КАК ОБРАЗОВАЛСЯ ГРАНД КАНЬОН. Часть 1.
Автор: Люхин А.М.
Обновление 30 марта 2021 г.
"- Дуэйн, тебе этот пейзаж ничего не напоминает?
Вступление.
Типичный окружающий пейзаж на большей части платоКолорадо1в северной Америке представляет собой довольно унылую картину. Полупустынный высокогорный климат с малым количеством осадков дает о себе знать. Глинистая почва под ногами, редкие кустики травы. Еще не успевшей сформироваться сплошной растительный покров говорит нам о малом количестве воды и о геологической молодости этих ландшафтов (Рис. 1).
Однако,если в этой точке круговой фотосъемки повернуться от этого ландшафта на 180 градусов (Рис. 2), то перед ногами путешественника совершенно неожиданно разверзнется глубокий каньон, которого, по всем геологическим законам, здесь быть никак не должно. Посудите сами, ровная поверхность, никаких водотоков.Как видно по местоположению этой точки на карте (Рис.4а), здесь вроде бы должны начинаться верховья небольшого ручья и только. Но факт остается фактом, каньон здесь есть, и он как-то образовался.
Почти вся поверхность плато всеми своими природными проявлениями просто "кричит" нам об интенсивном размыве этой территории мощнейшими площадными водными потоками. Они встречаются как в виде больших проплешин интенсивно размытого до гладкой поверхности известняка, которым сложена ровная поверхность плато, так и в виде причудливой формы положительных: останцы, монументы, размытые вершины и склоны гор и холмов, и отрицательных: многочисленные каньоны разнообразных размеров и глубины, форм рельефа. И самым крупным из них является одно из 10-ти новых чудес природы - знаменитый Гранд-Каньон2, который и будет предметом исследованияэтой статьи.Однако начнём мы обсуждение этой темы не с изучения самого каньона, а с рассмотрения окружающего его пространства, где, на наш взгляд, и сосредоточены главные следы, указывающие на причины и процесс его формирования.
1. Следы катастрофы.
Начнем с самых красивых. Практически вся территория плато Колорадо несет в себе признаки интенсивного размыва. Именно поэтому здесь такое количество национальных парков с огромным количеством уникальных природных объектов: каньонов, ущелий, арок, каменных монументов и пр. В качестве иллюстрации на Рис. 3 приведены лишь наиболее известные (и типичные каждый в своем роде) из них: Волна (a, b), каньон Антилопы (c, d), арка Радужный мост(e, f) и Большой Хоган* (g, h). Их местоположение на местности приведено на Рис. 4. Считается, что все они образовались миллионы лет назад под действием воды, дождя и ветра. С первым компонентом мы вполне согласны, но при этом отметим, что и Волна (TheWave) и Большой Хоган (BigHogan) вообще никак непосредственно с водотоками не связаны, а через Каньон Антилопы (AntelopeCanyon) и Радужный Мост (Rainbow Bridge) протекают лишь небольшие ручейки, пересыхающие летом. Конечно, за приписываемые им миллионы лет все могло измениться, но дело в том, что все эти объекты сложены из весьма непрочного песчаника, который по свидетельствам гидов, проводящих по ним экскурсии, разрушается на глазах. К примеру, именно по этой причине посещение Волны властями сильно ограничено, и туда специально не проложили дорогу, чтобы туристы её в ближайшие годы просто не "затоптали" (иначе она в скором времени просто превратилась бы в песок).По существующей точке зрения по поводу происхождения всех этих уникальных природных объектов ответ один - вода, дожди и ветер (в разных вариациях) за миллионы лет каким-то удивительным избирательным образом сотворили подобные формы. И то, что все они состоят из хрупкого песчаника, никого не смущает. Как не смущает и то, что вокруг этих объектов нет продуктов разрушения этих самых песчаников. И что подобные песчаники встречаются по всему миру, там так же имеются в наличии и вода и дожди и ветер, но подобные формы почему-то встречаются крайне редко, а здесь они расположены друг относительно друга чуть ли не в шаговой доступности.
Забегая немного вперед, скажем, что на наш взгляд, эти природные шедевры могли быть созданы только турбулентными завихрениями в мощных потоках воды движущейся с большой скоростью и несущей в себе большое количество мелких частиц, которые при размыве пород выступали в качестве хорошего абразива. И произошло это одновременно, быстро и относительно недавно, всего несколько тысяч лет назад.
Уже при первом взгляде на космическое изображение территории плато Колорадо (Рис.4a), создается ощущение, что существующий рисунок рельефа и гидросети был размыт и "смазан" каким-то мощным геологическим процессом, как будто какой-то художник, для завершения картины, махнул по всей поверхности широкой кистью по диагонали справа налево.Такое сотворить мог только мощный водный поток, следы прохождения которого отчетливо видны и хорошо читаются на всей территории центральной части плато Колорадо(Рис. 4а, с).При этом большинство мелких деталей строения существующей ныне гидросети подчинены направлению с северо-востока на юго-запад, независимо от того, какое направление имеет основная долина или русло реки.
Рис. 3. Уникальные природные объекты плато Колорадо:
Рис. 4. Космическое изображение поверхности центральной части плато Колорадо с карты Google Maps (а),черный кружок с подписью "с" обозначает приблизительную точку съемки, а стрелка - направление съемки фотографии, приведенной на вкладке "с".; черный кружок с подписью Ф-1 показывает местоположение круговой фотографии на Рис.1 и 2; фиолетовые, синие и голубые стрелки показывают направление движения водных потоков;b - космический снимок лавового потока Блэк-Пойнт
Очень характерным показателем интенсивной работы на этой территории мощных поверхностных водных потоков является наличие крупных реликтов "древней" гидросети, существовавшей здесь до размыва (темное пятно на востоке Рис. 4а). В отличие от современной, она была более густая и хорошо разработанная, что может свидетельствовать о более влажном климате, который был здесь в прошлом. И резким контрастом с ней смотрится голая размытая поверхность без разработанной гидросети вокруг этих реликтов.
