La geología del área del Gran Cañón incluye una de las secuencias de rocas más completas y estudiadas de la Tierra. Las casi 40 capas principales de rocas sedimentarias expuestas en el Gran Cañón y en el área del Parque Nacional del Gran Cañón tienen una antigüedad que va desde unos 200 millones hasta casi 2 mil millones de años. La mayoría se depositaron en mares cálidos y poco profundos y cerca de antiguas costas marinas desaparecidas hace mucho tiempo en el oeste de América del Norte . Están representados tanto sedimentos marinos como terrestres , incluidas dunas de arena litificadas de un desierto extinto. Hay al menos 14 discordancias conocidas en el registro geológico encontrado en el Gran Cañón.
El levantamiento de la región comenzó hace unos 75 millones de años durante la orogenia Laramide , un evento de formación de montañas que es en gran parte responsable de la creación de las Montañas Rocosas al este. En total, la meseta de Colorado se elevó aproximadamente 2 millas (3,2 km). La provincia adyacente de Basin and Range al oeste comenzó a formarse hace unos 18 millones de años como resultado del estiramiento de la corteza . Un sistema de drenaje que fluía a través de lo que hoy es el Gran Cañón oriental desembocó en la provincia de Basin and Range, ahora más baja. La apertura del Golfo de California hace unos 6 millones de años permitió que un gran río se abriera camino hacia el noreste desde el golfo. El nuevo río capturó el drenaje más antiguo para formar el ancestral Río Colorado , que a su vez comenzó a formar el Gran Cañón.
Los climas más húmedos provocados por las eras glaciales que comenzaron hace 2 millones de años aumentaron enormemente la excavación del Gran Cañón, que era casi tan profundo como lo es ahora, hace 1,2 millones de años. La actividad volcánica depositó lava sobre el área hace entre 1,8 millones y 500.000 años. Al menos 13 represas de lava bloquearon el río Colorado, formando lagos de hasta 2.000 pies (610 m) de profundidad. El final de la última era glacial y la actividad humana posterior han reducido en gran medida la capacidad del río Colorado para excavar el cañón. Las represas en particular han alterado los patrones de transporte y deposición de sedimentos . Se han realizado inundaciones controladas desde la presa Glen Canyon río arriba para ver si tienen un efecto restaurador. Los terremotos y los eventos erosivos de destrucción masiva aún afectan la región.
Hace aproximadamente 2.500 y 1.800 millones de años, en la época precámbrica , se depositaron arena , barro , limo y ceniza en una cuenca marina adyacente a un cinturón orogénico . [2] Hace entre 1.800 y 1.600 millones de años, al menos dos arcos de islas colisionaron con el continente protonorteamericano . [3] Este proceso de tectónica de placas comprimió e injertó los sedimentos marinos de la cuenca en el continente y los elevó fuera del mar. Más tarde, estas rocas fueron enterradas a 12 millas (19 km) bajo la superficie y cocidas a presión hasta convertirse en roca metamórfica . [4] La Suite Metamórfica Granite Gorge resultante , que forma parte de las Rocas del Basamento Vishnu , consta del esquisto Vishnu metasedimentario y los esquistos Brahma y Rama metavolcánicos que se formaron hace entre 1.750 y 1.730 millones de años. [5] Esta es la roca resistente ahora expuesta en el fondo del cañón en Inner Gorge.
