Сочетание крупных и мелких зерен и взаимосвязанных кремнеземистых «нарастаний» делает Кайенту одной из самых устойчивых пород на плато Колорадо.
При взгляде издалека на выветренные обнажения Кайента кажется состоящей в основном из тонких пластов или линз песчаника, что, по сути, так и есть, но в некоторых свежих обнажениях, таких как дорожные выемки, сильно линзовидные красные пойменные отложения образуют поразительные структуры, которые могут выклиниваться от 3–4 футов толщины до тонкого края на горизонтальном расстоянии всего в несколько футов (рис. 14).
Кайента дала ископаемые кости динозавров и других рептилий в северо-восточной Аризоне и пресноводные раковины в восточной Юте. Однако до сих пор в Монументе или вблизи него окаменелостей в ней обнаружено не было.
Еще один пробел в геологической летописи
После влажного интервала, когда формация Кайента отлагалась на обширных территориях плато Колорадо речными потоками, плато снова превратилось в огромную пустыню, и на этот раз сухой климат сохранялся с позднего триаса до юрского периода. Завывающие ветры нагромождали огромные песчаные дюны, слой за слоем, до общей мощности более 2200 футов в национальном парке Зайон, а в восточной Юте и частях юго-западного Колорадо сохранилось до 500 футов. Эта огромная груда песка со временем была сцементирована кальцитом в песчаник Навахо.
ФОРМАЦИЯ КАЙЕНТА, показывающая линзы твердых русловых песчаников и клин красного алевролита и аргиллита. Вдоль дорожной выемки Рим-Рок-Драйв возле верховья главного русла каньона Ют. Вертикальные желоба остались от буровых отверстий, использовавшихся при взрывных работах для прокладки дороги. (Рис. 14)
Красиво изваянные остатки песчаника Навахо являются главными достопримечательностями в национальных парках Зайон, Кэпитол-Риф и Арчес, национальных памятниках Рейнбоу-Бридж, Навахо и Дайносор; они окаймляют многие мили прекрасного озера Пауэлл и образуют восточный фланг поднятия Сан-Рафаэль. По причинам, которые будут объяснены, этот песчаник утоняется к северо-востоку и полностью отсутствует примерно на границе штатов Юта и Колорадо, примерно в 35 милях к юго-западу от Монумента. Таким образом, в Монументе песчаник Навахо, большая часть Кайенты и нижняя часть песчаника Энтрада отсутствуют в еще одном пробеле в геологической летописи, как показано на рисунке 15.
ПРОБЕЛ В ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ЛЕТОПИСИ между формацией Кайента под зеленым блокнотом размером 3½ × 6 дюймов и пачкой Слик-Рок формации Энтрада выше. Причины этого пробела приведены в тексте на странице 38. То, что это эрозионное несогласие, ясно видно по неровной верхней части Кайенты, особенно слева от блокнота. Обратите внимание на карстовые воронки и отверстия в Энтраде в верхней части фотографии. (Рис. 15)
Как возможно, что песчаник Навахо имеет мощность более 2200 футов в национальном парке Зайон, несколько сотен футов на большей части плато в Юте и частях юго-западного Колорадо, но полностью отсутствует, вместе со значительной толщей более молодых пород, в Колорадо-Нэшнл-Монумент и его окрестностях? Какая часть отсутствующих пластов когда-то присутствовала в Монументе, неизвестно, но ясно, что по крайней мере часть из них существовала, но была разрушена эрозией до того, как был отложен песчаник Энтрада. Существуют доказательства [21], что после отложения и консолидации песчаника Навахо плато и прилегающие районы были подняты, слегка наклонены на запад и подвергались эрозии в течение значительного периода времени. Эрозия, естественно, была наиболее выраженной в восточных районах, включая Монумент, где поднятие было наибольшим. Таким образом, в северо-восточной части плато весь песчаник Навахо и большая часть Кайенты были разрушены эрозией, и эрозия продолжалась там, в то время как самая нижняя пачка Энтрады, пачка Дьюи-Бридж, и нижняя часть перекрывающей пачки Слик-Рок отлагались в районе Моаба, Юта. [22] Эта древняя эрозионная поверхность хорошо видна во многих местах вдоль скальной стены на юго-западной стороне Рим-Рок-Драйв между Центром для посетителей и скалой Киссинг-Капл.
