В Большом каньоне не хватает горных пород возрастом миллиард лет

Фото из открытых источников

Посетители приезжают в Гранд-Каньон, чтобы взглянуть на глубинные века, запечатленные в его стенах. Но более половины этого времени там не сохранилось. На одной из линий скалы отсутствует примерно миллиард лет истории. Новое исследование предполагает, что когда-то этот камень был сорван скалой высотой до 2 километров.

Работу возглавил Томас Гернон, профессор наук о Земле в Университете Саутгемптона. Его соавторы работают в Центре геофизических исследований им. Гельмгольца при GFZ, Потсдамском университете и Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн. Они провели компьютерное моделирование процесса разрушения ландшафта за 200 миллионов лет. Результаты нового исследования были опубликованы в журнале Geology.

Никто никогда не видел этот обрыв. Геологи дали название расщелине, которая, возможно, образовалась более века назад: Великое несогласие. Река Колорадо сформировала свой каньон гораздо позже. Большая часть современного каньона образовалась 70 миллионов лет назад.

Примерно 800 миллионов лет назад суперконтинент Родиния начал распадаться. Древнее ядро Северной Америки отделилось от блока земной коры, который сейчас является частью Австралии.

Когда континент раскалывается, сохранившийся край поднимается вверх. В результате реконструкции, проведенной командой, образовался крутой склон высотой от 1 до 2 км, изгибающийся по западной половине континента. Модели показывают, что он оставался нетронутым в течение 200 миллионов лет.

«Вы стоите у подножия отвесной скалы, высотой, возможно, один или два километра, которая простирается насколько хватает глаз в обе стороны. Скала была изрезана глубокими оврагами и ущельями, а водопады каскадом ниспадали с возвышенностей в низины», - описывает Гернон.

Подобные скалы до сих пор существуют в Южной Африке и Бразилии. Та же команда исследователей в 2024 году показала, что внутренние районы континентов поднимаются и подвергаются эрозии в течение десятков миллионов лет после распада.

Если отмотать континенты на то время назад, то Большой каньон находится на расстоянии от 400 до 600 км от побережья. Обрывы, оставшиеся после гораздо более позднего распада Гондваны, расположены в среднем на расстоянии 336 км от берега. Каньон оказался в нужном месте.

Цифры становятся огромными. По оценкам моделей, вблизи обрыва откололось около 8 километров породы. Сегодня глубина Большого каньона составляет примерно полтора километра, так что это пять каньонов, от которых откололось множество камней.

Если отойти примерно на 200 км, то приблизительная оценка снизится до 2 км или меньше. Именно к этому контрасту Гернон и возвращается.

«Больше всего меня поразило, насколько точно модели предсказывали изменение эрозии по всей территории», — сказал Гернон. Эрозия была наиболее интенсивной прямо у обрыва и значительно слабее в нескольких сотнях километров от него.

Геологи годами ломали голову над тем, почему этот разрыв проходит глубже в одних частях Юго-Запада, чем в других. Скала, которая бы сильно обошла одну полосу и едва коснулась земли на расстоянии 125 миль, сделала бы именно это.

Другие геологи считают, что причиной является так называемая «Земля-снежный шар» — период, когда лед достигал почти всего экватора, а ледники размывали все, что встречали на своем пути. Гернон заявил, что это ложный выбор.

Для образования ледников необходимы крутые склоны. Сначала образуется отвесная скала высотой в милю, и тогда у льда, который появится позже, будет чем заняться.

Антарктида прошла примерно через такую последовательность событий. Горный массив Земли Королевы Мод потерял от 8 до 10 километров горных пород примерно за 150 миллионов лет, большая часть из которых образовалась до наступления ледникового периода.

Отдельные данные указывают на то же самое. Горные породы из западной части Большого каньона остыли примерно на 150 °C за 200 миллионов лет. Это означает, что с них медленно, а не в результате одного мощного взрыва, отслоилось более 6 км горных пород.

Если обрыв действительно простирался так далеко, то глубоко размытая почва должна была бы простираться далеко за пределы Аризоны.

Команда Гернона прослеживает его распространение по территориям, которые сейчас являются штатами Аризона, Юта, Айдахо, Вайоминг, Колорадо, Техас, Оклахома, Арканзас, Миссури и Иллинойс.

Вдоль этой линии в трех местах обнажаются древние породы, которым не место на поверхности. Это поднятие Ллано в Техасе, горы Арбакл в Оклахоме и купол Озарк в Миссури. В Миссури, согласно более раннему исследованию, было удалено около 6 км породы.

Гернон сказал, что эти обнажения «могут быть долговечными геологическими шрамами этого геологического образования».

В установленном виде эта модель предотвращает попадание океана во внутренние районы континента.

Это вписывается в старую загадку о нижних слоях каньона. Самый древний песчаник над расщелиной датируется 508 миллионами лет назад, примерно через 30 миллионов лет после того, как моря затопили другие части континента. Вода не могла проникнуть внутрь, пока эрозия не размыла край каньона настолько, что вода перелилась через край.

Этот период совпадает с распространением сложных животных в мелководных морях по всему миру.

Обрыв — это предположение, а не точные измерения, и Гернон прямо об этом говорит. Он отметил, что модель не предназначена для учета всех особенностей каньона, хранящего в себе историю двух миллиардов лет.

По его словам, эта модель объясняет местоположение. «В некоторых местах это означает, что десять километров породы просто исчезли», — сказал он. «Понимание того, почему это произошло именно здесь, а не где-либо еще, — вот на что помогает ответить эта модель».

Вопрос о том, как выглядит геологическая структура за пределами Северной Америки, остается открытым. Геологи обнаруживают этот пробел на континентах, расположенных вблизи центра Родинии, и на континентах, находящихся по краям, он едва заметен или отсутствует.

«Оно не повсеместно, оно сосредоточено в древнем ядре суперконтинента Родиния, в тех регионах, которые начали распадаться около 800 миллионов лет назад», — сказал Гернон.

Для проведения анализа необходимо датировать горные породы под разрывом, пересекающим центральную часть континента. Глубина должна соответствовать форме отступающего обрыва: глубокая вдоль одной линии и мелкая в нескольких сотнях миль от нее.