Cuando las islas volcánicas colisionaron con el continente hace unos 1.700 millones de años, las gotas de magma se elevaron desde la zona de subducción e invadieron la Suite Metamórfica de Granite Gorge. [6] Estos plutones se enfriaron lentamente para formar el Granito de Zoroastro; parte del cual luego se metamorfosearía en gneis . Esta unidad rocosa se puede ver como bandas de color claro en el esquisto de Vishnu, más oscuro y salpicado de granate (ver 1b en la figura 1 ). La intrusión del granito ocurrió en tres fases: dos durante el período inicial del metamorfismo de Vishnu y una tercera hace unos 1.400 millones de años. [7] La tercera fase estuvo acompañada de fallas a gran escala , particularmente a lo largo de las fallas norte-sur, lo que provocó una ruptura parcial del continente. [4] La colisión expandió el continente desde la frontera de Wyoming y Colorado hasta México y casi duplicó el espesor de la corteza en la región del Gran Cañón. [6] Parte de este engrosamiento creó las ancestrales montañas Mazatzal de 8 a 10 km (5 a 6 millas) de altura . [8]
La erosión posterior, que duró 300 millones de años, eliminó gran parte de los sedimentos expuestos y de las montañas. [9] Esto redujo las altísimas montañas a pequeñas colinas de unas pocas decenas a cientos de pies (decenas de metros) de altura. [3] El geólogo John Wesley Powell llamó a esta importante brecha en el registro geológico, que también se ve en otras partes del mundo, la Gran Discordancia . [9] Es posible que se hayan agregado otros sedimentos, pero, si alguna vez existieron, fueron completamente eliminados por la erosión. Los geólogos llaman discordancias a estos huecos en el registro geológico . La Gran Discordancia es uno de los mejores ejemplos de una discordancia expuesta , que es un tipo de discordancia que tiene unidades de roca estratificadas sobre rocas ígneas o metamórficas . [10]
A finales del Precámbrico, la extensión de una gran placa tectónica o placas más pequeñas que se alejaban de Laurentia adelgazó su corteza continental , formando grandes cuencas de rift que finalmente no lograron dividir el continente. [6] Finalmente, esta región hundida de Laurentia se inundó con una vía marítima poco profunda que se extendió desde al menos el actual Lago Superior hasta el Parque Nacional Glaciar en Montana hasta el Gran Cañón y las montañas Uinta . [3] El Supergrupo del Gran Cañón resultante de unidades sedimentarias está compuesto por nueve formaciones geológicas variadas que se depositaron hace entre 1200 millones y 740 millones de años en este mar. [11] Se pueden ver buenas exposiciones del supergrupo en el este del Gran Cañón en Inner Gorge y desde Desert View, Lipan Point y Moran Point. [12] [nota 1]
La sección más antigua del supergrupo es el Grupo Unkar . Se acumuló en una variedad de entornos fluviales, deltaicos, mareales, marinos cercanos a la costa y marinos de alta mar. La primera formación que se depositó en el Grupo Unkar fue la Formación Bass . Las gravas fluviales se acumularon inicialmente en valles fluviales poco profundos. Más tarde se litificaron en un conglomerado basal que se conoce como el Miembro Hotauta de la Formación Bass. [13] La Formación Bass se depositó en un mar poco profundo cerca de la costa como una mezcla de piedra caliza , arenisca y pizarra . La diagénesis más tarde alteró la mayor parte de la piedra caliza en dolomita . Tiene entre 120 y 340 pies (37 a 100 m) de espesor y es de color grisáceo. [10] Con un promedio de 1250 millones de años, esta es la capa más antigua expuesta en el Gran Cañón que contiene fósiles: estromatolitos . [12] La formación Hakatai Shale está formada por capas delgadas de lutitas , areniscas y pizarra de origen marino marginal que, en conjunto, tienen un espesor de 445 a 985 pies (136 a 300 m). [14] Esta formación indica una regresión (retroceso) de corta duración de la costa en el área que dejó marismas. [10] Hoy es de un rojo anaranjado muy brillante y le da al Cañón Rojo su nombre. La cuarcita Shinumo es una cuarcita sedimentaria marina resistente que se erosionó para formar monadnocks que luego se convirtieron en islas en la época cámbrica . Esas islas resistieron la acción de las olas el tiempo suficiente para volver a ser enterradas por otros sedimentos en el Período Cámbrico. [10] La Formación Dox tiene más de 3000 pies (910 m) de espesor y está formada por arenisca con algunos lechos de lutita intercalados y lutitas que se depositaron en entornos fluviales y mareales. [15] Las marcas de ondulación y otras características indican que estaba cerca de la costa. Se pueden ver afloramientos de esta formación de color rojo a naranja en las partes orientales del cañón. Se encuentran fósiles de estromatolitos y algas en esta capa. Con 1070 ± 70 millones de años de antigüedad, el basalto de Cárdenas es la formación más joven del Grupo Unkar. [16] [17] Está formado por capas de rocas basálticas de color marrón oscuro que fluyeron como lava hasta alcanzar 1000 pies (300 m) de espesor. [10]
La Formación Nankoweap tiene alrededor de 1050 millones de años y no forma parte de un grupo. [18] Esta unidad rocosa está hecha de arenisca de grano grueso y se depositó en un mar poco profundo sobre la superficie erosionada del basalto de Cárdenas. [10] La Formación Nankoweap solo está expuesta en la parte oriental del cañón. Una brecha en el registro geológico, una discordancia, sigue a la Formación Nankoweap.
Todas las formaciones del Grupo Chuar se depositaron en ambientes costeros y marinos poco profundos hace entre 1000 y 700 millones de años. [19] La Formación Galeros es una formación principalmente verdosa compuesta por intercalaciones de arenisca, caliza y pizarra. En la Formación Galeros se encuentran estromatolitos fosilizados. [20] La Formación Kwagunt consta de pizarra negra y lutita de color rojo a púrpura con algo de caliza. [21] También se encuentran bolsas aisladas de arenisca rojiza alrededor de Carbon Butte. En esta capa se encuentran estromatolitos.