Уменьшение мощности песчаника Навахо с юго-запада на северо-восток и отсутствие Навахо и некоторых более молодых пород в Монументе и его окрестностях показаны на изометрической (трехмерной) блок-диаграмме, подготовленной художником Джоном Р. Стейси и мной, которая выставлена в музее Центра для посетителей. Эта блок-диаграмма изображает поверхностные и подповерхностные породы от национального парка Зайон, Юта, до национального памятника Блэк-Каньон-оф-зе-Ганнисон, Колорадо, через национальный парк Кэпитол-Риф, Генри-Маунтинс и Колорадо-Нэшнл-Монумент. По всему плато и частям прилегающих территорий эрозионная поверхность на вершине песчаника Навахо покрыта разбросанной галькой черта — твердой разновидности кремнезема (SiO₂), происходящей из кремнистых пластов пресноводного известняка в Навахо. [23] Там, где Навахо был полностью разрушен эрозией и древняя эрозионная поверхность находится на формации Кайента, как в Колорадо-Нэшнл-Монумент, на старой поверхности локально встречаются разбросанные гальки (некоторые из которых являются чертом), происходящие из конгломератовых линз в Кайенте. [24]
Из-за этого пробела в геологической летописи мы продолжим часть нашего рассказа дальше на запад, где геологическая летопись более полная.
Море на западе
В среднеюрское время земля, ныне называемая центральной Ютой, которая тогда была эродированной поверхностью песчаника Навахо, опустилась под воды рукава мелководного моря, пришедшего с севера, и большая часть этой области оставалась под этим морем до позднего юрского периода. Осадки, принесенные в это море, а также в прилегающие лагуны и эстуарии, позже затвердели, превратившись в осадочные породы формации Кармел, песчаника Энтрада, а также формаций Кертис и Саммервилл. Кармел и Кертис содержат обильные морские окаменелости среднеюрского возраста, и в центральной Юте считается, что промежуточная безрудная Энтрада также отлагалась в море или вблизи него, а безрудная формация Саммервилл, вероятно, отлагалась на приливной отмели, которая часть времени была погружена под воду.
Отложения и события к востоку от моря
В восточной Юте, к востоку от древнего юрского моря, песчаник Энтрада полностью лишен окаменелостей, был частично отложен водой, а частично — ветром, и был разделен на три характерные части, которые в восходящем порядке являются пачками Дьюи-Бридж, Слик-Рок и Моаб. [25] В Колорадо-Нэшнл-Монумент и его окрестностях длительный период эрозии, обсуждавшийся в предыдущем разделе, вероятно, продолжался до самой юры, поэтому только верхняя часть пачки Слик-Рок и перекрывающая пачка Моаб были отложены на эродированной поверхности того немногого, что осталось от формации Кайента (рис. 14).
Пачка Слик-Рок была названа по месту своего нахождения в шахтерском городке Слик-Рок, Колорадо, который изначально получил свое название из-за внешнего вида породы, так как она обычно образует гладкие, скользкие утесы. Это напоминает загадку о курице и яйце. Слик-Рок состоит в основном из песчаных дюн, которые нагромождались на восточном берегу юрского моря ветрами, дующими с северо-востока. Случайные дождливые периоды создавали озера и пруды, в которых часть песка отлагалась ровными пластами. Эта груда песка позже затвердела в скалообразующую пачку Слик-Рок, которая чем-то похожа на Уингейт, но обычно вдвое тоньше, выветривается в менее крутые утесы, имеет преимущественно лососево-красный цвет и почти лишена трещин. Трещины в Уингейте (рис. 11), вероятно, возникли в результате поднятия и наклона плато до длительного периода доэнтрадовой эрозии; в то время как земля, по-видимому, была более стабильной во время Энтрады. Слик-Рок сцементирован карбонатом кальция (CaCO₃), который растворим даже в слабой кислоте, такой как дождевая или снеговая вода, содержащая растворенный углекислый газ. По этой причине в некоторых скальных гранях встречаются карстовые отверстия или воронки, наиболее яркие из которых показаны в верхней части рисунка 15.
