединили Сьерранскую дугу с остальной частью Северной Америки и образовали Скалистые горы. Это горообразование началось в мезозое, 80 миллионов лет назад, и продолжалось в первой половине кайнозойской эры, 30 миллионов лет назад. Около 60 миллионов лет назад эти силы подняли низменную прибрежную равнину в районе Тетона и создали систему продольных сбросов, простирающихся с севера на юг, в близлежащем Вайомингском поясе надвигов. Этот регион включает в себя территории, занятые сейчас хребтом Тетон, хребтом Грос-Вентр, горами Винд-Ривер и другими горными хребтами к югу и востоку от Тетона. Примерно в это же время к северу от границ парка образовалась отдельная область поднятия, известная как Поднятие Тарги. Последующая эрозия Поднятия Тарги была обусловлена увеличением уклонов речных долин. Гравий, кварцитовые гальки и песок, образовавшиеся в результате этой эрозии, в конечном итоге сформировали формацию Хэрбелл мощностью 1524 м, которая сегодня представлена различными конгломератами и песчаниками в северной и северо-восточной частях парка. В палеоценовую эпоху большие объемы кластических отложений, поступающих из поднятых областей, покрыли формацию Хэрбелл, образовав конгломерат Пиньон. Нижние части этой формации состоят из угольных пластов и глинистого сланца с конгломератом из кварцита, происходящего из Поднятия Тарги. В конечном итоге, подводящаяся Фараллонская плита была полностью поглощена под Североамериканской плитой, что положило конец ларамидской орогенезии. Горячие и полупластичные породы, залегающие глубоко под западной частью Северной Америки, отреагировали на прекращение сжатия, начавшегося 30 миллионов лет назад, медленно поднимаясь и постепенно сдвигая вышележащие породы в стороны, как на восток, так и на запад. Блоки хрупкой верхней коры отреагировали, разрываясь по примерно параллельным разломам с нормальным сдвигом, простирающимся с севера на юг, каждый из которых имеет опускающуюся впадину с одной стороны и горный хребет с другой. Это растяжение, возможно, началось с разрыва ранее упомянутого высокого плато в западном Вайоминге примерно в это время, но данные древних отложений указывают на то, что система разломов Тетона развилась гораздо позже (см. ниже). Один блок, впадина Джексон-Хоул, опустился, а другой блок, содержащий западную наклонённую восточную часть хребта Тетон, поднялся, таким образом образовав самый молодой горный хребет в Скалистых горах. Около 10 миллионов лет назад сформировалась формация Тивинот, состоящая из озерных отложений, которая залегает непосредственно на Колтере и состоит из известняков и глинистых сланцев, смешанных с вулканическим материалом и окаменелыми моллюсками и улитками. В целом, осадочные отложения третичного периода достигли общей толщины около 10 км, образуя наиболее полную неморскую третичную геологическую колонку в Соединенных Штатах. Однако большинство этих слоев в парке погребены под более молодыми отложениями. В конечном итоге все мезозойские породы из хребта Тетон были сброшены, а те же образования в Джексон-Холе были глубоко погребены. Заметный выход розового песчаника Флетхед находится на высоте 1829 м над дном долины на вершине горы Моран. Бурение в Джексон-Холе обнаружило ту же формацию на глубине 7315 м под поверхностью долины, что указывает на то, что два блока сместились на расстояние 9144 м друг относительно друга. Таким образом, в среднем происходило около 30 см движения каждые 300 лет (в среднем 1 см в год).
Квартерные вулканические отложения и ледниковые периоды
Массивные извержения вулкана Йеллоустоун к северо-западу от региона произошли 2,2 миллиона, 1,3 миллиона и 630 000 лет назад. Каждому катастрофическому извержению, сформировавшему кальдеру, предшествовал длительный период более обычных извержений, а также еще более ранние вулканические эпизоды. Одно из таких событий привело к излиянию больших объемов риолитовой лавы в северную часть озера Тиуинот. Образовавшийся обсидиан (вулканическое стекло) был датирован калий-аргоновым методом как возрастом 9 миллионов лет и использовался коренными американцами, начиная с нескольких тысяч лет назад, для изготовления наконечников стрел, ножей и наконечников копий. К тому времени, как озеро высохло, серия огромных пирокластических потоков из района Йеллоустоун погребла Джексон-Хоул под напластованным туфом. Более древние слои этого туфа обнажены в формации Бивуак на горе Сигнал, а туфы плейстоценового возраста встречаются на вершинах Восточного и Западного Грос-Венчур (и гора, и вершины – небольшие тектонические блоки). Климатические условия в регионе постепенно менялись на протяжении кайнозоя, поскольку тектоника плит переместила Северную Америку на северо-запад из субтропической в умеренную зону к эпохе плиоцена. Начало серии оледенений в эпоху плейстоцена привело к появлению крупных ледников в хребте Тетон и окружающих горах, которые доходили до Джексон-Хоул во время по крайней мере трех ледниковых периодов. Каньоны Каскад, Гарнет, Смерти и Гранит были вырезаны последовательными периодами оледенения. Первое и наиболее сильное из известных ледниковых наступлений в этом районе было вызвано оледенением Баффало. В ходе этого события отдельные альпийские (горные долины) ледники с восточной стороны Тетонских гор объединились, образовав 610-метровый ледяной покров, который наехал и абразировал гору Сигнал и три другие вершины на южной оконечности Джексон-Хоул. Подобные события повторялись в других горных массивах региона, в конечном итоге формируя часть Канадского ледникового щита, который в своем максимальном распространении доходил до восточного Айдахо. С тех пор люди построили плотину на выходе из озера Джексон, чтобы увеличить его размер для рекреационных целей. Все ледники Пинедал, вероятно, растаяли вскоре после начала эпохи голоцена. Дюжина небольших цирковых ледников, которые можно увидеть сегодня, образовались во время последующего неоледенения 5000 лет назад. Гора Моран имеет пять таких ледников: Тройные ледники на северной стороне, ледник Скиллет на восточной стороне и ледник Falling Ice на юго-восточной стороне. Все ледниковые процессы сделали вершины хребта Тетон острыми из-за морозного выветривания. Другие ледники включают ледник Тетон, расположенный ниже восточной стороны Гранд-Тетона, ледник Средний Тетон, расположенный на северо-восточных склонах Среднего Тетона, и быстро отступающий ледник Школьная комната, к западу от Гранд-Тетона на перевале Харрикейн. Массовые процессы, такие как оползень Грос-Вентре 1925 года, продолжают изменять этот район. 22 июня 1925 года землетрясение магнитудой около 4,0 ослабило склон горы, расположенной в 5 км от юго-восточной границы нынешнего парка. На следующий день 50 миллионов кубических ярдов (38 миллионов кубических метров) насыщенного водой песчаника Тенслип пенсильванского возраста соскользнули на 2 км от источника на горе Шип в долину реки Грос-Вентре, расположенную на 640 метров ниже, и перегородили реку. Под давлением таяния снега, образовавшееся озеро длиной 8 км и глубиной 61 метр прорвало завальную плотину 18 мая 1927 года и затопило город Келли, штат Вайоминг, унеся жизни шести человек.