Вызывает вопрос и требует своего объяснения почтиполное отсутствие террасовых отложений на всех реках в центральной части плато. Аллювиальные отложения в небольших количествах встречаются только непосредственно в руслах рек и ручьев. И это как раз те отложения, которые могли накопиться здесь за несколько тысяч лет, прошедших с моментакатастрофы. А вот за миллионы лет при слаборасчлененном рельефе и сильно меандрирующих реках подобных образований должно было отложиться и накопиться огромное количество. Но сейчас их практически нет. А ведь раньше они были и это подтверждают данные бурения. В буровой скважине RB5 (HainesandBowles, 1976) на лавовом потоке Блэк-Пойнт(Рис. 4а, b, 5) было установлено, что базальтовый поток имеет мощность 18 м (пятиэтажный дом), причем его верхняя часть 1,8 м сложена пузырьковыми базальтами. А ниже, до входа в коренные породы, находится 22,3 м речного песка и гравия (Рис. 5). Это говорит о том, что в недавнем прошлом, до извержения вулкана, коренные породы на этой территории не были обнажены, как сейчас, а покрыты толстым слоем аллювиальных рыхлых отложений, накопление которых закономерно должно было происходить на поверхности плато. Потом они каким-то загадочным образом с плато исчезли и в настоящее время подобных слоев аллювия в центральной и западной части плато не наблюдается.
Рис. 5. Поперечный разрез с запада на восток левого борта долины р. Колорадо (из отчета HainesandBowles, 1976), показывающий буровую скважину RB № 5 (обведена красным овалом), которая пересекала гравий древней террасы р. Литлл-Колорадо (пачка Tto, пунктир) под базальтовым потоком Блэк-Пойнт (Tb) и вошла в слой коренных верхнетриасовых пород формации Чинл на высоте 1462 м. Местоположение скважины на местности показано на Рис. 4b.
Лавовый поток БлэкПойнт (BlackPoint) является частью вулканического поля Сан-Франциско в Аризоне, состоящего из группы геологически молодых (примерно от шести миллионов до менее тысячи лет) вулканов, потоков лавы и шлаковых конусов, расположенных к северу от Флагстаффа, штат Аризона. Возраст потока определенный по пробе базальтапо данным (Karlstrom, 2016), отобранной в 1 метре от кровли потока по данным анализа 40Ar /39Ar составил 890 ± 20 тыс. лет назад. При этом в той же статье приведены данные о том, что в более ранних исследованиях возраст потокаБлэк-Пойнтоценивали в 2,43 млн лет. (Обратим (еще раз) внимание на разброс датировок.Вообще-то эта разница в результатах анализов одних и тех же базальтов в 1.5 млн лет ставит под большой вопрос применимость этого метода для определения абсолютного возраста. Ведь получается, что сама разница сопоставима с определяемым возрастом. Было 2.5 млн лет, позже перемерили - стало 900 тыс. лет, а какая дата получится в другой раз? - прим. авт.)
Между тем еще отметим, что на самом базальтовом лавовом потоке наблюдаются локальные скопления песчаных отложений (Рис.4b), которые мог занести туда только мощный водный поток. И произойти это могло уже только после извержения этого потока на поверхность.
Еще один момент, на который следует обратить внимание, это кардинальная перестройкагидросети, произошедшей здесь во время катастрофы. Одним из ярких примеров такой перестройки служит долина среднего течения р. Колорадо от Лис Ферри* до устья реки Литл-Колорадо. Обычно угол между генеральным направлением русла реки и направлением русла притока в приустьевой части составляет менее 90 ??, что вполне согласуется с эрозионным характером морфологии земной поверхности. Однако здесь мы видим совершенно иную картину. На Рис. 6а видно, что притоки реки текут в противоположную сторону по отношению к основному руслу. Создается впечатление, что река на этом отрезке раньше текла в обратном направлении - на север. Скорее всего, это было продолжение "допотопного" русла р. Литл-Колорадо, повернутое вспять и ставшее, в итоге, фрагментом русла р. Колорадо. Произошло то, что американские геологи называют словом "piracy" (пиратство) - захват русла одной реки другой. О том, почему и как это произошло, мы дадим ответ чуть позже, а пока отметим, что произошло это внезапно и совсем недавно, так как современный рисунок гидросети, адаптированный к сложившейся геоморфологической ситуации еще не сформировался, а следы прежней гидросети еще отчетливо видны. Так, на Рис. 6c видно, что практически все ручьи, начиная от самой бровки каньона, текут в противоположном от него направлении, на восток и впадают в р. Литл-Колорадо. Кроме того создается впечатление, что они этой бровкой просто обрезаны. Похожую картину мы видим на Рис. 6b, на котором показан линейный уступ юго-западного направления. Очень показателен характер изменения рисунка гидросети по разные стороны от этого уступа. Как видно на изображении, на поверхности его верхнейюго-восточной стороны рисунок гидросети читается отчетливо. А на линии уступа он обрывается, так как северо-западная сторона была размыта водными потоками.
Рис. 6. Примеры перестройка речной сети в среднем течении р. Колорадо (синие стрелки на вкладках а и с показывают направление течения рек и ручьев, а на вкладке b - водных потоков).
Нам утверждают, что уникальные объекты плато Колорадо созданы эрозией, то есть посредством перепада температур, сезонных осадков и ветра. Хорошо, допустим, что это так, но тогда необходимо ответить на вопрос - а куда же тогда делись продукты этой самой эрозии? Где та масса рыхлых отложений, которая должна была здесь накопиться за миллионы лет? Возьмем, к примеру, Долину монументов - возвышенную равнину, являющуюся частью плато Колорадо (Рис. 7). Считается, что верхний слой равнины, состоящий из мягких осадочных пород, был полностью разрушен и над ровной пустынной поверхностью остался ряд скал-останцев, сложенных из менее податливого к выветриванию красного песчаника. Но почему-то еще никто не дал ответ на вопрос, а куда делась эта гигантская масса рыхлых пород, которая широким шлейфом должна окружать эти монументы и заполнять пространство между ними. Рек здесь не протекает. Снега тоже выпадает не много, чтобы говорить о мощных паводках. Так куда и каким образом всё это делось?
Рис. 7. Долина монументов (автор:MoritzZimmermann - собственная работа, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=166401).
