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Grand Canyon

von Mirko Werner


Geographie

Er ist der zweit-meistbesuchte Nationalpark der USA und liegt im Coloradoplateau im Norden des Bundestaates Arizona. Der Colorado River fließt mehr als 277 Meilen durch den Nationalpark Er bedeckt mehr als 1900 Quadratmeilen des Plateaus. Die Entfernung zwischen North Rim und South Rim variiert zwischen weniger als eine halbe Meile bis zu 18 Meilen. Der Canyon erreicht eine Maximaltiefe von 6000 Fuß. Die Höhe zwischen North und South Rim variiert um 1200 Fuß (siehe dazu Abb.1).

Abb.1: Vereinfachte Darstellung der Rims und ihre Schichten
(aus „Grand Canyon Geology, St. S. Beus and M. Morales)

Der höchste Punkt liegt mit 9165 Fuß an der Nordgrenze des Parks. Der tiefste Punkt des Canyons hat eine Höhe von 1200 Fuß über NN. Die großen Höhenunterschiede im Canyon erlauben eine ebenso große Spanne an unterschiedlichen Landschaften, Klimaten, Floren und Faunen. Vier der sieben Lebensraumzonen des Nordamerikanischen Kontinents kann man im Park finden (Canadian, Transition, Upper Sonoran und Lower Sonoran). Die Klimate reichen von subarktisch bis wüstenhaft. Der North Rim hat kältere Durchschnittstemperaturen und größere Niederschlagsmengen als der South Rim.

Geschichte

In den Höhlen des Canyons fand man mehrere tausend Jahre alte Gegenstände und Felsmalereien archaischer Indianer. Man nimmt an, daß diese Menschen im Canyon jagten, Salz gewannen und sich zu religiösen Riten dorthin zurückzogen. Die Havasupai, die noch heute im Canyon leben, flohen im 12. Jahrhundert vor feindlichen Plateau-Indianern in eines der zahlreichen Seitentäler des riesigen Canyons.
1540 erreichten die ersten Weißem, spanische Entdecker und Abenteurer, den Südrand. Die Begeisterung über die Entdeckung hielt sich in Grenzen, stellte der Canyon doch ein überwindbares Hindernis auf dem Weg in den verheißungsvollen Westen dar. Es dauerte denn auch 236 Jahre, ehe erneut ein Weißer, der spanische Franziskanerpater Francisco Garces, am Rande des Grand Canyon stand. Erst die Flußexpedition des kriegsversehrten ehemaligen Majors und Lehrers John Wesley Powell von 1869 und 1871 haben den Grand Canyon, benannt nach dem ihn durchfließenden Grand River, der 1921, sehr zum Ärger der Arizoner in Colorado River umbenannt wurde, in das Bewußtsein der Amerikaner gebracht. Die ersten, die sich des Gebietes bemächtigten, waren Erzschürfer. Als sich der Nationalparkservice 1908 am South Rim zu installieren begann, waren die Canyonwände voller Minenschächte und Saumpfade, und es bestanden über 300 verbriefte Abbaurechte für Kupfer, Asbest, Blei und anderes. Im Schlepptau der Erzschürfer waren bereits im letzten Viertel des vorigen Jahrhunderts die ersten Touristen an den Canyon-Südrand gekommen, denen die Miner Wegzölle abverlangten.
1880 entstanden am Südrand die ersten Touristenunterkünfte und nach und nach das Grand Canyon Village. Um die Jahrhundertwende bekundeten Elektrizitäts- gesellschaften ihr Interesse am Grand Canyon und an der Wasserkraft des Grand Rivers. Der Bau einer Staumauer am Canyonausgang konnte jedoch verhindert werden. Der Grand Canyon wurde 1919 zum Nationalpark erklärt. Die Erschließung des abgelegeneren Canyon-Nordrandes erfolgte in den 1920er Jahren.

