Grand Canyon: Gesteinsschichten und Entstehung erkunden

Was Sie hier durchqueren

Die Gesteinsschichten und die Entstehung des Grand Canyon lassen sich beim Abstieg vom Rand zum Colorado River nachvollziehen: Der Weg führt vom etwa 270 Millionen Jahre alten Meeresboden bis zum etwa 1750 Millionen Jahre alten Schiefer. Die meisten Fotos zeigen die Schlucht vom Rand aus. Dort wirken die farbigen Wände wie eine gemalte Kulisse, deren Größe schwer zu erfassen ist. Dieses Exponat beginnt am South Rim beim Einstieg des Bright Angel Trail. Sie können bis zum Colorado River hinuntergehen und jede Gesteinsschicht durchqueren, die der Weg schneidet.

Das Modell beruht auf einer Gesteinssäule mit 13 Schichten zwischen Rand und Fluss: von der etwa 270 Millionen Jahre alten Kaibab-Formation unter Ihren Füßen am Rand bis zum etwa 1750 Millionen Jahre alten Vishnu-Schiefer am Wasser. Die Alter entsprechen den „besten numerischen Altern“, die der National Park Service für die Gesteine des Grand Canyon veröffentlicht. Die Mächtigkeiten stammen aus dem Geologic Resources Inventory des Parks, das für jede Schicht eine Spanne nennt. Das Modell wählt darin jeweils einen Wert, sodass sich insgesamt der Höhenunterschied von 1360 m zwischen Einstieg und Fluss ergibt.

Beim Gehen folgt Ihnen eine Säule unten links auf dem Bildschirm. Sie zeigt die Schicht unter Ihren Füßen, ihr Alter, ihre Entstehungsumgebung und ungefähr die Zeit, die ein Meter ihrer Ablagerung benötigte. Ein Querschnitt der gesamten Schlucht oben links zeigt Ihre Position in der Wand. Sie können in normalem Tempo gehen, sechsmal schneller wandern, über dem Rand fliegen oder auf dem Fluss treiben.

Drei weitere Funktionen verändern die Ansicht. Ein Zeitrafferregler füllt die Schlucht wieder bis zur flachen Hochebene auf, in die sich der Fluss einschnitt. Zwei konkurrierende wissenschaftliche Vorstellungen bestimmen, wann dies geschah. „Damals“ zeigt um Sie herum die Entstehungsumgebung jeder Schicht: ein warmes Meer, Dünen, einen Sumpf mit Farnen, einen Strand oder heißes Gestein tief in der Kruste. „Fehlende Zeit“ lässt die Kontakte leuchten, an denen Gestein fehlt. Diese Lücken umfassen hier den größten Teil der Zeit.

Die ersten zehn Sekunden

Sie beginnen hinter einer niedrigen Steinmauer am Rand. Die Führung bewegt Sie zur Kante und richtet den Blick nach unten. Unter der Mauer fällt die Kaibab-Wand ab. Es folgen das helle Band des Coconino-Sandsteins, rote Hänge, eine rot gefärbte graue Wand, eine breite grüne Terrasse und schließlich ein dunkler Einschnitt mit dem Fluss. Der Fluss liegt 1360 m unter Ihren Augen. Gegenüber ist der Rand höher als auf Ihrer Seite.

Das entspricht der Wirklichkeit. Der North Rim liegt etwa 1000 ft (300 m) höher als der South Rim. Seine Wetterstation ist die kühlste und feuchteste der Region, während die Phantom Ranch am Grund 120 °F (49 °C) verzeichnet hat. Im Modell steigen die Schichten auf der Nordseite zum North Rim an; dieselben Schichten liegen dort also höher.

Wie tief ist die Schlucht?

Der National Park Service nennt mehrere Werte, die jeweils für andere Stellen gelten. Nahe Grand Canyon Village beträgt der Höhenunterschied vom Rand zum Fluss „eine vertikale Meile (etwa 5000 feet / 1524 m)“, der Weg ist etwa 7 Meilen (11,3 km) lang. Die tiefste Stelle misst 6000 ft (1829 m). Entlang des Flusses ist die Schlucht 277 Meilen (446 km) lang und beim Village von Rand zu Rand etwa 10 Meilen (16 km) breit.