Посмотрите на поверхность плато вокруг каньона на фотографии (Рис. 8) - она буквально "вылизана", на ней нет ни одного крупного валуна, холма или останца. Такую работу по "очистке территории от мусора" мог совершить только мощный водный поток, прокатившийся по всей поверхности плато и смывший все рыхлые породы, оставив после себя только чистую каменистую поверхность.
Рис. 8. ВосточнаячастьГранд-Каньона
Эрозионные процессы преобразуют окружающее пространство равномерно, тем более, если это пространство имеет слаборасчлененный рельеф и сложено однотипными по физическим свойствам породами. А плато Колорадо как раз и сложено преимущественно горизонтально залегающими осадочными горными породами. И если бы это была обычная поверхностная эрозия, длящаяся на протяжении млн. лет, то никаких монументов, арок, каньонов, пещер на плато не было бы, а мы сейчас наблюдали бы только пологуюравнину,покрытую толстым слоем рыхлых отложений с отдельными холмами песка и щебня на ней.
Так что же за сила "почистила" эти пространства, оставив нам на обозрение эти уникальные природные объекты во всей красе. По нашему мнению это могли сделать только мощные площадные водные потоки (мегацунами), прокатившиеся по этой территории в недавнем прошлом, смывшие с неё рыхлые породы и, одновременно с этим, создавшие эти объекты во время своего движения в процессе интенсивногоразмыва осадочных пород. А причиной появления этих потоков на плато Колорадо послужила глобальная космогенная катастрофа - падение крупного космического тела в северную Атлантику.
2. Первопричина произошедших изменений.
Около 2800 лет назад на нашей планете произошла глобальная катастрофа (https://lyukhin.livejournal.com/2668.html). Крупный астероид диаметром около 10 км, летевший по направлению с юго-востока на северо-запад, столкнулся с Землей в районе Бермудского треугольника в северной Атлантике (Рис. 9).
Рис. 9. Схематическая иллюстрация падения астероида в Атлантический океан. Белые стрелки показывают направление полета астероида; стрелки бирюзового цвета указывают основные направления движения водных потоков.
Отличительной особенностью этого столкновения явилась очень пологая траектория полета астероида по отношению к поверхности Земли, вследствие которой длительный полет в плотных слоях атмосферы привел к его значительному аэродинамическому разрушению и перед падением в океан он представлял собой не единый ударник, а рой разнокалиберных обломков диаметром в несколько сотен километров. Верхняя часть этого роя долетела до восточного побережья и подвергла его интенсивной ковровой бомбардировке. Ярким свидетельством тому является образование более 500 000 овальных кратеров Каролина бэйс* на восточном побережье США на площади более 200 000 кв. км. Падение астероида, передавшее колоссальную кинетическую энергию водам океана, привело к образованию и выбросу в атмосферу большого количества водяного пара, пыли и различных микрочастиц, разлетевшихся на тысячи километров, и впоследствии осажденных на поверхности планеты в виде слоя blackmat*. Но осаждение произошло потом, а сначала вслед за бомбардировкой побережья на североамериканский континент обрушилась серия постепенно затухающих мегацунами. Мощные водные потоки из Атлантики прокатились практически по всей территории Северной Америки (за исключением её высокогорных северо-западных областей), размывая и унося в себе громадные объемы рыхлого материала. Именно они выровняли поверхность восточных предгорий Скалистых гор, превратив их в Великие Равнины, и залили солеными морскими водами Большой Бассейн, оставив после себя Большое Соленое озеро и множество более мелких соленых озер и солончаков. Такую же впечатляющую работу они проделали и на плато Колорадо, очистив его от рыхлых отложений и одновременно с этим сотворив огромное количество экзотических форм рельефа, часть из которыхБыла описана в предыдущем разделе и "жемчужиной" которых, несомненно, является Гранд-Каньон.
Высокогорных районов Юго-Запада смогла достичь лишь первая волна мегацунами, исходя из этого мы можем представить следующую картину движения водных потоков по плато Колорадо (Рис. 10).
Рис. 10. Схема прохождения водных потоков по плато Колорадо на карте рельефа (https://maps-for-free.com). Здесь и далее фиолетовыми стрелками показаны направления движения первичных потоков от очага мегацунами, а голубыми - "обратные" водные потоки. Белая точка с подписью Ф-2 показывает местоположение круговой фотографии на Рис.11.
Мощные первичные потоки северо-западного (далее - СЗ) направления во время своего движения по плато смыли и унесли с собой почти весь рыхлый материал, накопленный на нем за долгую историю. При этом они вели себя в разных частях плато по-разному. На юге и в центре плато они быстро пересекли его в СЗ направлении, затем перебрались на территорию Большого Бассейна, залили его, и, далее, потеряв мощность, излишки воды начали скатываться оттуда либо на север на Колумбийское плато, либо обратно в сторону Калифорнийского залива. А потоки в северной части плато, встретив на границе плато с Большим Бассейном препятствие в виде западных отрогов Скалистых гор, начали поворачивать на юго-запад вдоль отрогов этих гор. Наиболее мощная фронтальная часть потока прошлась по юго-восточному склону этих гор, частично размыв их (так образовался Брайс-Каньон) и отправилась по направлению к Гранд-Каньону. А потоки, следующие за этим фронтом, сначала затормозились, а затем тоже повернули в юго-западном (далее - ЮЗ) направлении.Они уже не обладали такой энергией чтобы, например, вскрыть мощный пласт известняков, но для размыва и выноса более рыхлых пород её было вполне достаточно. В итоге, они повторно прошлись по центральной и западной части плато, но уже в другом направлении, частично смыли следы предыдущих потоков, поэтому следы ЮЗ направления более отчетливо читаются на его современной поверхности. И в завершение этого процесса заполнили водой всю равнинную часть плато, а её излишки скатились с плато вниз в сторону Тихого океана.Отметим, что большая часть смытых с плато рыхлых пород была отложена уже за его пределами, создав тем самым еще одно уникальное природное образование на юго-западе Северной Америки - пустыню Мохаве.