Geologie

Im geologischen Zeitrahmen gesehen, ist der Canyon relativ jung. Man nimmt an das die entscheidende Phase vor mindestens 2 Millionen Jahren einsetzte. Seine Entstehung verdankt er letzendlich der Erosionswirkung des Colorado River, der in den Rockys entspringt und in den Golf von Kalifornien mündet. Bis zum heutigen Tag hat der Fluß somit eine Art „Fenster in die Vergangenheit“ geschaffen, das uns die Entwicklungsgeschichte der Erde bis vor ca. 2 Milliarden Jahren zurückverfolgen läßt.
Die Erosionsrate des Colorado River ist nicht genau definiert. Man nimmt an das alle 1000 Jahre ca. 16,5 cm Vertiefung im gesamten Drainage-Becke des Colorado geschaffen werden. Das Herkunftsgebiet sind die Rocky Mountains und das Colorado Plateau, die seit dem Mesozoikums mehrmals stark gehoben wurden, was zum Ansteigen des Fließgradienten und somit zu steigender Erosionsfähigkeit führte. Die Hebung der Rockies führte zu erhöhten Niederschlagsmengen und zu Bildung von Pleistozän-Gletschern, was wiederum zu steigenden Schmelzwässern führte. Das Klima auf dem Plateau jedoch war uns ist trocken, so daß diese Flüsse tiefe enge Canyons auswuschen. Die geringen Regenmengen auf dem Plateau sorgen noch heute dafür das die Hänge sich nicht ausbreiten und steil bleiben. Vor ca. 6 Millionen Jahren öffnete sich der Golf von Kalifornien und senkte das base level in diesem Gebiet. Es kam zu einer rückschreitenden Erosion und der Bildung des rezenten Flußlaufes und damit des Canyons.
Die zeitliche Abfolge (siehe Abb.3) der aufgeschlossenen Gesteine beginnt mit dem frühen Präkambrium mit den sog. Vishnu schists. Hierbei handelt es sich um metasedimentäre und metavulkanische Gesteine, die auf auf dem Meeresboden vor 2 bis 1,9 Millionen Jahren aus Quarz-reichen Sanden, Silten und Tonen entstanden sind. Eingestreut unter den Sedimenten sind basaltische bis andesitische Lava-flows, Zufuhrkanäle und Ascheschichten. Nachdem alles versenkt wurde, gab es zwei Regionalmetamorphosen. Die erste wandelte die Sedimente in Schiefer und Phyllite und die Vulkanite in Grünsteine und Grünschiefer um (low-grade Metamorphose). Die zweite höher-gradige Metamorphose wandelte die Schiefer in Gneise und die Vulkanite in Amphibolite und Hornblende-Schiefer. Die helleren Gesteine in diesem Abschnitt sind Granite des Zoroaster Plutons.


Abb.3: zeitliche Abfolge (oben) und geologischer Querschnitt (unten) in einer Grafik dargestellt 
(aus „Grand Canyon, A Natural Wonder Of The World“ von Steven L. Walker)

Stratigrafisches Profil des Grand Canyon nach nps.gov

Die früh-präkambrischen Gebirge wurden erodiert und das Gebiet wurde mit Wasser bedeckt. Die darauf abgelagerten Sedimente bilden die heutige Grand Canyon Supergroup. Diese Supergroup wiederum besteht aus zwei Gruppen: der Unkar-Group und der Chuar-Group. Die unterste Formation der Unkar-Group ist der Bass Limestone, der Reste primitiver Pflanzen und Algen enthält und damit die älteste Form an Leben in den Gesteinen des Grand Canyon darstellt. Es folgen der Hakatai Shale, der den Shinumo Quartzite enthält, und die Dox Formation. Wieder erfolgten Intrusionen und es schließt sich die Ablagerung der Nankoweap Formation an die, die Unkar-Group von der Chuar-Group unterscheidet. Es folgte eine Gebirgshebung, die zur Blockbildung und damit zu Horst- und Grabenstrukturen führt und anschließende Erosion dieser.
Das Paläozoikum bedeckt die nächsten Zweidrittel der Canyonwände. Während dieser Periode war das Gebiet von Ozean und flood plains bedeckt, beeinflußt von Zeiten großer Trockenheit und bedeckt von Wüstensanddünen. Die Basis des Paläozoikums bildet der früh-kambrische Tapeats Sandstone der, der Sand einer alten basalen Küstenlinie ist. Der Kontakt zwischen dem Präkambrium und dem Tapeats Sandstone wird die „Große Unkonformität“ genannt, da sich hier eine Zeitlücke von 1,2 Milliarden Jahren ergibt. Reste der Grand Canyon Supergroup sind nur noch in abgeschlossenen Blöcken zu finden. Die Länge der Erosionsphase bewirkte, daß später die paläozoischen Sedimente fast horizontal sedimentiert werden konnten.  Über dem Tapeats Sandstone folgt der früh- bis mittel-kambrische Bright Angel Shale, der ein grünlicher, lithifizierter Tonstein ist. Er verwittert einfach und hat somit die Tonto-Platform angelegt. Es schließt sich der mittel-kambrische Muav Limestone an, bei dem es sich um dünn- bis dickgebankte, dolomitische und calcitische Mud- bis Packstones handelt. Er fungiert als regionaler Aquifer, mit Quellen die an den Canyonwänden austreten. Über dem Muav Limestone liegt eine weitere Unkonformität, die auf Erosion zurückzuführen ist und das gesamte Ordoviz und Silur umfaßt. In den Erosionsrinnen des Muav Limestone wurde ein weitere Kalkstein abgelagert der den Namen Temple Butte Limestone trägt. Es handelt sich dabei um dolomitisierte, basale channel-fills, die sich unter flachen, subtidalen bis offen-marinen Bedingungen abgelagert haben. Die heute rotgefärbten Klippen des Redwall Limestone sind früh- bis mittel-karbone Kalksteine. Eigentlich sind diese Ablagerungen grau und aufgrund der darüberliegenden Supai Group mit ihren Eisneoxiden rot überwaschen. Die Redwall Fm. wurde in einem flachen Meer abgelagert, während zweier großer transgressiv-regressiv Phasen. Es schloß sich eine kleinere Hebung und teilweise Erosion an, die eine weitere Unkonformität bedeutet. Diskordant darüber folgt die erst 1986 entdeckte spät-Mississippian Surprise Canyon Formation. Es handelt sich um diskontinuierlische Lagen am Top des Redwall Limestone, die unter tidal-ästuarinen Bedingungen einer Flachküste entstanden sind. Auf erosionsbedingte Unkonformität folgt die spät-Pennsylvanian und früh-permische Supai Group. In den hauptsächlich nichtmarinen, roten Silt- und Sandsteinen eines sumpfigen Milieus mit eingeschlossenen Delta- und Küstendünensedimenten hat man Fußabdrücke von Amphibien und zahlreiches Pflanzenmaterial gefunden. Die Manakacha Formation in der Supai Group bedeutet einen entscheidenden Wechsel in der Art der Sedimentation im Paläozoikum im Canyon, bei dem sich der Einfluß des Meeres immer mehr verringert.


