Расположенный на восточном краю плато Паунсаугунт в южной Юте, Национальный парк Брайс-Каньон славится своим ярким, потусторонним ландшафтом стройных шпилей, возвышающихся вершин и бассейнов, похожих на амфитеатр. Эти природные скульптуры, известные как худу, являются одними из самых фотографируемых геологических чудес на Земле, привлекая миллионы посетителей каждый год. Их яркие цвета, начиная от глубоких красных и оранжевых до бледно-розовых и белых, рассказывают историю древних сред, тектонических сил и неустанной силы эрозии. Хотя часто сгруппированные с другими знаковыми юго-западными парками, образования Брайс-Каньона уникальны: они не вырезаны рекой, а вместо этого выходят из края плато, сформированного морозом, водой и медленным течением геологического времени. Понимание того, как эти великолепные структуры песчаника образуют окно в динамические процессы, которые продолжают скульптурировать поверхность нашей планеты.

В этой статье исследуется геологическая история формирования песчаника Брайс-Каньона, от осаждения отложений в древних морях до деликатных циклов замерзания-оттепели, которые создают знаменитые hoodoos парка.Погружение в слои, климат и силы в работе, мы можем оценить не только красоту, но и сложную естественную историю, сохраненную в этом необычном ландшафте.

Геологическая основа: основание Брайс-Каньона

История Брайс-Каньона начинается почти 200 миллионов лет назад, в эпоху мезозойского периода. В то время североамериканский континент находился в более теплой, более тропической широте, а территория, ныне занятая парком, была частью обширного, мелкого внутреннего моря, которое простиралось от Мексиканского залива до Северного Ледовитого океана. Это море, наряду с прилегающими прибрежными равнинами и дельтами рек, откладывало толстые последовательности осадочных пород — грязи, песка и богатых карбонатом материалов, которые позже станут слоистыми скальными образованиями, видимыми сегодня.

Область является частью плато Колорадо, массивной геологической провинции, которая осталась относительно стабильной и устойчивой к тектоническому складыванию, что позволяет осадочным слоям оставаться в основном горизонтальными. Эта особенность имеет решающее значение для ступенчатого, полосатого внешнего вида стен каньона. Вся область Брайс-Каньона находится на высоте около 8000 до 9000 футов, что влияет как на климат, так и на скорость эрозии.

Оригинальное название: The Claron Formation: The Rock That Shapes the Hoodoos

Основной каменной единицей, ответственной за каньоны Брайса, является кларонская формация (также называемая образованием Розовых скал). Она была отложена во время палеоцена до эоценовых эпох, примерно 60-50 миллионов лет назад, задолго до отступления внутренних морей. В то время регион был низменным бассейном, окруженным высокогорьем, питаемым извилистыми реками и озерами. Кларонная формация состоит из чередующихся слоев известняка, илстоуна и песчаника, богатых карбонатом кальция и оксидами железа.

Различие в твердости и составе между этими слоями является основной причиной образования капру. Устойчивые слои капрока, часто сделанные из доломита или твердого известняка, защищают более мягкий песчаник под быстрым эрозией. В течение миллионов лет эта дифференциальная эрозия создает узкие, похожие на столбы формы, которые характеризуют Брайс-Каньон. Яркие красные и апельсины происходят из оксида железа (гематита), в то время как более легкие тона отражают более высокое содержание известняка или глины.

Как скульптурируют уду и шпили: процессы формирования

Преобразование плоского осадка в нежные капусты включает в себя сочетание физического и химического выветривания, причем ведущую роль играет морозное действие. В отличие от каньонов, вырезанных реками, Брайс-Каньон в основном образуется эрозией головы — процессом, при котором каньон медленно съедает обратно на плато, создавая большие естественные амфитеатры.

Морозостойкие и циклы заморозки-оттепели

Холодный пустынный климат Брайс-Каньона, с более чем 200 циклами замерзания-оттаивания в год, создает идеальные условия для заморозки. Вода от дождя и таяния снега просачивается в трещины, суставы и плоскости постельного белья в формации Кларона. Когда температура опускается ниже замерзания ночью, вода расширяется примерно на 9%, когда она превращается в лед, оказывая давление на окружающую скалу - до нескольких тонн на квадратный дюйм. Каждый цикл расширяет трещины, раздирая зерна песчаника и рыхлых блоков известняка. В течение десятилетий и веков этот процесс безжалостно разбивает скалу на более мелкие кусочки.