В качестве примера малой скорости (торможения) потоков на севере плато на Рис. 11 приведена фотография поверхности в северной части плато. Как видно на ней, по сравнению с долиной монументов (Рис. 7), все склоны здесь покрыты толстым шлейфом рыхлых отложений, как и вся поверхность долины вокруг них. Это говорит о том, что вода здесь недавно была (об этом свидетельствует почти полное отсутствие почвенного слоя и растительности), но она была практически стоячая и смогла лишь "размочить" коренные осадочные породы на этой территории до рыхлого состояния.
Рис. 11. Характер поверхности на севере плато Колорадо. (местоположение приведено на Рис. 10 - точка Ф-2). (Фрагмент фото, автор: Austin Wilkins, https://goo.gl/maps/hAXzMaGxm9WSFiYD9)
На этом мы заканчиваем обзор следов интенсивного размыва этой территории и причин, объясняющих, что, почему и как это здесь произошло, и переходим к главному объекту нашего исследования - Гранд-Каньону, одному из наиболее своеобразных и ярких проявлений (последствий) этой катастрофы. При этом отметим, что именно эти, описанные выше водные потоки, и сыграли в формировании Гранд-Каньона определяющую роль.
3. Гранд-Каньон - что мы знаем о его происхождении.
Рис. 12. Гранд-каньон с высоты птичьего полета. (https://monochromica.livejournal.com/195914.html)
Многие не связанные профессионально с этой тематикой люди полагают, что проблема происхождения Гранд-Каньона давно и успешно учеными решена. Однако это далеко не так. Возраст, причины и процесс образования Гранд-Каньона до сих пор остаются загадкой. На протяжении 150 лет геологи размышляли о процессах, формирующих каньон, но так и не пришли к однозначным выводам. Давайте посмотрим, что сейчас известно о его происхождении.
3.1 Общепринятое мнение или что думают об образовании каньона геологи
Научная конференция, состоявшаяся в 2010 году во Флагстаффе, штат Аризона, собрала 70 ученых, которые участвовали в интенсивных дебатах о происхождении и эволюции системы реки Колорадо. Этот симпозиум, основанный на двух предыдущих научных встречах (1964 и 2000 гг.), был сосредоточен на достижении научного консенсуса, где это возможно, при одновременном формулировании продолжающихся споров относительно кайнозойской эволюции реки Колорадо и ландшафтов региона плато Колорадо - Скалистых гор, которые она дренирует. Новые разработки включали гипотезы о том, что неогеновый мантийный поток вызывает наклон плато и дифференциальное поднятие, а также новые и противоречивые гипотезы о существовании и эволюции древних рек ранее 6 млн. лет назад, которые могут иметь важное значение в истории и рождении нынешней реки Колорадо. Существует консенсус в том, что модели наклона и подъема плато должны быть проверены с помощью многопрофильных исследований, включающих дифференциальные исследования разрезов и дополнительную геохронологию и термохронологию, чтобы определить относительную значимость тектонических и геоморфических сил, которые формируют впечатляющие пейзажи плато Колорадо, Аризоны и региона. В отчетном докладе по результатам конференции было заявлено, что эта встреча позволила им лишь продвинуться к консенсусу по основным 13-ти темам (направлениям) в изучении формирования и эволюции реки Колорадо, плато Колорадо и Гранд-Каньона, в частности. Ещё по 12 направлениям противоречия и споры продолжаются и были намечены 14 основных направлений будущих работ. В дополнение к научным целям участники встречи подчеркнули культовый статус Гранд-Каньона для наук о Земле и важность хорошего взаимодействия между исследовательским сообществом, сообществом геолого-геофизического образования, общественностью и средствами массовой информации. Материалы этой конференции находятся в открытом доступе по адресу: https://pubs.usgs.gov/of/2011/1210/.
В настоящее время существует две модели образования Гранд-Каньона (далее в тексте - ГК), которые поддерживаются разными группами ученых. "Древняя" модель предполагает, что палеорека протекала по этой территории 70-80 млн лет назад в восточном направлении и заложила основу каньона, а затем другая палеорека из Аризоны 55-30 млн. лет назад врезалась в него на том же участке и размыла на ту же глубину, как у современного ГК. А намного позже этот заброшенный палеоканьон был повторно использован современной рекой Колорадо, протекающей на запад, когда её дренаж был интегрирован в Калифорнийский залив. Согласно этой гипотезе река Колорадо не играла значительной роли при образовании ГК. Напротив, большинство "молодых" моделей каньона предполагают, что большая часть Гранд-Каньона была вырезана рекой Колорадо со времени ее формирования 5-6 миллионов лет назад.
Общепринятое на данный момент мнение, сформулированное на конференции 2010 года и учитывающее обе эти позиции, гласит, что Гранд-Каньон был образован рекой Колорадо, текущей на запад в последние 5-6 миллионов лет, объединившей более древние палеоканьоны, которые были повторно использованы и углублены, как только река образовала своё нынешнее русло. На Рис. 13 показана карта Гранд-Каньона, примерно отражающая этот консенсусный вариант, так как споры относительно возрастов отдельных сегментов еще продолжаются.
Рис. 13. Карта Гранд-Каньона, показывающая его разновозрастные сегменты: (1) Марбл-Каньон (\6 млн. лет); (2) Восточный Гранд-Каньон (25-15 млн. лет); (3) Ущелье Муав (нет данных); (4) сегмент разлома Харрикейн (65-50 млн. лет); и (5) Западный Гранд-Каньон (5-6 млн. лет) (из статьи Karlstrometal., 2014).
Главной причиной, приведшей к образованию Гранд-Каньона, большинство ученых считает не поверхностные процессы, а тектонические подвижки, связанные с активностью в верхней мантии. И связано это в значительной мере с выявленным фактом интенсивного врезания реки Колорадо на протяжении от начала становления её речной системы до нашего времени.