Abb.4: Ablauf der Bildung des Grand Canyon 
(aus „Grand Canyon, A Natural Wonder
of The World“ von Steven L. Walker)

Der sich anschließende früh-permische Hermit Shale  wurde unter ähnlichen Bedingungen wie die Supai Group abgelagert und enthält Trockenrisse, Rippelmarken, Fußabdrücke, Pflanzenfossilien und Insektenreste. Frischwasser –Flüsse lagerten Tone ab. Die äolischen Sanddünenablagerungen des Coconino Sandstone bilden das obere weiße Band an den Canyonwänden, in denen sich viele Reptilienabdrücke finden lassen. Die Dünen müssen einstmals ein Teil einer rießigen Wüste gewesen sein. Im Hangenden folgt die mittel-permische Toroweap Formation mit Intervallen von Evaporiten, Kalksteine und Sandsteine, die durch Regression und Transgression eines ostwärts vorbauenden  und westwärts sich zurückziehenden Ozeans entstanden sind. Diese Formation enthält zahlreiche marine Fossilien. Im späten Perm kommt es zur Sedimentation eines massiven, dickbankigen Kalksteins, dem Kaibab Limestone. Entstanden ist dieser cremeweiße Kalkstein nachdem das Meereswasser die Gegend des Canyons erneut eingedrungen ist und sich die Kaibab Sea entwickelt hatte. Der Kaibab Limestone ist die jüngste im Gebiet des Canyons vorhandene Formation und ist am Top des Rim sichtbar. Gesteine des Mesozoikums sind im Canyon nicht vorhanden. Möglicherweise waren einstmals Ablagerungen aus dieser Zeit vorhanden, nur wurden sie erodiert. Vor 65 Millionen Jahren kam es zur Lamarischen Orogense im West-Teil Nordamerikas. Das Colorado Plateau behielt seine nahezu horizontale Lagerung und blieb relativ stabil und undeformiert, da das Plateau als ganzes gehoben wurde. Um das Plateau herum gab es starke tektonische Bewegungen (Hebungen, Faltungen, Überschiebungen) und Heraushebung der großen Gebirgsketten und somit wurde die Kaibab Monoklinale am Rande des Kaibab Plateaus angelegt. Im spät-Tertiär war die Hebung des Colorado Plateaus bis in heutige Höhe fast vollzogen. Die Hebung und Kippung des Plateaus bewirkte die Entwicklung eines Drainage-Systems und führte zur Erosionswirkung des Colorado River wie es oben bereits erwähnt wurde. In Abbildung 4 ist der Ablauf der Bildung des Grand Canyon zusammenfassend in einer Grafik dargestellt.

Quellen:

  • Gordon, A.J. (2000): Geologic Guide to Grand Canyon National Park. Kendall/Hunt Publishing Company, Dubuque, Iowa.

  • Beus, S.S. and Morales, M. (1990): Grand Canyon Geology. Oxford University Press, pp. 1-245, New York.

  • Walker, S. L. (1991): Grand Canyon, A Natural Wonder Of The World. Camelback/Canyonlands Venture, Scottsdale, Arizona.



© N. Volkmann, 28.08.2009 http://www.geo.tu-freiberg.de/brennstoff/exkursionen/USA

 
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