Введение
Геология района Капитолийского рифа представляет собой летопись осадконакопления, преимущественно мезозойского возраста, на территории Северной Америки в районе и вокруг Национального парка Капитолийский риф, на плато Колорадо в юго-восточной части штата Юта. В районе Капитолийского рифа обнаружено почти 3000 метров осадочных отложений, представляющих около 200 миллионов лет геологической истории южно-центральной части штата Юта в США. Возраст этих пород варьируется от пермского (до 270 миллионов лет) до мелового (до 80 миллионов лет). Слои горных пород в этом районе свидетельствуют о древних климатах, столь же разнообразных, как реки и болота (формация Чинле), пустыни, подобные Сахаре (навахо-песчаник), и мелководные моря (Mancos Shale). Первые известные осадочные отложения в этом районе образовались, когда мелководное море вторглось на сушу в пермский период. Сначала откладывался песчаник, но по мере углубления моря последовал известняк. После отступления моря в триасовый период ручьи отложили ил, прежде чем район поднялся и подвергся эрозии. Затем образовались конгломерат, бревна, песок, глина и вулканический пепел, переносимый ветром. В середине и конце триасового периода наблюдалась возрастающая засушливость, в течение которой было отложено огромное количество песчаника вместе с некоторыми отложениями от медленно текущих ручьев. Когда море начало возвращаться, оно периодически затапливало территорию, оставляя эвапориты. Барьерные острова, песчаные бары и, позднее, приливные равнины внесли вклад в образование песка для песчаника, гальки для конгломерата и ила для сланца. Море отступило, оставив ручьи, озера и болотистые равнины в качестве места отложения осадков. Другое море, Западный внутренний морской путь, вернулось в меловом периоде и оставило больше песчаника и сланца, чтобы исчезнуть в начале кайнозоя. С 70 до 50 миллионов лет назад, во время орогенеза Ларамид, крупного события горообразования в западной части Северной Америки, были созданы Скалистые горы к востоку. Поднятие, возможно, активировало погребенный разлом, сформировав Водяной карман в этом районе. Более позднее поднятие всего плато Колорадо и последующая эрозия обнажили эту складку на поверхности лишь за последние 15-20 миллионов лет. Ледниковые периоды плейстоцена увеличили скорость выпадения осадков и эрозии. Особенно пострадали потрескавшиеся верхние части Водяного кармана, а сама складка была обнажена и рассечена.
Первичное осаждение осадков
Некоторые важные понятия: Формация – это формально названная и определенная геологическая единица с уникальными характеристиками. Эти характеристики сформировались в течение преимущественно непрерывного периода времени и являются результатом специфической осадочной среды, в которой эта формация отлагалась. Член – это более мелкая единица внутри формации, а слой – это обособленная подединица члена. Группы – это объединения формаций, связанных между собой значимыми факторами, например, все они могли быть отложены в течение длительного сухого периода, продолжавшегося миллионы лет, или в результате периодических затоплений одной и той же области океаном на протяжении миллионов лет. Различные типы несоответствий представляют собой пробелы в геологической летописи. Эти пробелы могут быть обусловлены длительным отсутствием осадконакопления или последующей эрозией, удаляющей ранее отложенные горные породы. Последующие разделы представлены в порядке от самых древних к самым молодым горным породам, чтобы воссоздать геологическую историю событий. Это обратный порядок по сравнению с тем, который можно увидеть на реальном геологическом разрезе, поскольку более молодые породы отлагаются поверх более старых в соответствии с законом суперпозиции.
Формации Катлера и Кайбаба (пермский период)
В начале пермского периода Юта располагалась на континентальном шельфе, который периодически покрывался мелководным рукавом океана Панталасса. Эта часть Лавразии находилась на пассивном континентальном крае, схожем с современным западным побережьем экваториальной Африки. Образовавшиеся формации являются частью формации Катлера (местно называемой группой) возрастом примерно от 290 до 250 миллионов лет. Юта находилась почти на палеоэкваторе во время отложения первых членов формации Катлера, но к 275 миллионам лет назад сместилась почти до 10° северной широты. Белый Край и Кедровое Плато состоят из окаменелых песчаных дюн с перекрестной слоистостью, которые, вероятно, отложились в засушливой прибрежной среде, периодически затапливаемой морской водой. Песок в этих формациях частично отсортирован по размеру, хорошо сглажен (обработан абразией) и варьируется от очень мелкого до среднезернистого. Хорошие обнажения местной 240-метровой (800 футов) Кедровой Мезы и 128-метровой (420 футов) Белого Края можно найти на дне ручья Сульфар-Крик и у подножия Круговых Скал за западной границей парка. В других районах сланец Орган-Рок залегает между Кедровой Мезой и Белым Краем, но исчезает к востоку от парка. Как погребенный Каньон Слонов, так и отсутствующий Орган-Рок обнажены в соседнем Национальном парке Каньонлендс, в 100 км (60 милях) к востоку (см. геологию района Каньонлендс). Позднее, в пермский период, море Кайбаб вторглось на сушу и отложило известково-глинистый ил, который впоследствии литифицировался, образовав местный известняк Кайбаб толщиной до 60 метров. Отступление моря Кайбаб в среднем перме подвергло его дно эрозии, что привело к образованию каналов глубиной до 30 метров и разрыва в геологической летописи, называемого несогласием. Некоторые из мелкозернистых слоев демонстрируют рябь и трещины высыхания, а песчаник имеет горизонтальную и наклонную перекрестную слоистость. В этом слое также обнаружены окаменелые следы земноводных и рептилий от малых до крупных размеров, а также отливки галита. Самый молодой член формации Моенкопи – член Муди-Каньон толщиной от 98 до 130 метров. Муди-Каньон неофициально подразделяется на два отдела: хорошие обнажения верхнего отдела с рябчатой ламинацией можно найти в нижней части Египетского Храма.