Hace unos 800 millones de años, el supergrupo se inclinó 15° y se formó una falla en bloque en la orogenia del Gran Cañón. [22] [23] Algunas de las unidades en bloque se movieron hacia abajo y otras hacia arriba, mientras que el movimiento de fallas creó cadenas montañosas de bloques de fallas con dirección norte-sur . [10] Se produjeron unos 100 millones de años de erosión que arrastraron la mayor parte del Grupo Chuar junto con parte del Grupo Unkar (exponiendo la cuarcita Shinumo como se explicó anteriormente). Las cadenas montañosas se redujeron a colinas y, en algunos lugares, se eliminaron por completo los 12 000 pies (3700 m) del supergrupo, exponiendo las rocas del basamento de abajo. [6] Cualquier roca que se depositara sobre el Supergrupo del Gran Cañón en el Precámbrico se eliminó por completo. Esto creó una discordancia importante que representa 460 millones de años de historia geológica perdida en el área. [24]
Durante la era Paleozoica , la parte occidental de lo que se convertiría en América del Norte estaba cerca del ecuador y en un margen pasivo . [16] La explosión cámbrica de vida tuvo lugar durante unos 15 millones de años en esta parte del mundo. [25] El clima era cálido y los invertebrados, como los trilobites , eran abundantes. [26] Un océano comenzó a regresar al área del Gran Cañón desde el oeste hace unos 550 millones de años. [27] A medida que su costa se movía hacia el este, los perfiles de los ríos se elevaron y los sedimentos fluviales se acumularon dentro de las cuencas tectónicas y las llanuras costeras, primero como la Formación Sixtymile , una arenisca de color tostado con algunas pequeñas capas de pizarra. Más tarde, el aumento del nivel del mar resultó en la acumulación local de sedimentos en paleovalles como la base de la arenisca Tapeat. A medida que el nivel del mar subió, el océano inundó la llanura costera, lo que provocó la deposición simultánea de arenisca de Tapeats , lutita Bright Angel , caliza de Muav y dolomía de Frenchman Mountain . Finalmente, la dolomía de Frenchman Mountain se acumuló debajo de mares poco profundos. [27] [28]
La arenisca Tapeats tiene una edad promedio de 525 millones de años y está compuesta de arena y conglomerado de grano medio a grueso que se depositó en una antigua costa (ver 3a en la figura 1 ). [11] Las marcas de ondulación son comunes en los miembros superiores de esta capa delgada de color marrón oscuro. También se han encontrado fósiles y rastros de huellas de trilobites y braquiópodos en Tapeats. Hoy es un formador de acantilados que tiene un espesor de 100 a 325 pies (30 a 100 m). [29] Bright Angel Shale tiene una edad promedio de 515 millones de años y está compuesta de esquisto derivado de lutita que está intercalado con pequeñas secciones de arenisca y caliza arcillosa con algunas capas delgadas de dolomita . [11] Se depositó principalmente como lodo justo en la costa y contiene fósiles de braquiópodos, trilobites y gusanos (ver 3b en la figura 1). El color de esta formación es en su mayoría de varios tonos de verde con algunas partes de color marrón tostado a gris. Es un formador de pendientes y tiene un espesor de 270 a 450 pies (82 a 137 m). [30] La glauconita es responsable de la coloración verde del Bright Angel. [31] La piedra caliza Muav tiene un promedio de 505 millones de años y está hecha de piedra caliza gris de lecho delgado que se depositó más lejos de la costa a partir de precipitados de carbonato de calcio (ver 3c en la figura 1). [11] La parte occidental del cañón tiene una secuencia mucho más gruesa de Muav que la parte oriental. [32] El Muav es un formador de acantilados, de 136 a 827 pies (41 a 252 m) de espesor. [33]
Estas tres formaciones se formaron durante un período de 30 millones de años desde el Cámbrico temprano hasta el medio. [34] Los trilobites seguidos de los braquiópodos son los fósiles más comúnmente reportados en este grupo, pero los fósiles bien conservados son relativamente raros. [33] Sabemos que la línea de costa estaba transgrediendo (avanzando hacia la tierra) porque el material de grado más fino se depositó sobre sedimento de grano más grueso. [34] Hoy, el Grupo Tonto conforma la Plataforma Tonto vista arriba y siguiendo el Río Colorado; la Arenisca Tapeats y la Caliza Muav forman los acantilados de la plataforma y la Lutita Bright Angel forma sus laderas. [34] A diferencia de las unidades Proterozoicas debajo de él, los estratos del Grupo Tonto básicamente se encuentran en su posición horizontal original. La pizarra Bright Angel en el grupo forma un acuicludo (barrera que impide que el agua subterránea se filtre) y, de este modo, recoge y dirige el agua a través de la piedra caliza Muav suprayacente para alimentar manantiales en Inner Gorge.
