Великий каньйон Колорадо (Аризона)

Среди бесчисленных долин земного шара Большой каньон реки Колорадо (рис. 5.1), вероятно, наиболее известный и, несом­ненно, одна uз самых больших геологических достопримечатель­ностей не только по своим гигантским размерам и красочности, но и по простоте своего образования. Каньон — всего лишь резуль­тат работы реки, врезавшейся в горизонтально залегающие слои; вся долина открывается взору словно одно гигантское обнажение, столь простое по своему строению, что оно понятно даже для неспециалиста.

Плато Колорадо и Большой каньон Колорадо

Большой каньон (рис. 5.2—5.4) открыт в 1520 г. испанцем Гарсиа Лопес де Карденас, но оставался неизвестным до 1869 г., когда майор американской армии Дж. Пауэлл — однорукий вете­ран гражданской войны, позднее президент Геологической службы США — предпринял свою смелую экспедицию. В сопровождении 9 человек на 4 лодках он отправился из Вайоминга сначала по реке Грин-Ривер (один из притоков Колорадо), а затем проплыл по Коло­радо от верховьев до устья. Опасное путешествие по совершенно неизвестной бурной реке длилось 3 месяца. Три человека из коман­ды Пауэлла, не выдержав трудностей и лишений плавания, поки­нули его, но именно они были вскоре убиты в стычке с индейцами.

Уменьшенная часть топографической карты масштаба 1:48000

Часть каньона ныне отведена под национальный парк штата Аризона, а это значит, что здесь есть несколько музеев, отели и даже небольшой аэродром. Ежегодно парк посещают около 2 млн. человек.

Вид на Большой каньон с его южного борта

Испанское название 2900-километровой реки (Колорадо зна­чит «красная») связано с красноватым цветом воды, содержащей много ила. Река берет начало в Скалистых горах недалеко от Денвера, в ущельеобразной долине пересекает обширное засушливое плато Колорадо и впадает в Калифорнийский залив.

“Храм Вишну”, рисунок К. Даттона (1880 г.)

Плато Колорадо, в которое врезан Большой каньон, прости­рается на север почти до города Солт-Лейк-Сити, а на юг прибли­зительно до Финикса (это около 800 км!). С геологической и гео­графической точек зрения плато представляет необычный район Северной Америки. К. Хант выделяет следующие его особенности:
1) почти горизонтально залегающие и распространенные на обширной площади толщи осадочных пород, местами нарушен­ные сбросами; локальные поднятия этих пород, отдельные моло­дые вулканические районы (горы Сан-Франциско близ Флагстаффа) и горы, представляющие собой лакколиты (горы Генри);
2) большая высота над уровнем моря (в среднем около 1500 м, местами до 3000 м);
3) глубоковрезанная речная сеть; каньоны с крутыми, часто пестрыми по цвету склонами;
4) сухой климат и бедность водой;
5) повсеместно обнажены лишенные растительности горные породы;
6) редкая растительность и редкое (около 500 тыс. жителей) население;
7) красочные и необыкновенно разнообразные пустынные ланд­шафты.