Манкосский сланцевый и Месавердеский образования (крейдовый)
Примерно 94–85 миллионов лет назад морской пролив наступал на сушу и отступал от неё, откладывая сланцы Манкос. Открытые морские условия сформировали местный оврагистый склон толщиной от 12 до 220 м, образующий член сланца Тунунк. Он состоит из голубовато-серых сланцев с прослоями аргиллита, мелкозернистого песчаника и алеврита. Тунунк легко разрушается, образуя склон, и локально богат ископаемыми. Он наиболее заметно обнажён в Голубой пустыне к юго-востоку от долины Кафедральной и содержит окаменелые остатки головоногих моллюсков, двустворчатых и рыбьей чешуи. Затем волнами доминирующая дельта и речная система распространились по этой территории, создав местную скальную породу – песчаник Феррон – толщиной от 62 до 117 м (205–385 футов). Он сложен из коричневого мелкозернистого песчаника, а также белого песчаника с перекрестной слоистостью и прослоями карбонатно-обогащённого серого сланца. Западный внутренний морской пролив уменьшался из-за заиления и поднятия, в то время как высокие горы на востоке подвергались эрозии. Барьерные пляжи и речные дельты мигрировали на восток в сторону пролива. В результате образовалась формация Месаверде толщиной от 90 до 120 м, состоящая из светло-коричневого до темно-серого, мощно слоистого и перекрестно слоистого песчаника с прослоями темно-серого сланца и переходящего в член Масук вышележащих сланцев Манкос. Лишь небольшие остатки этой формации сохранились в виде шапок на нескольких столовых горах в восточной части парка.
Водолей, озеро Уинта и вулканизм
Орогенез Ларамида сжала регион примерно с 70 до 50 миллионов лет назад, в результате чего образовались Скалистые горы. Многие моноклинали (тип пологих, направленных вверх складок в горных породах) также сформировались под воздействием мощных компрессионных сил Ларамида. Один из таких моноклиналей, называемый Уотерпокет-Фолд, является главной географической особенностью парка. Эта складка протяженностью 160 км (100 миль) имеет направление с севера на юг, с крутым наклоном на восток. Горные породы на западной стороне Уотерпокет-Фолда подняты более чем на 2100 м (7000 футов) выше, чем на восточной. Таким образом, более древние породы обнажены в западной части складки, а более молодые – в восточной. Возможно, эта складка образовалась из-за движения по разлому в докембрийских фундаментальных породах, скрытых глубоко под поверхностными образованиями. Небольшие землетрясения, эпицентры которых находились под складкой в 1979 году, могли быть вызваны этим разломом. Одновременно с формированием Уотерпокет-Фолда происходило развитие межгорной (между горами) впадины в этом районе. Озеро Юинта заполняло эту впадину речной водой, поступающей с севера и юга. Это большое озеро существовало примерно с 58 до 35 миллионов лет назад и стало причиной образования известняка Флагстафф и формации Грин-Ривер, которые локально достигают толщины около 60 м (200 футов). В других местах общая толщина этих формаций превышает 2740 м (9000 футов). Примеры можно увидеть в Южной пустыне и Долине соборов на северном конце складки.
Эрозия
Десять-пятнадцать миллионов лет назад весь регион был поднят на несколько тысяч футов (более километра) в результате образования Колорадского плато. На этот раз подъем был более равномерным, сохранив общую ориентацию образований в основном неизменной. Большая часть эрозии, сформировавшей современный ландшафт, произошла после поднятия Колорадского плато, причем основное углубление каньонов, вероятно, происходило между 1 и 6 миллионами лет назад. Даже в этом пустынном климате вода является главным эрозионным фактором, формирующим ландшафт. Сила гравитации, проявляющаяся в виде обвалов или сползания пород, играет важную роль в формировании обрывов. Ветер здесь является незначительным фактором эрозии. Дренажная система в этом районе была перестроена и стала более крутой в связи с поднятием Водяного кармана (Waterpocket Fold). Более крупные потоки, такие как река Фримонт, с большей вероятностью успевали за поднятием, быстрее углубляясь в Waterpocket Fold. Другие потоки, такие как Сэнд-Крик, изменили свое русло, протекая параллельно складке и врезаясь в менее устойчивые породы. Некоторые другие потоки пытались не отставать от поднятия, вырезая узкие каньоны, но затем меняли свое русло, оставляя эти каньоны буквально высокими и пересохшими. В общей сложности 7000 футов (2100 м) мезозойских и кайнозойских осадочных пород было удалено эрозией в этом районе. В эпоху плейстоцена установились более влажные и прохладные условия, которые ненадолго вернулись в текущую эпоху, голоцен, по крайней мере, дважды в виде неоглациальных эпизодов (малых ледниковых периодов). Различные реки и ручьи в этом районе разлились из-за увеличения количества осадков и талой воды с горных ледников на горах Генри к востоку и плато Аквариус к западу от парка. Внезапные наводнения, массовые оползни, морозное выветривание и оползни – все это способствовало значительно более быстрой эрозии. Ледники вырвали 20–30-миллионные черные базальтовые валуны с вершин гор Боулдер и Тысяча озер, которые впоследствии были отложены на территории парка талыми водами от ледников, оползнями и наводнениями.