Los siguientes dos períodos de la historia geológica , el Ordovícico y el Silúrico , faltan en la secuencia del Gran Cañón. [26] Los geólogos no saben si los sedimentos se depositaron en estos períodos y luego fueron eliminados por la erosión o si nunca se depositaron en primer lugar. [34] De cualquier manera, esta ruptura en la historia geológica del área abarca unos 65 millones de años. Se formó un tipo de discordancia llamada disconformidad . [35] Las disconformidades muestran características erosivas como valles, colinas y acantilados que luego están cubiertos por sedimentos más jóvenes.
Los geólogos saben que en esta época se excavaron profundos canales en la parte superior de la caliza Muav. [34] [35] Los arroyos fueron la causa probable, pero la erosión marina puede ser la culpable. De cualquier manera, estas depresiones se rellenaron con caliza de agua dulce hace unos 385 millones de años en el Devónico medio en una formación que los geólogos llaman Formación Temple Butte (véase 4a en la figura 1). [11] Marble Canyon , en la parte oriental del parque, muestra bien estos canales rellenos de color violáceo. [34] La Formación Temple Butte es un formador de acantilados en la parte occidental del parque, donde es de color gris a crema. En esta formación se encuentran fósiles de animales con columna vertebral ; placas óseas de peces de agua dulce en la parte oriental y numerosos fósiles de peces marinos en la parte occidental. La Formación Temple Butte tiene un espesor de 100 a 450 pies (30 a 137 m); es más delgada cerca de Grand Canyon Village y más gruesa en el oeste del Gran Cañón. [36] Una discordancia que representa entre 40 y 50 millones de años de historia geológica perdida marca la cima de esta formación. [37]
La siguiente formación en la columna geológica del Gran Cañón es la caliza Redwall , que forma acantilados y tiene un espesor de 120 a 240 m (400 a 800 pies) (ver 4b en la figura 1). [38] Redwall está compuesta de caliza y dolomita de color marrón oscuro a gris azulado de lecho grueso con nódulos de sílex blanco mezclados. [34] Se depositó en un mar tropical poco profundo en retirada cerca del ecuador durante 40 millones de años del Misisipiano temprano a medio . [39] Se han encontrado muchos crinoideos fosilizados , braquiópodos , briozoos , corales cuerno , nautiloides y esponjas , junto con otros organismos marinos como trilobites grandes y complejos en Redwall. [34] A finales del Misisipiano, la región del Gran Cañón se elevó lentamente y Redwall se erosionó parcialmente. El resultado fue una topografía kárstica compuesta por cuevas, sumideros y canales de ríos subterráneos, que luego se rellenaron con más piedra caliza. [9] La superficie expuesta de Redwall obtiene su color característico del agua de lluvia que gotea de los lechos rojos ricos en hierro de la pizarra Supai y Hermit que se encuentran encima. [34]
La Formación Surprise Canyon es una capa sedimentaria de esquisto de color rojo violáceo que se depositó en lechos discontinuos de arena y cal por encima de Redwall (ver 4c en la figura 1). Se creó a finales del período Misisipiense y posiblemente a principios del período Pensilvánico cuando la tierra se hundió y los estuarios de marea llenaron los valles de los ríos con sedimentos. [34] Esta formación solo existe en lentes aislados que tienen un espesor de 50 a 400 pies (15 a 122 m). [40] Surprise Canyon era desconocido para la ciencia hasta 1973 y solo se puede llegar a él en helicóptero . [39] En esta formación se encuentran troncos fósiles, otro material vegetal y conchas marinas. [34] Una discordancia marca la parte superior de la Formación Surprise Canyon y en la mayoría de los lugares esta discordancia ha eliminado por completo Surprise Canyon y ha expuesto el Redwall subyacente.