Так, Р. Кроу с соавторами пишет (Crowetal., 2014): "…новая геохронология с высоким разрешением показывает устойчивый во времени долгосрочный врез на любом заданном участке Гранд-Каньона, но значительные изменения по его длине от 160 м/млн лет на востоке до 101 м/млн лет на западе. Пространственные и временные модели разрезов и длительная шкала устойчивых разрезов исключают модели, в которых геоморфологические элементы влияния, такие как колебания климата, прочность коренных пород, эффекты нагрузки наносов или изостатическая реакция на дифференциальную денудацию, являются движущими силами первого порядка врезания каньона. Картина врезки лучше всего объясняетсямоделью неогенового и продолжающегося эпейрогенного подъема из-за распространяющейся на восток зоны повышенной плавучести верхней мантии (Рис. 14), которую мы предполагаем в результате распространения неогенового базальтового вулканизма и сильного латерального градиента в современной сейсмической структуре верхней мантии".
Рис. 14. Томографический разрез, показывающий мигрирующую границу мантии, которая, возможно, вызывает поднятие. Черная, серая и белая стрелки показывают область изменения плавучести в голоцене, позднем миоцене и среднем миоцене соответственно (из статьи Crowetal., 2014).
Главный постулат, положенный в основу многомиллионолетних гипотез образования ГК, основан на тепловой эволюции осадочного бассейна, каковым является верхняя часть плато Колорадо. Он подразумевает, что при глубоком врезании каньона произошло остывание окружающих пород, и время, начавшееся с момента остывания при достижении определенной температуры, фиксируется в зернах апатита либо по трекам деления (AFT-метод), либо по относительной концентрации 4He (AHe-метод). Это радиоизотопные методы определения абсолютного возраста процессов, которые широко используют в низкотемпературной термохронологии. При этом зона частичного отжига для апатита составляет 60 - 110°C , а интервал постепенного прекращения диффузии гелия в нём - 30-90°C. Считается, что эти температуры могут быть связаны с глубиной залегания вскрытых пород на глубинах 1-5 км, в зависимости от предполагаемых геотермических градиентов и температуры поверхности, и, таким образом, могут ограничивать время охлаждения горных пород из-за врезания каньона.
Давайте немного углубимся с суть этих методов и попробуем разобраться насколько обоснована уверенность ученых в столь древнем возрасте Гранд-Каньона.
3.2 Проблема датировок.
Чтобы было понятно, о чем идет речь, погрузимся немного в теоретические основы трекового датирования. Ниже курсивом приведено сокращенное описание этого метода из автореферата докторской диссертации А.В. Соловьева (Соловьев, 2005).
"Метод трекового датирования (fission-trackdating (FTD-метод)) - метод определения возраста минералов, основанный на подсчете плотности треков осколков спонтанного деления ядер урана (238U), накапливающихся в минерале в ходе геологической истории. Подсчет треков в минералах проводится при помощи оптического микроскопа (увеличение 1250х и выше), так как их размер может быть увеличен путем химического травления определенным реагентом.
При делении ядер высвобождается несколько нейтронов, которые разлетаются в противоположном направлении с большой скоростью и несут высокий положительный заряд. При прохождении через твердое вещество заряженная частица оставляет нарушение на атомном уровне, ориентированное вдоль траектории ее движения. Эти нарушения называются ядерными треками (Рис. 15), а материал, в котором регистрируются треки, - детектором.
Рис. 15. Треки спонтанного деления урана (238U) в природном кристалле апатита, увеличенные путем химического травления HNO3.
Развитие методов изотопной геохронологии привело к появлению понятий - истинный возраст, кажущийся возраст и температура закрытия изотопной системы. Истинный возраст породы (минерала) соответствует интервалу времени между ее формированием и настоящим временем. Кажущийся возраст - это возраст породы (минерала), полученный каким-либо изотопным методом и отличающийся от истинного возраста. Температура закрытия (или температура блокирования) изотопной системы - это температура, при которой скорость потерь того или иного изотопа за счет диффузии становится незначительной по сравнению со скоростью его накопления. Значение кажущегося возраста, измеренное при датировании, представляет собой промежуток времени с момента, когда исследуемый минерал последний раз остыл ниже температуры закрытия изотопной системы, при условии, что с этого момента изотопная система оставалась закрытой. Разные изотопные системы в различных минералах и породах имеют разные температуры закрытия.
Различные геологические параметры, такие как температура, время, давление, гидротермальное воздействие, ионизирующая радиация, могут разрушать треки спонтанного деления урана в кристаллах. Главным фактором является температура. Чем больше времени выдерживается образец, тем при меньшей температуре происходит отжиг треков. Исчезновение треков не происходит моментально, отжиг треков - это градиентный процесс. В наиболее общем виде зона частичного отжига для апатита определяется как 60 - 110°C (±10°C), для циркона 240°±50°C. Увеличение термальной стабильности треков происходит в следующем порядке: апатит - циркон - сфен. На свойства отжига апатита влияет его химический состав. Например, треки в хлорсодержащем апатите более устойчивы, чем во фторсодержащем апатите. В процессе отжига уменьшается не только плотность треков, но и уменьшается их длина. Изучение длин треков в апатите очень важно для правильной интерпретации данных.
Трековый возраст, в физическом значении, - это период времени, в течение которого происходило накопление треков в кристалле. Нужно иметь в виду четкое различие между "физическим измерением" и "геологической интерпретацией" трековых возрастов. Интерпретация трековых возрастов не всегда тривиальна и требует тщательного анализа, как полученного материала, так и учет разнообразных геологических факторов.
Современные исследования, использующие трековый анализ, направлены на определение возраста разрезов, лишенных фауны, реконструкцию источников сноса терригенного материала, изучение эксгумации орогенных поясов и установление термальной истории осадочных бассейнов Трековое датирование применимо для изучения динамики тектонических процессов (аккреция, коллизия, эксгумация) путем количественной оценки времени и скорости их развития. Трековый возраст отражает время остывания минерала ниже определенного порога или температуры закрытия. В этом смысле, трековые возрасты соответствуют времени формирования для быстро остывших вулканических пород (возраст извержения) или отражают время остывания медленно поднимающихся с глубин пород (возраст эксгумации).
Детритовая* термохронология - это методика, которая позволяет оценивать возрасты остывания пород в источниках сноса на основании изучения трековых возрастов детритовых минералов из осадочных разрезов. Главное достоинство детритовой термохронологии состоит в том, что эта методика позволяет проследить во времени связь между тектоническими процессами и седиментацией. Треки в апатите устойчивы только в приповерхностных условиях при температуре ниже 60°С".