Пачка Слик-Рок формации Энтрада образует линию утесов и изолированных монолитов, которые по высоте и величию уступают только утесам Уингейта. Эта пачка лучше всего представлена к юго-западу от Рим-Рок-Драйв между Центром для посетителей и Коук-Овенс, а также вдоль западного рукава каньона Ют (рис. 16). Она также образует скалу Сэддлхорн к югу от лагеря и площадок для пикника возле Центра для посетителей (рис. 50). Большинство гладких скальных граней демонстрируют как круто падающие косые слои древних песчаных дюн, так и горизонтально залегающие пласты озерных или прудовых отложений.
ПЕСЧАНИК ЭНТРАДА, прямо над обычно сухим водопадом в западном рукаве каньона Ют. Обратите внимание на гладкий, лишенный трещин утес пачки Слик-Рок, защищенный слева нависающим базальным пластом пачки Моаб, которая образует около нижней половины склона вдалеке. Верхняя часть удаленного склона — формация Саммервилл, перекрытая пачкой Солт-Уош формации Моррисон. Обратите внимание на Слик-Рок слева, покоящийся на эродированном косослоистом песчанике формации Кайента, в которой был прорезан каньон. (Рис. 16)
Перекрывающая пачка Моаб формации Энтрада представляет собой белый горизонтально-слоистый песчаник, который обычно выветривается, образуя ступени или уступы. Одно из лучших обнажений пачки Моаб показано на рисунке 17, но хорошие обнажения также видны вдоль западной стороны Рим-Рок-Драйв чуть северо-восточнее смотровой площадки Коук-Овенс. В некоторых местах пачка Моаб образует утесы, непрерывные с утесами нижележащей пачки Слик-Рок. По-видимому, она состоит из затвердевшего пляжного или лагунного песка, который отлагался вдоль восточного берега моря, что предполагает, что море простиралось дальше на восток во времена Моаб и Саммервилл, чем во времена Дьюи-Бридж и Слик-Рок. Как и Слик-Рок, Моаб также сцементирован карбонатом кальция, но нижние уступы песчаника пачки Моаб более устойчивы к эрозии, чем пачка Слик-Рок, поэтому Моаб помогает сохранять нижележащие утесы. Вершина пачки Моаб образует участки обнаженной «мостовой» к востоку от Монумента, известные как «Слик-Рим», которые можно наблюдать с дороги Литтл-Парк-Роуд.
ПАЧКА МОАБ ФОРМАЦИИ ЭНТРАДА, демонстрирующая типичное ступенчатое выветривание. В западном рукаве каньона Ют примерно в четверти мили выше вида, показанного на рисунке 16. Пачка Моаб перекрывает и защищает навес пачки Слик-Рок. Моаб перекрыт неэкспонированным склоном формации Саммервилл и нижней частью формации Моррисон. (Рис. 17)
Хотя пачка Слик-Рок обычно лососевого или розового цвета, верхняя половина обнажения чуть севернее самой высокой точки на Рим-Рок-Драйв в верховье главного каньона Ют имеет отчетливо пятнистый вид, где большая часть цвета выщелочена до белого, но в преимущественно белой верхней части появляются нерегулярные цветные пятна, а в цветной части — белые пятна, как показано на рисунке 18. Для сравнения, в обнажении двух пачек Энтрады примерно в 2 милях к северу от магазина и почтового отделения Глейд-Парк (рис. 19) вся пачка Слик-Рок такая же белая, как пачка Моаб, и первая остается белой на некотором расстоянии к востоку. Почему лососевый цвет полностью отсутствует в Слик-Рок возле Глейд-Парка, частично отсутствует на рисунке 18, но присутствует практически везде в Монументе и его окрестностях? Ответы на эту кажущуюся тайну связаны с событиями, произошедшими давным-давно, поэтому здесь будут затронуты только основные моменты.