Una discordancia de 15 a 20 millones de años separa al Grupo Supai de la Formación Redwall depositada previamente. [39] El Grupo Supai se depositó a finales del Misisipiense, durante el Pensilvánico y hasta el Pérmico Temprano , hace unos 320 millones a 270 millones de años. [41] Depósitos marinos y no marinos de lodo, limo, arena y sedimentos calcáreos se depositaron en una amplia llanura costera similar a la Costa del Golfo de Texas de la actualidad. [41] Alrededor de esta época, las Montañas Rocosas ancestrales se elevaron en Colorado y Nuevo México y los arroyos trajeron sedimentos erosionados de ellas al área del Gran Cañón. [42]
Las formaciones del Grupo Supai en la parte occidental del cañón contienen piedra caliza, lo que indica un mar cálido y poco profundo, mientras que la parte oriental probablemente era un delta fluvial fangoso. Esta formación consta de limolitas rojas y pizarra cubierta por lechos de arenisca de color tostado que juntos alcanzan un espesor de 600 a 700 pies (alrededor de 200 m). [34] La pizarra en las formaciones del Pérmico temprano en este grupo se oxidó a un color rojo brillante. Se encuentran fósiles de huellas de anfibios, reptiles y abundante material vegetal en la parte oriental y se encuentran cantidades cada vez mayores de fósiles marinos en la parte occidental. [43]
Las formaciones del Grupo Supai son de la más antigua a la más joven (hay una discordancia presente en la parte superior de cada una): Watahomigi (ver 5a en la figura 1) es una caliza gris que forma pendientes con algunas bandas de sílex rojo, arenisca y limolita púrpura que tiene un espesor de 100 a 300 pies (30 a 90 m). [44] Manakacha (ver 5b en la figura 1) es una arenisca roja pálida que forma acantilados y pendientes y una pizarra roja que tiene un promedio de 300 pies (90 m) de espesor en el Gran Cañón. [45] Wescogame (ver 5c en la figura 1) es una arenisca roja pálida que forma cornisas y pendientes y una limolita que tiene un espesor de 100 a 200 pies (30 a 60 m). [46] Esplanade (ver 5d en la figura 1) es una formación de cornisas y acantilados de arenisca y limosita de color rojo pálido que tiene entre 200 y 800 pies (60 a 200 m) de espesor. [47] Una discordancia marca la parte superior del Grupo Supai.
Al igual que el Grupo Supai que se encuentra debajo, la Formación Hermit, de la era Pérmica, probablemente se depositó en una amplia llanura costera (véase 6a en la figura 1). [41] El óxido de hierro , el lodo y el limo alternados en capas delgadas se depositaron a través de corrientes de agua dulce en un entorno semiárido hace unos 280 millones de años. [11] En esta formación se encuentran fósiles de insectos alados, plantas con conos y helechos , así como huellas de animales vertebrados. [35] Es una formación de pendientes de lutita y esquisto rojo oscuro suave que tiene aproximadamente entre 30 y 274 m (100 a 900 pies) de espesor. [48] El desarrollo de la pendiente socavará periódicamente las formaciones superiores y bloques de esa roca del tamaño de un automóvil o una casa caerán en cascada sobre la Plataforma Tonto. Una discordancia marca la parte superior de esta formación.
La arenisca de Coconino se formó hace unos 275 millones de años cuando el área se secó y las dunas de arena hechas de arena de cuarzo invadieron un desierto en crecimiento (ver 6b en la figura 1). [11] Algunos Coconino llenan grietas de lodo profundas en el esquisto Hermit subyacente [41] y el desierto que creó el Coconino duró de 5 a 10 millones de años. [49] Hoy, el Coconino es un acantilado de color blanco dorado a crema de 57 a 600 pies (17 a 183 m) de espesor cerca del borde del cañón. [50] Los patrones de estratificación cruzada de los granos de cuarzo escarchados, de grano fino, bien clasificados y redondeados que se ven en sus acantilados son compatibles con, pero no confirman de manera concluyente, un entorno eólico. [51] [35] [52] También se fosilizan huellas de criaturas parecidas a lagartijas y lo que parecen huellas de milpiés y escorpiones . [53] Una discordancia marca la cima de esta formación.
El siguiente en la columna geológica es la Formación Toroweap de 200 pies (60 m) de espesor (ver 6c en la figura 1). [43] Consiste en arenisca roja y amarilla y caliza gris pizarra intercalada con yeso . [43] La formación se depositó en un mar cálido y poco profundo a medida que la línea de costa transgredía (invadía) y retrocedía (retrocedía) sobre la tierra. [43] La edad promedio de la roca es de aproximadamente 273 millones de años. [11] En los tiempos modernos es un formador de cornisas y pendientes que contiene fósiles de braquiópodos, corales y moluscos junto con otros animales y varias plantas terrestres. [43] Toroweap se divide en los siguientes tres miembros: [54] Seligman es una arenisca y limolita amarillenta a rojiza que forma pendientes. Brady Canyon es una caliza gris que forma acantilados con algo de sílex . Wood Ranch es una formación de arenisca dolomítica y limosa de color rojo pálido y gris que forma una pendiente . Una discordancia marca la parte superior de esta formación.