Ориентация суставов и переломов унаследована от древних напряжений на плато Колорадо. Многие переломы проходят вертикально, придавая скале естественную тенденцию к расщеплению на высокие, узкие колонны. По мере того, как морозное стыкование работает на этих вертикальных трещинах, оно может изолировать шпили скалы, которые стоят отдельно от стены каньона. Постоянная битва между замерзанием и оттаиванием также производит талус-склоны — груды разбитых обломков породы — у основания амфитеатра.

Химическое выветривание и окисление железа

В дополнение к физическому действию мороза химическое выветривание играет тонкую, но важную роль. Дождевая вода, слегка кислая из-за растворенного углекислого газа, реагирует с карбонатными минералами в известняке и железосодержащими минералами в песчанике. Этот раствор растворяет часть цемента, который связывает песчинки вместе, ослабляя структуру породы. Более резко окисление железа - по существу ржавеет - производит интенсивные красные, оранжевые и желтые оттенки. Когда железо находится в своем уменьшенном состоянии (цветное железо), оно кажется сине-серым; воздействие кислорода приводит к железистому состоянию (оксид железа), которое красит породу в теплых цветах. Изменение цвета часто выделяет различные слои или зоны проницаемости.

Дифференциальная эрозия: роль резистентных скал

Наиболее важным процессом образования hoodoo является дифференцированная эрозия — неравномерное удаление слоев породы на основе их твердости. Типичный hoodoo начинается как плавниковая колонна вдоль перелома. Верхняя часть колонны окутана более устойчивым слоем, таким как узелок доломита или участок богатого железом цемента. Этот кепкастоун защищает более мягкий песчаник под дождем, ветром и морозом. В то время как окружающая порода разрушается быстрее, защищенная колонна выживает, создавая шпиль. В конце концов, кепка может быть подрезана и отвалиться, но новые hoodoos продолжают формироваться по мере отступления каньона. Этот медленный, самоподдерживающийся процесс сохраняет амфитеатры заполнены постоянно меняющимся массивом образований.

Знаменитая Сайлент Сити секция Брайс-Каньона демонстрирует особенно плотное скопление худу, каждая из которых имеет различную форму и капрок. Некоторые худу достигают высоты более 150 футов, хотя средний размер намного меньше.Сочетание твёрдых и мягких слоев объясняет, почему образования Брайс-Каньона настолько стройны по сравнению с блочной мезой близлежащего Гранд-Каньона.

Ключевые факторы, которые сформировали ландшафт Брайс-Каньона

Несколько взаимодействующих факторов — от первоначальной композиции породы до современного климата — сговорились, чтобы создать уникальные образования, которые мы видим сегодня.

Слои и стратиграфия

Кларонская формация — это не однородная плита, а последовательность из множества тонких пластов, каждый из которых обладает разными свойствами. Богатые известняком слои более устойчивы к химической эрозии, но могут быть хрупкими. Слои известняка мягче и более уязвимы к заморозному сварке. Слои песчаника варьируются от хорошо цементированного до фрибого. Эта вертикальная изменчивость обеспечивает «подстилки» для дифференциальной эрозии. Без таких сильных контрастов в твердости пород Брайс-Каньон будет больше похож на округлые холмы, чем на острые, замысловатые шпили, определяющие его ландшафт.

Климат и повышение

Высокое возвышение Брайс-Каньона (8000-9000 футов) создает холодный полузасушливый климат с обильными снегопадами зимой и частыми вечерними грозами летом. Это осадки приводит к как морозному скрещиванию, так и химическому растворению. Сухой воздух также ограничивает рост лишайника и растений, которые в противном случае могли бы стабилизировать скалу. Интенсивные суточные колебания температуры - часто 30-40°F между днем и ночью - ускоряют механическое выветривание. Сочетание влаги, холода и сухости идеально подходит для образования капусты и отличает Брайс от более теплых, влажных систем каньона.

Тектонический подъем и топография плато

Около 16 миллионов лет назад все плато Колорадо было поднято глубоко расположенными тектоническими силами, связанными с образованием провинции Бассейн и Рейндж. Этот подъем увеличил градиент потоков и рек, ускоряя эрозию. Плато Паунсаугунта, на котором сидит Брайс, было поднято выше, чем окружающие области, в результате чего потоки срезались вниз по краям плато. Наклонная эрозия - где каньоны удлиняются вверх по течению - вырезала глубокие амфитеатры обратно в обод плато. Поскольку формация Кларона относительно плоская, эрозия производила вертикальные скалы и ступенчатые террасы, а не V-образные долины. Эта плоскостная геометрия также гарантирует, что те же слои подвергаются на последовательных высотах по всему парку, создавая многоуровневый внешний вид «Розовых скал».