ПЯТНИСТАЯ ЛОСОСЕВО-БЕЛАЯ ПАЧКА СЛИК-РОК, перекрытая белой горизонтально-слоистой пачкой Моаб, на западной стороне Рим-Рок-Драйв примерно в четырех десятых мили к северу от верховья главного каньона Ют. (Рис. 18)
Кажется разумным предположить, что пачка Слик-Рок в обоих местах изначально была лососевой или розовой, как и везде, но позже красящий агент, красный оксид трехвалентного железа (Fe₂O₃), был химически восстановлен или выщелочен до оксида двухвалентного железа (FeO) кислыми грунтовыми водами и унесен на северо-восток медленно движущимися грунтовыми водами. Но, как я уже отмечал, скальные обнажения песчаников сейчас совершенно сухие, так что же случилось с грунтовыми водами и почему они были кислыми здесь, а не в других местах?
БЕЛЫЙ ПЕСЧАНИК ЭНТРАДА в обнажении к востоку от гравийной дороги примерно в 2 милях к северу от магазина и почтового отделения Глейд-Парк. Причины отсутствия лососевого цвета в пачке Слик-Рок приведены в тексте. (Рис. 19)
До прорезания глубоких каньонов Монумента, которое последовало за последними крупными поднятиями региона, сопровождавшимися изгибом и разломами горных пород, ныне сухие песчаники были насыщены грунтовыми водами, которые очень медленно двигались на северо-восток. Где-то на юго-западе песчаник Энтрада, по-видимому, впитал воду, содержащую растворенный газ сероводород (H₂S), превратив грунтовые воды в слабую кислоту. H₂S мог быть произведен типом анаэробных бактерий, которые обладают способностью восстанавливать растворенные сульфаты (SO₄⁻²) в воде до растворенного газа сероводорода, тем самым получая необходимый кислород.
Следующие вопросы, которые вы могли бы логично задать: (1) если приведенные выше выводы имеют под собой основания, как мы узнали, что кислая вода была вызвана растворенным сероводородом [26], (2) каков источник сульфат-ионов (SO₄⁻²), из которых был получен H₂S, и (3) почему цвет пачки Слик-Рок на рисунке 19 полностью восстановлен до белого, тогда как на рисунке 18 он лишь частично восстановлен в верхней части?
Хотя грунтовые воды из артезианских скважин в районе Гранд-Джанкшен содержат небольшое количество сульфатов, как и большинство грунтовых вод, количество, необходимое для наблюдаемых результатов, скорее всего, произошло от растворения обычного минерала гипса (сульфат кальция, содержащий некоторое количество воды, CaSO₄·2H₂O). Перекрывающие формации Саммервилл и Моррисон содержат некоторое количество гипса во многих местах Юты, поэтому не исключено, что эти формации локально содержат гипс в Колорадо. Если это так, сульфатсодержащая вода могла просочиться вниз в Энтраду в какой-то точке к юго-западу от Глейд-Парка. Но поскольку это должно было произойти несколько миллионов лет назад, ключи к тому, где именно это произошло, давно остыли.
По-видимому, цвет в пачке Слик-Рок возле и к востоку от Глейд-Парка был полностью удален описанным процессом, но очень медленно движущиеся грунтовые воды успели выщелочить только верхнюю часть Слик-Рок (наиболее проницаемую часть) в каньоне Ют, прежде чем процесс был навсегда остановлен дренированием воды из этих пластов в результате прорезания каньона.
Незадолго до того, как юрское море на западе высохло, ил, грязь и некоторое количество песка были вынесены либо в мелководный рукав моря, либо в широкий залив или лагуну рядом с ним, а позже ил, грязь и песок затвердели, став формацией Саммервилл. Мощность Саммервилла в Монументе составляет всего 40–60 футов, но в Юте она намного больше.