Una de las formaciones más altas, y por lo tanto más jóvenes, que se observan en el área del Gran Cañón es la Caliza Kaibab (ver 6d en la figura 1). Se erosiona en acantilados salientes que tienen entre 300 y 400 pies (90 a 100 m) de espesor [55] y se depositó en el último período del Pérmico temprano, hace unos 270 millones de años, [11] por un mar cálido y poco profundo que avanzaba. La formación está hecha típicamente de caliza arenosa que se asienta sobre una capa de arenisca. [56] Esta es la roca de color crema a blanco grisáceo sobre la que los visitantes del parque se paran mientras observan el cañón desde ambos bordes. También es la roca superficial que cubre gran parte de la meseta Kaibab justo al norte del cañón y la meseta Coconino inmediatamente al sur. Se han encontrado dientes de tiburón en esta formación, así como abundantes fósiles de invertebrados marinos como braquiópodos, corales, moluscos , lirios marinos y gusanos. Una discordancia marca la cima de esta formación.
El levantamiento marcó el inicio del Mesozoico y los arroyos comenzaron a hacer incisiones en la tierra recién seca. Los arroyos que fluían a través de valles bajos y anchos en el tiempo Triásico depositaron sedimentos erosionados de las tierras altas cercanas, creando la Formación Moenkopi , que alguna vez tuvo 1000 pies (300 m) de espesor . [57] La formación está hecha de arenisca y pizarra con capas de yeso en el medio. [58] Los afloramientos de Moenkopi se encuentran a lo largo del río Colorado en Marble Canyon , en Cedar Mountain (una meseta cerca del límite sureste del parque) y en Red Butte (ubicado al sur de Grand Canyon Village ). [57] Los restos del conglomerado Shinarump , en sí mismo un miembro de la Formación Chinle , están por encima de la Formación Moenkopi cerca de la cima de Red Butte, pero debajo de un flujo de lava mucho más joven. [57]
En la región se depositaron formaciones de entre 4000 y 5000 pies (1200 y 1500 m) de espesor durante el Mesozoico y el Cenozoico , pero la erosión posterior las eliminó casi por completo de la secuencia del Gran Cañón. [59] La geología de la zona de los cañones Zion y Kolob y la geología de la zona del Cañón Bryce registran algunas de estas formaciones. Todas estas unidades rocosas juntas forman una supersecuencia de roca conocida como la Gran Escalera .
La orogenia Laramide afectó a todo el oeste de América del Norte al ayudar a construir la cordillera americana . El Levantamiento Kaibab, el Levantamiento Monumental, las Montañas Uinta , el Surco de San Rafael y las Montañas Rocosas fueron elevados, al menos en parte, por la orogenia Laramide. [60] Este importante evento de formación de montañas comenzó cerca del final del Mesozoico, hace unos 75 millones de años, [57] y continuó hasta el período Eoceno del Cenozoico. [60] Fue causado por la subducción frente a la costa occidental de América del Norte. Las fallas principales que se dirigen de norte a sur y cruzan el área del cañón fueron reactivadas por este levantamiento. [53] Muchas de estas fallas son de edad Precámbrica y todavía están activas en la actualidad. [61] Los arroyos que drenaban las Montañas Rocosas a principios del Mioceno terminaban en cuencas sin salida al mar en Utah, Arizona y Nevada, pero no hay evidencia de un río importante . [62]
Hace unos 18 millones de años, las fuerzas de tensión comenzaron a adelgazar y hundir la región hacia el oeste, creando la provincia de Basin and Range . [62] Las cuencas ( grabens ) descendieron y las cadenas montañosas ( horsts ) se levantaron entre las fallas antiguas y las nuevas que se dirigían de norte a sur. Sin embargo, por razones poco comprendidas, los lechos de las mesetas de Colorado permanecieron en su mayoría horizontales durante ambos eventos, incluso cuando se elevaron aproximadamente 2 millas (3,2 km) en dos pulsos. [63] [nota 2] La parte extrema occidental del cañón termina en una de las fallas de Basin and Range, Grand Wash, que también marca el límite entre las dos provincias. [43]
El levantamiento de la orogenia Laramide y la creación de la provincia Basin and Range trabajaron juntos para hacer más pronunciado el gradiente de los arroyos que fluyen hacia el oeste en la meseta de Colorado. Estos arroyos cortaron canales profundos que crecían hacia el este en el borde occidental de la meseta de Colorado y depositaron sus sedimentos en la región de Basin and Range, que se estaba ensanchando. [62]
Según un estudio de 2012, hay evidencia de que el Gran Cañón occidental podría tener hasta 70 millones de años. [64]
El Golfo de California comenzó a formarse mucho más al sur hace entre 6 y 10 millones de años. [62] Casi al mismo tiempo, el borde occidental de la meseta del Colorado puede haberse hundido ligeramente. [62] Ambos eventos cambiaron la dirección de muchos arroyos hacia la región hundida y el aumento del gradiente hizo que descendieran mucho más rápido. Entre hace 5,5 y 5 millones de años, la erosión hacia el norte y el este consolidó estos arroyos en un río principal y canales tributarios asociados. [65] Este río, el ancestral río Colorado Inferior , comenzó a llenar el brazo norte del golfo, que se extendía casi hasta el sitio de la presa Hoover , con depósitos de estuario. [62]
Al mismo tiempo, los arroyos fluían desde las tierras altas del centro de Arizona hacia el norte y atravesaban lo que hoy es el Gran Cañón occidental, posiblemente alimentando un río más grande. [66] No se conoce el mecanismo por el cual el ancestral río Bajo Colorado capturó este drenaje y el drenaje de gran parte del resto de la meseta del Colorado. Las posibles explicaciones incluyen la erosión en la cabecera o una presa natural rota de un lago o río. [66] Cualquiera que sea la causa, el Bajo Colorado probablemente capturó el Alto Colorado sin salida al mar en algún lugar al oeste del Levantamiento Kaibab. [65] El área de drenaje mucho más grande y, sin embargo, el gradiente del arroyo más pronunciado ayudaron a acelerar aún más la tala descendente.