Вторым методом, который также широко используется для вычисления абсолютного возраста является уран-торий-гелиевый ((U-Th)/He) метод. Это метод изотопного датирования, в основе которого лежит явление генерации изотопа 4Не в радиоактивных рядах и его накопление в минералах, содержащих уран и торий. По соотношению радиогенного гелия и радиоактивных 238U и 232Th можно рассчитать время, когда, в связи с понижением температуры минерала до определенных значений, диффузия гелия прекращается и начинается его накопление в минерале-детекторе.
Именно эти два метода (применительно к апатиту они называются AFT и AHe) являются основными методами определения абсолютного возраста основных этапов геологической истории плато Колорадо и формирования ГК, а в качестве детектора используются детритовые зерна апатита из разного типа пород.
Какпишет S. A. Kelley с оавторами в статье "A Summary and Evaluation of Thermochronologic Constraints on the Exhumation History of the Colorado Plateau-Rocky Mountain Region" (см. в материалах конференции - Beard at al, 2011): ("… мы исследуем относительную важность каждого "эпизода" эксгумации в различных субрегионах с использованием низкотемпературной термохронологии, которая регистрирует охлаждение горных пород до 110-60 ?C (AFT) и 70-40 ?C (AHe). Преобразование этих данных в палеоглубины и величину эксгумации требует предполагаемых палеогеотермических градиентов. Принимая во внимание множество ограничений при оценке геотерм и температур закрытия, мы используем 20-25?C / км как вероятный геотермический градиент для плато Колорадо в период от позднего мела до кайнозоя. Следовательно, 110 ?C = 4-5 км глубина залегания для AFT возрастов около основания зоны частичного отжига (PAZ), 60-110 ? = 3-4 км глубины для AFT возрастов в пределах их PAZ, 40-70?C = 2.5-3 км глубина для AHe от частичного до полного удерживания его в апатите. Скорости эксгумации аппроксимируются регрессивными пересечениями возраст-высота, без каких-либо предположений об эволюции геотерм или переменных температур закрытия, но с допущением устойчивых геотерм и полуоднородных температур закрытия в течение периода времени".
Как можно заключить из вышесказанного, основным "фундаментом" на который опираются и делают свои построения и реконструкции авторы как "древней", так и "молодой" модели образования ГК являются данные низкотемпературной термохронологии по апатиту. Абсолютный возраст врезания ГК определяется главным образом двумя методами: по трекам деления апатита (AFT), которые обеспечивает ограничения по охлаждению для температур 60-110°C, и которые перекрываются с ограничениями датирования по диффузии гелия в апатите для температур 40-70?C (в других статьях приводится интервал - 30-90°C). В своих термохронологических реконструкциях они предполагают, что над современной поверхностью плато еще залегал толстый слой пород мощностью от 1.5 до 4 км, который был дренирован на протяжении 80-ти млн. лет существования самого плато.
Мы не будем здесь обсуждать возможности и ограничения (которых достаточно много) этих методов термохронологии для палеореконструкций эволюции осадочных бассейнов. Нас интересует лишь один вопрос, а насколько обоснована прямая связь образования ГК с треками и гелием в зернах апатита. Ведь, если отвлечься от научных рассуждений, получается, что возраст ГК определяют исключительно по "чёрточкам" в кристаллах апатита приведенным на Рис. 15.
Только представьте, сколько допусков заложено изначально в детритовой термохронологии и сколько факторов влияют на достоверность её результатов. Они абсолютно не учитывают где, в чем, как и когда первично образовались эти кристаллы апатита и историю их появления в осадочных породах Гранд-Каньона. Эти методы построены на идеализированной картинке того, что предполагает увидеть исследователь. В них принимается, что после нагревания кристалла свыше 110°С его старая история полностью нивелируется, и перед микроскопом предстает практически заново рожденный кристалл, но так в природе не бывает. Несмотря на регенерацию кожи, шрамы на теле человека не зарастают без следа. Но даже это не так важно. Есть много других вариантов. К примеру, эти кристаллы с момента своего образования вообще могли не нагреваться до температуры выше 100°С, и та история, что записана в треках (или концентрации гелия), говорит совсем о другом. Разве не может оказаться, что непосредственной связи образования ГК и тепловой эволюции пород плато Колорадо просто нет. Допустим, породы просто остывали по каким-то другим причинам, и остыли в своё время. И врезание ГК к этому не имеет никакого отношения, тем более может статься, что его тогда здесь даже не намечалось. О чём, к примеру, могут говорить возрасты западной части ГК, показанные на Рис. 16? Это как раз данные сторонников "древней" модели образования ГК. На наш взгляд, наиболее вероятно, только о том, что как раз в это время 70-80 млн. лет назад началось резкое поднятие плато Колорадо и, естественно, породы в этой его части начали остывать первыми, как самые близко расположенные к его краю. А в восточной части остывание произошло на десятки млн. лет позже. Вот и всё. И причем здесь ГК?
Рис. 16. Данные возраста по апатиту (U-Th)/He для кристаллического фундамента Гранд-Каньона (красные треугольники) и образцов из гравия на краю каньона (желтые квадраты) (Flowers, 2008). (Обратите внимание на широкий разброс значений полученных абсолютных возрастов только в одном этом исследовании - прим.авт.)
Нам кажется, что авторы многомиллионолетних гипотез сами стали заложниками результатов этих термохронологических методов определения абсолютного возраста. Ведь на чем основаны различия в интерпретации возрастов образования ГК в "древней" и "молодой" моделях. Почти исключительно на результатах анализов. Они настолько в них уверены, что, наверное, даже скорее пересмотрят время подъема самого плато Колорадо, если следующие анализы покажут 150 млн. лет, чем засомневаются в их достоверности.
Ещё отметим, что в рекомендуемых направлениях будущих исследований, определенных в итоговом докладе конференции в Флагстаффе, доработке этих методов уделено целых два пункта: "(5) Согласовать возрасты по трекам деления апатита и возраст (U-Th)/He друг с другом и с другими геологическими ограничениями. Оба метода следует применять к одним и тем же образцам.(6) Составить межлабораторные протоколы и уменьшить неопределенность в том, как интерпретировать переменный возраст апатита из одного и того же образца".