Формация Саммервилл настолько мягкая, что очень быстро выветривается, поэтому обнажается лишь в нескольких местах. Лучше всего она представлена в высокой дорожной выемке у Артистс-Пойнт и вдоль дороги на юг на следующую милю (рис. 20), но она также обнажается в дорожных выемках вдоль западного рукава каньона Ют. Даже самые тонкие пласты Саммервилла можно проследить на сотни ярдов, и отдельные пласты имеют почти постоянную мощность на таких расстояниях. Это значительно облегчило детальное измерение разреза Саммервилла [27], проведенное моим сыном Биллом и мной от Артистс-Пойнт до основания перекрывающей формации Моррисон примерно в миле к югу. Используя 6-футовую складную стальную линейку, мы измерили и описали каждый тонкий пласт от некоторого опорного пласта примерно на уровне земли до пласта на уровне глаз, проследили верхний опорный пласт на юг до уровня земли, а затем повторили процесс, пока не были измерены и описаны все 54 фута.
ФОРМАЦИЯ САММЕРВИЛЛ, у Артистс-Пойнт (рис. 3). Основание формации покоится на пачке Моаб формации Энтрада прямо под «мостовой». Обратите внимание на геологический молоток, лежащий на нижнем уступе песчаника чуть левее середины. Верхняя часть Саммервилла здесь была удалена эрозией. (Рис. 20)
Саммервилл в типовой местности в поднятии Сан-Рафаэль, Юта, намного мощнее, чем в Монументе, и содержит много шоколадно-коричневых пластов; но Саммервилл демонстрирует ту же латеральную непрерывность даже самых тонких пластов. Считается, что тонкие осадочные пласты такой равномерной мощности накапливались в относительно спокойных водоемах. Если вы посмотрите на нижние стороны некоторых блоков твердого светло-серого песчаника, которые откололись, вы можете увидеть гофрировку, похожую на ту, что бывает на некоторых металлических крышах сараев. Это знаки ряби, образовавшиеся под действием волн или течений, пока песок был еще рыхлым, что указывает на то, что вода не всегда была полностью спокойной. Хотя большая часть Саммервилла красная, вы увидите пласты многих других цветов, включая серый, сине-серый, зеленовато-серый, шоколадно-коричневый и красновато-коричневый.
Динозавры бродят по Монументу
В позднем юрском периоде море на западе в конечном итоге высохло, либо потому, что оно было заполнено осадками, либо потому, что земля поднялась над уровнем моря, либо и то, и другое. Это привело к смене параллельной слоистости в маргинальной морской среде Саммервилла на нерегулярные русловые песчаники, пойменные илы и грязи, а также пресноводные озерные отложения.
Потоки с более высоких земель на юге приносили ил, грязь и песок, которые накапливались сотнями футов мощности на тысячах квадратных миль, включая Монумент. Эти осадки позже уплотнились в ярко окрашенные алевролиты, аргиллиты, песчаники и известняки, ныне известные как формация Моррисон. Цвета примерно такие же, как у Саммервилла. Водоросли и другие микроскопические организмы извлекали карбонат кальция из озерных вод, и когда они умирали, этот материал оседал на дно озер, образуя известняк.
Мягкие алевролиты и аргиллиты формации Моррисон быстро выветриваются, образуя крутые или довольно крутые склоны, но более твердые пласты песчаника, большинство из которых находятся в нижней трети формации, известной как пачка Солт-Уош, изваяны в виде выразительных уступов или невысоких утесов. В целом более мягкие верхние две трети формации называются пачкой Браши-Бейсин. Моррисон лучше всего обнажен в Редлендс и к юго-востоку от него, где обнаженные породы изрезаны в бедленды, подобные знаменитым бедлендам Южной Дакоты. Оба подхода к Монументу — через каньон Фрута и каньон Но-Торофейр — проходят мимо типичных бедлендов в формации Моррисон. Все 600 футов этой формации лучше всего видны в высоком утесе на восточной стороне устья каньона Но-Торофейр (рис. 21).