Der Bright Angel Trail beginnt beim Village und endet am Fluss nahe Phantom Ranch. Dort liegt der Fluss etwa 2400 ft (730 m) über dem Meer. Das Modell verwendet 1360 m Höhenunterschied vom Einstieg bis zum Fluss und einen 11,1 km langen Weg. Die veröffentlichten Zwischenstationen liegen an den passenden Stellen:

Um die Tiefe besser einzuordnen, schalten Sie „Menschenmaßstab“ ein. Ein rot-weißer Pfahl steht auf der Tonto-Plattform und reicht vom Fluss bis zum Rand. Jedes Band entspricht einem 1,7 m großen Menschen. 800 Menschen müssten einander auf dem Kopf stehen, um den Rand zu erreichen. Wenn Sie unter „Ich“ Ihre Körpergröße eingeben, übernehmen die Menschen am Weg diese Größe, und die Anzahl verändert sich entsprechend.

Die Säule unter Ihren Füßen lesen

Die Säule unten links ist das wichtigste Element auf dem Bildschirm. Oben liegt der Rand, unten der Fluss, maßstabsgetreu dargestellt. Jedes farbige Band ist eine Schicht, die Zickzacklinien sind Kontakte mit fehlendem Gestein. Ein roter Pfeil markiert Ihre Füße. Ein Klick irgendwo auf die Säule bringt Sie zu dieser Tiefe am Weg.

Daneben stehen fünf Angaben:

• die Schicht unter Ihren Füßen;
• ihr Alter aus der NPS-Liste der besten numerischen Alter;
• ihre Entstehungsumgebung aus derselben NPS-Reihe;
• die Tiefe unter dem Rand, die Höhe über dem Meer und der Temperaturunterschied zum Rand;
• die Zeit, die ein Meter dieses Gesteins zur Ablagerung benötigte.

Die letzte Angabe braucht eine Erklärung. Die NPS-Liste gibt für jede Sedimentschicht neben einem zentralen Alter eine Altersspanne an. Der Kaibab ist beispielsweise 270 Millionen Jahre alt, bei einer Spanne von 269 bis 273 Millionen Jahren. Wird diese Spanne als Dauer der Ablagerung verstanden und durch die Mächtigkeit geteilt, ergeben sich Jahre pro Meter: 4 Millionen Jahre für 90 m Kaibab entsprechen etwa 44.000 Jahren pro Meter. Das ist eine Schätzung und wird im Exponat so bezeichnet. Ein Teil der Spanne beschreibt Unsicherheiten der Datierung und nicht die Ablagerungsdauer; zudem wuchs keine Schicht gleichmäßig. Beim Redwall-Kalkstein nennt der NPS nur eine Ablagerung, die „wahrscheinlich über einige Millionen Jahre erfolgte“. Das Modell verwendet deshalb 3 Millionen Jahre.

Für den Vergleich sind die Werte dennoch nützlich. Ein Meter Redwall entspricht etwa 19.000 Jahren. Ein Meter Watahomigi-Formation, einer dünnen Schicht der Supai-Gruppe, entspricht etwa 150.000 Jahren. Darin zeigt sich der Unterschied zwischen einem Meer, das rasch Kalkschlamm anhäufte, und einer Küste, an der wenig Sediment liegen blieb.

Für den Vishnu-Schiefer gibt es keinen solchen Wert. Er ist kein Stapel von Schichten, sondern wurde so stark zusammengedrückt und erhitzt, dass seine ursprünglichen Lagen heute hochkant stehen. Aus seiner Mächtigkeit lässt sich keine Zeit ablesen.

Mit „Nach Zeit“ wechselt die Säule den Maßstab. Oben liegen nun 270 Millionen Jahre vor heute, unten 1750 Millionen Jahre. Jede Schicht wird zu einem dünnen Band bei ihrem Alter, der größte Teil der Säule bleibt leer. Diese Leere ist Zeit, für die hier kein Gestein erhalten ist.

13 Schichten vom Rand abwärts

Die vier Schichten vom Esplanade bis zum Watahomigi bilden die Supai-Gruppe; Muav, Bright Angel und Tapeats gehören zur Tonto-Gruppe. Eine vierzehnte Einheit, die etwa 385 Millionen Jahre alte Temple-Butte-Formation, tritt nur fleckenhaft und als Rinnenfüllung zwischen Muav und Redwall auf. Ihr ist deshalb am Weg keine Mächtigkeit zugewiesen.

Der Rand: ein permisches Meer

Unter den Parkplätzen und dem Randweg liegt die Kaibab-Formation. Sie entstand vor etwa 270 Millionen Jahren auf dem Boden eines Flachmeers, das der NPS mit dem heutigen Persian Gulf vergleicht. Brachiopoden, Moostierchen, Schwämme und Weichtiere lebten am Boden, darüber schwammen Haie und andere Fische. Ihre Zähne finden sich im Gestein. Es ist das jüngste Gestein der Schluchtwände. Über Ihrer Standfläche fehlen 270 Millionen Jahre, weil alles später hier Abgelagerte abgetragen wurde.