Почтовая марка с изображением Большого каньона

Этого краткого перечня природных особенностей достаточно, чтобы понять, почему в этой живописнейшей части Соединенных штатов сосредоточено более десятка национальных парков и нацио­нальных памятников природы.
Большой каньон достигает 350 км в длину, свыше 1500 м в глубину и в верхней части более 30 км в ширину. Между прочим, испанское слово «каньон», под которым теперь обычно понимают большую крутостенную ущельеобразную долину, означает «тру­ба». Если спуститься к самой реке Колорадо, пропилившей этот каньон, то можно увидеть лишь небольшой участок края ущелья. Г. Клоос очень образно сказал о каньоне, что это «перевернутая гора». Действительно, если представить себе ущелье переверну­тым в виде возвышенности, то получится внушительный хребет, по высоте не уступающий Исполиновым горам (горы Крконоше), но в 7 раз превышающий их в длину.
То, что эрозия реки действительно могла выработать такую гигантскую долину, легко доказать. Замеры на гидрологической станции в низовьях Колорадо показали, что в половодье река может за одни сутки вынести около 2 млн. т ила. В среднем за 50 лет суточную транспортировку ила рекой следует принять равной 550 тыс. т. К этому огромному количеству материала, переносимого в виде взвеси, следует добавить еще 20% гальки, транспортируе­мой перекатыванием по дну, а также химически растворенные вещества (обычно карбонат кальция).
Правда, водоносность реки резко колеблется. В течение одного года наблюдений установлено, что, например, 1 октября расход составил только 86, а 13 июня 3720 м3 в секунду, то есть увели­чился в 43 раза! Разница в количестве перенесенного ила была еще больше: 1 октября — 500 т, а 13 июня — 2 млн. т — увели­чение в 4000 раз! Основная эрозионная работа, очевидно, совер­шается во время половодий. Больше половины годового количе­ства ила река переносит за два летних месяца (июнь — июль). Нужно предполагать, что в периоды оледенений водоносность Колорадо в среднем была больше, чем ныне, так как прилегаю­щие к ней засушливые районы в то время получали более обиль­ные атмосферные осадки.
Таким образом создается впечатление, что гигантский каньон был создан за короткое с геологической точки зрения время. Действительно, некоторые геологи считают, что достаточно было всего лишь нескольких миллионов лет. Другие, правда, относят врезание каньона к началу третичного периода — тогда прошло уже несколько десятков миллионов лет.
К. Хант предполагает, что к началу четвертичного периода каньон врезался по меньшей мере на 3/4 своей современной глу­бины и что во время четвертичных оледенений ущелье углуби­лось еще не более чем на 430 м.
Но для того чтобы такая эрозия осуществилась, работы одной реки недостаточно, необходимо еще одно условие, а именно соот­ветствующая высота гор, то есть и соответствующее падение. Первоначально обширное плато Колорадо не было гористым (точнее, не было нагорьем, пересеченным ущельями). Поверхность слоев осадочных пород, слагающих плато, как пестрые листы книги, первоначально расстилалась приблизительно на уровне моря почти там, где эти слои некогда отлагались. Праколорадо и другие реки пересекали это низкое плато в неправильных боль­ших меандрах, какие мы сегодня видим у рек низменностей (рис. 5.6). Решающее, или, лучше сказать, «врезающее», значение имело постепенное поднятие плато тектоническими силами, начав­шееся в третичном периоде. Река не могла оставаться к этому безу­частной и врезалась в плато, как вгрызается циркулярная пила в бревно, которое подводят к ней снизу. Меандры углублялись все больше и больше. Необычайно эффектно эта стадия врезания реки отражена в живописных «Goosenecks» («гусиных шеях») — петлях долины реки Сан-Хуан, притока Колорадо (рис. 5.7). При этом меандры частично приспосабливались к структурам корен­ных пород. Теперь поверхность плато находится на высоте 1500— 3000 м. Стало быть, большую часть поднятия река компенсиро­вала, врезавшись в плато, но только именно большую часть, а не всю величину поднятия. Об этом свидетельствуют пороги и стремнины Колорадо, а также ее продольный профиль: он нам­ного круче, чем у большинства крупных рек вблизи их устьев.

Блок-диаграмма плато Колорадо

Однако своеобразие Большого каньона и его лишенного расти­тельности, но необыкновенно живописного ландшафта объясняется работой не только глубинной, а и боковой эрозии, его ступенчатым поперечным профилем. В этом разрушении склонов каньона в тече­ние многих миллионов лет участвовали различные геологические процессы, прежде всего выветривание (обусловленное главным образом непрерывным резким колебанием температуры), кото­рому способствовала вертикальная трещиноватость пластов оса­дочных пород. Боковые временные водотоки, ветер и действие силы тяжести переносили образовавшиеся обломки вниз. Так в слоях были постепенно вырезаны бесчисленные уступы, причем верхние края долины все более и более отступали от русла реки. Формирования равномерно покатых склонов с мощным чехлом обломочных отложений, столь характерных для влажного уме­ренного климата наших широт, здесь не происходило. Видимо, ступенчатое строение склонов вызвано частым чередованием раз­нообразных слоев и засушливым климатом.

Глубоко врезанные меандры реки Сан-Хуан

Если вообще где-либо применимо сравнение с листами книги, которые геолог буквально «переворачивает» своим молотком, то к Большому каньону оно подходит как нельзя лучше. Каждая поверхность напластования может служить причиной возникнове­ния ступени, особенно если слои неодинаково твердые. В этом случае крепкие пласты образуют крутые обрывы, а мягкие — более пологие откосы. Помимо такого расчленения поперечного профиля долины происходит расчленение склонов в вертикальной плоскости, которое создает многочисленные выступы, башенки и пики.
В почти 2-километровом поперечном разрезе каньона вскрыто действительно пестрое чередование слоев, ибо верхние пласты его большей частью окрашены в красный цвет. Эти пестрые, совершен­но горизонтальные слои прежде всего бросаются в глаза. Но вни­зу, ближе к дну ущелья, обнажаются совершенно иные, крутозалегающие слои, а под ними — даже вертикальные пласты, про­рванные гранитными интрузиями (рис. 5.8).