А что, если этот постулат, на котором построена методика интерпретации данных датирования, изначально неверен? Что может сказать современная геология о происхождении Гранд-Каньона, если из научных статей убрать данные радиоизотопных анализов и построенные на их основе многочисленные таблицы, карты и графики? Похоже, что останется только большой вопросительный знак, который показан на первой странице этой статьи.
Удивительно, но в материалах конференции не нашлось ни одной статьи, проливающей хоть какой-то свет на загадку формирования облика каньона - только тектоника, денудация, врезка русла реки, термохронология, датировки и т.д., но практически никакой информации о механизме образования самой внутренней узорчатой структуры каньона. Это наводит на мысли о том, что у участников конференции просто нет четкого представления о том, каким образом он сформировался в таком виде, и это свое недоумение они прикрывают рассуждениями о тектонических подвижках, горячих точках мантии и т.д. А формирование уникального облика ГК отдают на откуп тем же процессам эрозии, не объясняя при этом, каким образом эти эрозионные процессы умудрились создать подобное чудо природы.
3.3 Следы наводнений в долине р. Колорадо.
Справедливости ради надо отметить, что геологи всё же видят следы наводнений на плато, однако связывают их с экстремальными паводками происходившими здесь в голоцене*. В работе (Liuetal., 2020) приводятся данные изучения таких паводков на территории верхнего бассейна реки Колорадо, где авторами было исследовано несколько участков речной долины, на которых было отобрано 106 проб. Из них 68 были датированы радиоуглеродным методом* (14С), а другие 38 методом оптически стимулированной люминесценции* (OSL), которые показали возраст экстремальных аллювиальных отложений уже не миллионы, как в Гранд-Каньоне, а тысячи лет. В результате подробного изучения стратиграфических корреляций, высоты залегания, возраста и мощности экстремальных отложений на всех участках с привлечением седиментологических данных и гидравлического анализа было выявлено, что периоды частых экстремальных наводнений происходили здесь в возрастных диапазонах 8040-7960, 4400-4300, 3600-3460, 2900-2740, 2390-1980, 1810-720 и 600-0 лет назад. В заключение своей работы они сделали вывод о том, что экстремальные палеонаводнения в этой части бассейна реки Колорадо не зависят от того каким был климат в те эпохи - засушливым или влажным, а, вероятно, являются результатом резко усилившихся штормов, происходящих в северной части Тихого океана и, возможно, связанных с повышенной изменчивостью Эль-Ниньо.
На наш взгляд, это конечно очень важная и нужная работа, но на фоне бросающегося в глаза общего катастрофического размыва всей территории, вывод о связи палеонаводнений со штормами в Тихом океане выглядит не совсем неубедительно. Переиначивая народную пословицу - разглядывая песчинки, не замечают бревна.
А вот в нижнем течении р. Колорадо ситуация обстоит по-другому. Здесь выявляются следы и признаки мощнейших прошлых наводнений. В материалах конференции (Beardatal, 2011) есть статья Ховарда и Малмона (K.A. Howardand D. V. Malmon "Boulders Deposited by Pliocene and Pleistocene Floods on the Lower Colorado River"), в которой её авторы приводят информацию о крупных толщах валунно-галечных отложений в широкой долине нижнего течения р. Колорадо уже за пределами плато Колорадо вниз по течению от Гранд-Каньона. Возраст этих отложений варьируется от плиоцена до позднего четвертичного периода. Они намного крупнее, чем песчано-гравийное русло современной реки. Многие валунные отложения находятся в ограниченных каньонах, где высокие скорости потока могут возникать во время прохождения больших объемов воды. Большинство валунов имеет местное происхождение.
На Рис. 17 показаны сцементированные плиоценовые (?) окатанные валунные конгломераты, которые обнажаются вдоль 22-километрового участка реки Колорадо в Аризоне и Калифорнии, включая ущелье Топок и части прилегающих долин Мохаве и Чемеуэви. Его общая мощность составляет ~ 45 м и включает заполнение центрального канала глубиной не менее 20 м и боковые отложения, которые плавно переходят на прилегающие склоны палеодолин на расстоянии 1-2 км от центрального канала. Тальвег канала опускается на юг примерно параллельно современному уклону реки, но на 20-30 м выше. Обычны грубые округлые валуны издалека перемещенного кварцита, но более крупные валуны (> 1 м) представляют собой местные вулканические породы, гнейсы и граниты. Хорошо отсортированный каменный материал конгломератов не имеет внутренней слоистости. Похожие залежи конгломератов наблюдаются и в 40 км выше по течению, что может свидетельствовать о региональном наводнении, а не о локальном прорыве паводковых вод.
Рис. 17. A. Конгломерат заполняет тальвег палеодолины, врезанной в коренную породу миоцена в северо-восточной части ущелья Топок (Аризона). B. Крупный план обнажения, показанного на A. Валуны гнейса и базальта достигают 0,9 м в диаметре. С. Разрез валунных отложений и более мелких фаций, выявленных по каротажным диаграммам на участке Parker Dam около Паркера, Аризона (Howard and Malmon, 2011).
На Рис. 17C приведен разрез, построенный по данным экстраполяции каротажных диаграмм для участка Parker Dam в каньоне Обри (это примерно на полпути от окончания Гранд-Каньона до места впадения реки Колорадо в Калифорнийский залив - прим.авт.). Эти данные позволяют предположить наличие здесь двух погребенных толщ валунных конгломератов общей мощностью 80 м, одну в нижней части каньона (плиоцен?) и другую в верхней, которая может иметь четвертичный возраст.
Давайте пока отставим приводимые Ховардом и Малмоном датировки в сторону и отметим для себя, что вся обширная равнинная часть долины нижнего течения реки Колорадо, во многих частях заполнена мощными толщами валунно-галечных отложений, по большей части отложенных единовременно (Рис. 17A,B) , реже в два этапа (Рис. 17C).
3.4 Несоответствие "официальной" версии наблюдаемым фактам..