Las eras de hielo durante el Pleistoceno trajeron un clima pluvial más frío y húmedo a la región a partir de hace 2 a 3 millones de años. [67] La precipitación adicional aumentó la escorrentía y la capacidad erosiva de los arroyos (especialmente del agua de deshielo de primavera y las inundaciones repentinas en verano). [nota 3] Con un volumen de flujo mucho mayor, el Colorado cortó más rápido que nunca y comenzó a excavar rápidamente el Gran Cañón 2 millones de años antes del presente, casi alcanzando la profundidad moderna hace 1,2 millones de años. [68]
El Gran Cañón resultante del río Colorado tiene una tendencia aproximadamente de este a oeste durante 278 millas (447 km) entre el lago Powell y el lago Mead . [69] En esa distancia, el río Colorado cae 2000 pies (610 m) y ha excavado aproximadamente 1000 millas cúbicas (4200 km 3 ) de sedimento para formar el cañón. [70] Esta parte del río divide en dos el Levantamiento Kaibab de 9000 pies (2700 m) de altura [71] y pasa por siete mesetas (las mesetas Kaibab , Kanab y Shivwits limitan la parte norte del cañón y Coconino limita la parte sur). [69] Cada una de estas mesetas está delimitada por fallas y monoclinales de tendencia norte-sur creados o reactivados durante la orogenia Laramide. Desde entonces, los arroyos que desembocan en el río Colorado han aprovechado estas fallas para excavar sus propios cañones tributarios, como el cañón Bright Angel. [nota 4]
La actividad volcánica comenzó en el campo volcánico de Uinkaret (en el oeste del Gran Cañón) hace unos 3 millones de años. [72] Más de 150 flujos de lava basáltica [73] represaron el río Colorado al menos 13 veces entre 725.000 y 100.000 años atrás. [74] Las represas se formaban típicamente en semanas, tenían de 12 a 86 millas (19 a 138 km) de largo, de 150 a 2.000 pies (46 a 610 m) de alto (más gruesas río arriba y más delgadas río abajo) y tenían volúmenes de 0,03 a 1,2 millas cúbicas (0,13 a 5,00 km 3 ). [75]
La longevidad de las presas y su capacidad para retener el agua del río Colorado en grandes lagos ha sido debatida. En una hipótesis, el agua del río Colorado se acumuló detrás de las presas en grandes lagos que se extendieron hasta Moab, Utah . [76] Las presas se desbordaron en poco tiempo; aquellas que tenían entre 150 y 400 pies (46 a 122 m) de altura fueron desbordadas por sus lagos en 2 a 17 días. [77] Al mismo tiempo, los sedimentos llenaron los lagos detrás de las presas. El sedimento llenaría un lago detrás de una presa de 150 pies (46 m) de altura en 10,33 meses, llenaría un lago detrás de una presa de 1150 pies (350 m) de altura en 345 años y llenaría el lago detrás de la presa más alta en 3000 años. [77] Cascadas de agua fluían sobre una presa mientras que las cataratas migraban río arriba a lo largo de ella. La mayoría de las presas de lava duraron alrededor de 10.000 a 20.000 años. [78] Sin embargo, otros han propuesto que las presas de lava fueron mucho más efímeras y fallaron catastróficamente antes de desbordarse. [79] En este modelo, las presas fallarían debido al flujo de fluido a través de fracturas en las presas y alrededor de los estribos de las presas, a través de depósitos permeables del río y aluvión .
Desde la desaparición de estas represas, el río Colorado ha excavado un máximo de unos 160 pies (49 m) en las rocas de la meseta de Colorado [74].