Роль времени и эрозионных темпов

Формирования Брайс-Каньона не статичны; они постоянно меняются, хотя на человеческих временных масштабах изменения часто незаметны. Скорости эрозии для формирования Кларона оцениваются примерно в 1-3 миллиметра в год — достаточно, чтобы в конечном итоге изнашивать 100-футовую капусту в течение многих тысяч лет. Новые капусты образуются так же быстро, как старые разрушаются, сохраняя общий характер амфитеатр. Радиометрическое датирование месторождений оксида железа и событий камнепада предполагает, что современная конфигурация Брайс-Каньона начала формироваться примерно от 2 до 3 миллионов лет назад, во время плейстоценовых ледниковых периодов.

В ледниковые периоды регион был холоднее и влажнее, с более частыми циклами замораживания-оттаивания. Этот климат, вероятно, ускорил образование худу. В более теплых межледниковых условиях, таких как настоящее время, темп замедляется. Тем не менее, внешний вид парка сегодня в значительной степени является продуктом последних полумиллионов лет. Многие из крупнейших худу считаются остатками более старых, более обширных пород, которые с тех пор эродировали.

Понимание баланса между подъемом, эрозией и климатом помогает геологам прогнозировать будущие изменения. Поскольку плато Колорадо продолжает расти примерно на 0,1 см в год (хотя скорость подъема обсуждается), эрозия может в конечном итоге полностью сравнять плато Паунсаугунта, стирая драматические особенности Брайс-Каньона. Но этот процесс займет еще миллионы лет. Тем временем парк продолжает развиваться тонким образом - каждый ливень и каждый заморозок добавляет еще одну линию в геологическую историю.

Изменения и будущее Брайс-Каньона

В то время как природные процессы работают на геологических временных масштабах, влияние человека и изменение климата в настоящее время являются факторами. Потепление климата может уменьшить количество циклов замораживания-оттепели, потенциально замедляя образование капусты или изменяя режим эрозии. Кроме того, повышенное рекреационное давление со стороны миллионов посетителей ежегодно может вызвать эрозию на тропах и нарушить тонкие криптобиотические почвенные корки, которые помогают стабилизировать поверхность. Управление парком использует настилы и тщательно разработанные дорожки, чтобы минимизировать воздействие, но чистый пешеходный трафик по-прежнему способствует медленной деградации пограничных зон.

Сохранение и воздействие человека

Национальный парк Брайс-Каньон был назначен в 1928 году для защиты этих чрезвычайных образований. С тех пор Служба национальных парков (NPS) работала над балансировкой доступа и сохранения. Посетители могут путешествовать среди хуту на тропах, таких как петля Навахо и сад королевы, но они должны оставаться на обозначенных тропах, чтобы избежать повреждения хрупких поверхностей скал. Изменение климата представляет собой более долгосрочную проблему: если зимы становятся мягче и снежный покров уменьшается, морозоопасный двигатель, который приводит к образованию худу, может ослабеть. И наоборот, более интенсивные летние штормы могут увеличить внезапные наводнения и быструю эрозию. NPS контролирует скорость эрозии и изучает геологию парка, чтобы подготовиться к этим сдвигам. Как и во всех национальных парках, цель состоит в том, чтобы сохранить ландшафт «неповрежденным для будущих поколений».

Будущее песчаниковых образований Брайс-Каньона в конечном итоге будет определяться взаимодействием тектонического подъема, климата и управления человеком.В то время как отдельные худу будут подниматься, падать и реформироваться, парк в целом будет продолжать вызывать благоговение и продвигать наше понимание динамических процессов Земли.

Заключение

Захватывающие песчаные образования Брайс-Каньона являются продуктом необычайного геологического путешествия, охватывающего сотни миллионов лет. От осаждения отложений в древних морских и речных средах до подъема плато Колорадо и неустанных циклов замерзания-оттепели последних нескольких миллионов лет, каждый шаг способствовал тонкой, сложной красоте худу. Парк предлагает редкую возможность увидеть силу дифференциальной эрозии, химического выветривания и действия мороза в одном захватывающем пейзаже. Понимая историю, запертую в этих скалах, мы получаем более глубокое понимание как хрупкости, так и устойчивости природных систем. Поскольку изменение климата и воздействие человека продолжают формировать будущее парка, история Брайс-Каньона остается мощным напоминанием о медленных, терпеливых силах, которые создают наш мир.

Для тех, кто заинтересован в дальнейшем изучении, Служба национальных парков предоставляет отличный обзор геологии Брайс-Каньона , а Геологическая служба США предлагает ресурсы по выветриванию от замерзания-оттепели . Кроме того, Википедия для формирования Кларона подробно описывает стратиграфию и распределение скального блока, в то время как путеводитель National Geographic предоставляет потрясающие визуальные эффекты и информацию о посетителях.