Выше озвученная общепринятая версия возможно для кого-то и представляется убедительной, однако зрительное восприятие Гранд-Каньона не очень-то состыкуется с выкладками геологов и вызывает большие сомнения в правильности их рассуждений. Ну как согласиться с тем, что этот визуально единый комплекс состоит из 5-ти частей, разница возраста образования которых достигает десятков миллионов лет. Ведь должна же эта разница конкретно в чем-то выражаться, кроме цифр поставленных ими на картах и схемах.
Некоторые наблюдатели в качестве несоответствия с "официальной" позицией указывают на свежий вид и незначительную эродированность склонов каньона, несмотря на то, что они сложены относительно мягкими породами. Ведь если его стены были обнажены на протяжении 6 млн лет, они должны выглядеть совсем по-другому - со сглаженными округлыми формами и с большим количеством обломочного материала, чего в каньоне не наблюдается. Более того, степень эродированности склонов с глубиной практически не меняется, чего так же не может быть при такой приписываемой ему длительной и насыщенной событиями истории.
А тем, кому удалось поближе ознакомиться с внутренним строением каньона (имеются в виду те, кому посчастливилось по нему сплавиться), отмечают еще одну весьма показательную особенность в его строении. Несмотря на то, что каньон в нижней своей части врезается уже в породы кристаллического фундамента, сложенные в отдельных местах даже весьма монолитными гранитами и базальтами, река размывала их примерно одинаково, не обращая внимания на ихпрочность, чего так же не происходит при обычной речной эрозии.
Так что немудрено, что контраст официально озвученного возраста Гранд-Каньона с его "молодым и здоровым" внешним видом вызывает определенные сомнения и вопросы у многих наблюдателей. Вот если бы ГК выглядел примерно так как приведено на Рис. 18, тогда еще можно было поверить, что ему 6 млн лет. Однако в таком виде он вряд ли был кому-то интересен.
Рис. 18. Кадризфильма "How are Enormous 'Mega-Sequences' Evidence for the Global Flood? - Dr. Steve Austin"(15:50 минута). ( https://www.youtube.com/watch?v=Kd-SnHLVOZM)
Отсюда и возникают фантастические гипотезы о том, что это карьер по добыче урана или ещё чего-то, разрабатываемый инопланетянами или атлантами и т.д. Техногенную версию его происхождения мы здесь обсуждать не будем, хотя согласимся, что схожесть у этих объектов несомненно есть. Только схожесть не в происхождении, а в реакции на эрозионные процессы, которые в принципе для них должны протекать примерно одинаково. На Рис. 19 приведена фотография железорудного карьера Благодать на Урале. В левой части фотографии хорошо видно, как обрушаются и выравниваются уступы, преобразуясь в единый пологий склон.А ведь этому карьеру не миллионы и даже не тысячи, а только десятки лет.
Рис. 19. Карьер на месторождении гора Благодать на Урале. (https://photosight.ru/photos/6012386/)
И такие вопросы и ассоциации будут возникать постоянно, пока мы не найдем понятного и убедительного объяснения формирования каньона в том виде, в каком он предстает перед нами.
Гранд-Каньон - одно из самых посещаемых мест в мире. Каждый год здесь бывает более 5 млн. человек. И вот как объяснить этим многочисленным туристам, что вопрос его образования в еще очень далек от разрешения. А то, что на данный момент о нем знают и понимают ученые, это всего лишь гипотезы и предположения, а однозначного ответа на вопрос его происхождения до сих пор нет. Так что пока экскурсоводы по-прежнему рассказывают любознательным туристам "общепринятую" версию о том, что сформировался каньон в течение примерно 5-6 млн. лет, в то время как равнина, по которой текла река Колорадо, вздымалась под действием подземных сил, а водный поток постепенно врезался в плато, вымывая более мягкие породы. И никто из них даже не подозревает о том, насколько эти слова далеки от истины и никоим образом не отражают процессы, приведшие к созданию этого чуда природы.
По нашему мнению тектоника к образованию ГК не имеет никакого отношения и образовался он совсем недавно, не миллионы, а всего несколько тысяч лет назад, и первопричиной его появления на этом месте послужила описанная выше планетарная катастрофа. А каким образом это произошло, будет рассказано в следующей главе.
- Напоминает. Гранд-Каньон, каким я увидел его десять лет назад.
- Интересно куда делись миллиарды кубометров горных пород, которые река выгрызла из земли Аризоны. В месте впадения реки Колорадо в океан должен быть остров, равный по объему Гранд-Каньону.
- А тебе, что, пейзаж чего-то напоминает?
- Да, напоминает огромный карьер по добыче полезных ископаемых. Сначала конечно были подрывные работы, а потом роторным экскаватором работали.
- Что ты Алекс. Этого не может быть, всем известно как образовался Гранд- Каньон.
- Это точно Дуэйн, это всем известно. Помниться несколько веков назад всем было известно, что земля плоская и стоит на трех китах. Ну а тех, кто сомневался в том, что поголовно известно всем, сжигали на костре".
Отрывок из рассказа Алекса Харра "Гранд-Каньон-GrandCanyon - Национальные парки США" (https://proza.ru/2016/07/30/101)
Рис. 1. Типичный полупустынный вид плато Колорадо. (автор NonStopAggroPop).
Местоположение этого фото обозначено на Рис. 4 черным кружком с подписью Ф-1.
Рис. 2. Вид противоположной стороны того же кругового панорамного фото (Рис. 1).
(Можете убедиться в этом сами, нажав на эту ссылку:https://goo.gl/maps/2KgufcLrFYFd4thH7).
Волна (a, b), каньон Антилопы (c, d), арка Радужный мост (e, f) и Большой Хоган (g, h).
Слева - вид этих объектов на карте GoogleEarth, справа - фотографии (из открытых источников).
Синие стрелки - направление водных потоков.
(автор: The NASA Expedition 20 crew, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Black_Point_Lava_Flow,_Arizona.jpg.
c - фотография площадногоразмыва поверхности(автор: Pete Monk,https://goo.gl/maps/atcuaqxib7fdmKqb8).
(автор:MONOCHROMICA, https://monochromica.livejournal.com/195914.html).
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ:
as-kurt@yandex.ru