El fin de las eras glaciales del Pleistoceno y el comienzo del Holoceno comenzaron a cambiar el clima de la zona, que pasó de ser un clima pluvial húmedo y frío a un clima semiárido más seco, similar al de hoy. Al haber menos agua para cortar, la capacidad erosiva del Colorado se redujo considerablemente. Por lo tanto, los procesos de erosión en masa comenzaron a adquirir una importancia relativa mayor que antes. Se produjeron acantilados más pronunciados y un mayor ensanchamiento del Gran Cañón y su sistema de cañones tributarios. Un promedio de dos flujos de escombros por año llegan al río Colorado desde los cañones tributarios para formar o expandir rápidos. [80] Este tipo de erosión en masa es la principal forma en que los cañones laterales más pequeños y empinados transportan sedimentos, pero también desempeña un papel importante en la excavación de los cañones más grandes. [80]
En 1963, la presa Glen Canyon y otras presas situadas más arriba comenzaron a regular el caudal del río Colorado a través del Gran Cañón. Los caudales anteriores a la presa, pero todavía históricos, del Colorado a través del Gran Cañón oscilaban entre 700 y 100 000 pies cúbicos (20 a 2832 m 3 ) por segundo, con al menos una inundación a finales del siglo XIX de 300 000 pies cúbicos (8500 m 3 ) por segundo. [70] La descarga de la presa Glen Canyon supera los 48 200 pies cúbicos (1360 m 3 ) por segundo solo cuando existe peligro de desbordamiento de la presa o cuando es necesario reducir el nivel del lago Powell por alguna otra razón. [81] Una medida de conservación provisional desde 1991 ha mantenido los caudales máximos en 20.000 pies cúbicos (570 m 3 ) por segundo, aunque la planta de energía de la presa puede manejar 13.200 pies cúbicos (370 m 3 ) por segundo más de caudal. [82]
El control del caudal del río mediante el uso de presas ha disminuido la capacidad del río para erosionar las rocas, al reducir sustancialmente la cantidad de sedimentos que transporta. [82] Las presas en el río Colorado también han cambiado el carácter del agua del río. El río, que antes era fangoso y cálido, ahora es claro y tiene una temperatura media de 46 °F (8 °C) durante todo el año. [82] En 1996 y 2004 se llevaron a cabo inundaciones experimentales que se acercaron al nivel de 48.200 pies cúbicos (1.360 m 3 ) por segundo mencionado anteriormente para estudiar los efectos sobre la erosión y la deposición de sedimentos. [83]
El Gran Cañón se encuentra en el extremo sur del cinturón sísmico Intermountain West . [84] Al menos 35 terremotos mayores de 3.0 en la escala de Richter ocurrieron en la región del Gran Cañón en el siglo XX. [85] De estos, cinco registraron más de 5.0 en la escala de Richter y el más grande fue un terremoto de 6.2 que ocurrió en enero de 1906. [85] Las principales fallas con tendencia aproximadamente norte-sur que cruzan el cañón son (de oeste a este), Grand Wash, Hurricane y Toroweap. [86] Los principales sistemas de fracturas con tendencia noreste de fallas normales que intersecan el cañón incluyen West Kaibab y Bright Angel, mientras que los sistemas con tendencia noroeste incluyen Grandview-Phantom. [87] La mayoría de los terremotos en la región ocurren en una estrecha banda con tendencia noroeste entre los sistemas de fracturas Mesa Butte y West Kaibab. [88] Estos eventos son probablemente el resultado del estiramiento de la corteza que migra hacia el este y que eventualmente puede moverse más allá del área del Gran Cañón. [88]
El Sendero del Tiempo es una exhibición geológica al aire libre y un sendero natural en el Borde Sur del Parque Nacional del Gran Cañón . Cada metro recorrido en el sendero representa un millón de años de la historia geológica del Gran Cañón. Los marcadores de bronce en el sendero marcan su ubicación en el tiempo. El sendero comienza en "Today" cerca del Museo de Geología de Yavapai y termina 2 mil millones de años después en el Centro de Visitantes de Verkamp. A lo largo del camino hay muestras de las rocas del Cañón, tal como las encontraría al ir desde el borde hasta el río, y exhibiciones que explican la historia geológica del Cañón. El sendero se inauguró a fines de 2010. [89]
El Museo de Geología de Yavapai incluye modelos tridimensionales, fotografías y exposiciones que permiten a los visitantes del parque ver y comprender la complicada historia geológica de la zona. El edificio del museo, la histórica Estación de Observación de Yavapai (construida en 1928), ubicada a una milla (1,6 km) al este de Market Plaza, ofrece amplias vistas del cañón. Una librería ofrece una variedad de materiales sobre la zona. [90]