Геологический разрез борта Большого каньона

Таким образом, в разрезе сверху вниз прослеживается следую­щая смена слоев:
3) горизонтально залегающие слои,
2) наклонно залегающие пласты,
1) вертикальные слои.
Особенно резко в ландшафтном профиле выделяется граница между 2 и 3 сериями слоев; она образует отчетливый уступ, ниже которого ущелье (в слоях 2 и 1) становится значительно уже. Серия слоев 1 — самая древняя. Называют ее «серией Вишну» и относят к архею. Залегающая над ней толща, сохранившаяся в виде огромного клина («wedge»), носит название «серии Уэдж 2». Она также очень древняя, относится к альгонкию, то есть к самому позднему докембрию. Серия 2 мощностью свыше 1000 м преимуще­ственно палеозойская, и только самые верхние слои ее имеют мезозойский возраст. Слои серий 1 и 2 испытали тектонические движения, вызвавшие наклон пластов. Вся верхняя серия (3) тектоническими движениями не затронута — этим объясняется горизонтальное залегание составляющих ее слоев. Такое залега­ние одной серии пластов на другой называется несогласным и свидетельствует о проявлении фазы тектонических движений. Прекрасный пример несогласного залегания мы видим в Большом каньоне. Последнее большое тектоническое нарушение, очевидно, моложе серии 2 и древнее серии 3; таким образом, по времени оно приходится на границу докембрия и палеозоя. Но между сериями 1 и 2 также выделяется несогласие.
Разрез палеозойско-мезозойских пород серии 3 показан на рис. 5.8. Большая часть их представлена морскими отложе­ниями.
Отдельные пласты серий прослеживаются в бортах ущелья на большое расстояние. Особенно заметными руководящими гори­зонтами являются каменноугольно-пермская формация Супай (красные косослоистые песчаники и сланцы мощностью 150 м, со следами ползания животных), белый до желтоватого песчаник Коконино мощностью 120 м, представляющий собой дюны пермской пустыни, и белый морского происхождения пермский известняк Кайбаб мощностью 100 м, содержащий обильную ископаемую фауну.
Интересно отметить, что уже в палеозое и во время отложения пород триасовой формации Менкопи по крайней мере периоди­чески господствовал сравнительно сухой климат, приблизительно такой же, как ныне (об этом свидетельствуют красные и бурые пес­чаники и гипсоносные сланцы мощностью 200 м).
Красота и девственность природы Большого каньона, как и дру­гих национальных парков плато Колорадо, в немалой степени обязаны сухому, мало пригодному для жизни людей климату. Хант справедливо отмечает, что в этом случае засушливость ока­залась «положительным фактором». При описании метеоритного кратера в Аризоне мы еще вернемся к этой особенности плато Колорадо и его геологическим достопримечательностям.

Озеро Мид
Ниже по течению величественный природный ландшафт Боль­шого каньона сменяется не менее величественным, но созданным рукой человека ландшафтом. Там, где река Колорадо покидает плато Колорадо и вступает в равнинную местность, теперь рас­стилается гигантское искусственное озеро Мид. Подпруженное огромной, высотой 223 м, плотиной Гувер (Боулдер)-Дам, оно протягивается на 150 км. Большая часть ила, приносимого рекой, осаждается в этом озере. Из-за этого на дне озера, несмотря на его небольшой уклон, иногда возникают мутьевые потоки, которые нередко докатываются до самой плотины. Можно предполагать, что такие мутьевые, или суспензионные, потоки возникают и в море; конечно, никто их там непосредственно не видел, известны только определенные древние отложения, которые, как показали иссле­дования голландского геолога Ф. Кюнена, очевидно, образовались именно таким способом; такие отложения обнаружены, например, во «флише» Альп и в палеозойских граувакках Германского Среднегорья. Большое значение для распознавания осадков мутьевых потоков имели наблюдения, сделанные в озере Мид.
Как это ни странно, озеро Мид привлекло внимание также ученых, занимающихся изучением землетрясений. Дело в том, что чуть ли не одновременно с заполнением озера (1935 г.) здесь начались первые землетрясения. Первое землетрясение зареги­стрировано в 1936 г., когда глубина воды достигла 100 м. В 1937 г. отмечено уже более 100 землетрясений (рис. 5.9). В 1938 г. были установлены очень чувствительные сейсмографы, которые зафик­сировали уже тысячи, правда, очень слабых сотрясений. Макси­мальная сейсмическая активность зарегистрирована в мае 1939 г. через 9—10 месяцев после окончательного заполнения водоема (глубина его достигла 145 м). Дальнейшие землетрясения происходили в тех случаях, когда ча­ша водохранилища временами пе­реполнялась.

Центры землетрясений в районе озера Мид

В докембрийских породах этого района геологам известны многочисленные сбросы. Дж. Кердер предполагает, что огромное давление подпруженной воды (35 млрд. т!) вызвало оживление этих очень древних и длительное время не проявлявших актив­ности зон разломов. Сенсационный заголовок: «Наполни озеро — вызовешь землетрясение», которым редакция американского жур­нала «New Scientist» снабдила (1967 г.) статью известного сей­смолога Дж. Роте (правда, не согласовав это с автором), для озера Мид подходит очень точно; к счастью, такой прогноз оправдывается лишь в очень немногих других случаях.

• ← Ейєрс Рок (центральна Австралія)
• Йосемітська долина (Каліфорнія) →