Dazu gehört auch das Zeitalter der Dinosaurier. Im Grand Canyon gibt es keine Dinosaurierfossilien. Seine Gesteine sind älter als die ältesten Dinosaurier, und die Schichten ihrer Zeit, laut NPS einst 4000 bis 8000 ft mächtig, wurden aus dem Schluchtgebiet erodiert. Eine versteckte Karte nahe dem Einstieg erklärt dies. Einer der Übergänge unter „Weitere Exponate“ unten links führt zu den Dinosauriern.

Direkt unter dem Kaibab liegt die Toroweap-Formation, ein Hang aus Kalkstein, Schluffstein und Gips von einer Küste an einem ähnlichen Meer. Die weißen Schichten im Toroweap des Modells sind Gips, das Mineral, das beim Verdunsten von Meerwasser zurückbleibt.

Am Rand liegt auch der Trail of Time, ein reales Exponat am South Rim. Bronzemarken liegen einen Meter auseinander; jeder Meter steht für eine Million Jahre. Die 2000 Schritte zwischen Yavapai Geology Museum und Grand Canyon Village umfassen die 2 Milliarden Jahre Gestein der Schlucht. Das Modell enthält östlich des Einstiegs ein kurzes Stück davon. Dieser Maßstab ist hilfreich: Die Wand darunter entspricht ungefähr demselben Maßstab in senkrechter Richtung. Im Mittel über alle 1360 m einschließlich der Lücken steht ein Meter abwärts für etwas mehr als eine Million Jahre.

Eine Wüste in der Wand

Etwa 160 m unter dem Rand erreicht der Weg eine helle Wand. Das ist der Coconino-Sandstein: versteinerte Dünen von vor etwa 280 Millionen Jahren. Der NPS vergleicht die Umgebung mit der Arabian Desert. Das Gestein ist schräggeschichtet. Geneigte Linien innerhalb der Schichten zeigen, wo Dünenhänge nacheinander begraben wurden. Der zweite Tunnel des Weges führt hindurch.

Der Coconino enthält keinerlei Körperfossilien, weder Schalen noch Knochen. Er enthält Fährten, Fußabdrücke von Tieren mit und ohne Wirbelsäule, die über den Sand liefen. Sie werden seit mehr als 100 Jahren untersucht. Eine versteckte Karte in den Serpentinen zeigt eine Platte mit einer Spurfolge.

Schalten Sie im Coconino „Damals“ ein, erscheinen die Dünen mit dem Dunst eines trockenen Windes um Sie herum. Das gehört zu den Aufgaben.

Rote Schichten, Farne und die ersten Dünenläufer

Unter dem Coconino wird die Wand rot. Die etwa 285 Millionen Jahre alte Hermit-Formation besteht aus rotem Schluff- und Sandstein, den Flüsse und Sümpfe in trockenem Land ablagerten. Der NPS vergleicht die Umgebung mit dem Nile Delta. Ein großer Teil der Farbe in der Schlucht stammt von geringen Mengen Eisenoxid im Gestein oder als Färbung auf der Oberfläche. Der Hermit bewahrt das vollständigste Ökosystem der oberen Schlucht: fossile Farne und viele andere Pflanzen, Spuren wirbelloser und wirbeltragender Tiere sowie einige seltene Flügel von mit Libellen und Schaben verwandten Insekten.

Unter dem Hermit folgen die vier Formationen der Supai-Gruppe, etwa 320 bis 290 Millionen Jahre alt. Der Esplanade-Sandstein oben bildet eine Wand und eine Terrasse. Wescogame und Manakacha bilden Stufen aus rotem Sandstein einer trockenen Dünenküste, die der NPS mit Namibia vergleicht. Der Watahomigi unten hatte noch Verbindung zum Meer und enthält Brachiopoden und Haizähne.

Der Manakacha enthält das bekannteste Fossil am Weg. 2016 bemerkte ein Geologieprofessor beim Wandern mit seinen Studierenden Fußspuren auf einem Block neben dem Bright Angel Trail. Er war aus einer nahen Wand der Manakacha-Formation gefallen. Eine 2020 veröffentlichte Studie datierte die Spuren auf 313 Millionen Jahre mit 500.000 Jahren Unsicherheit in beide Richtungen. Sie erkannte zwei Fährten früher, mit Reptilien verwandter Tiere, die über einen Dünenhang liefen. Es sind die ältesten Wirbeltierspuren der Schlucht und der früheste Beleg dafür, dass Wirbeltiere auf Sanddünen gingen. Sie zeigen außerdem eine laterale Schrittfolge, wie Hunde oder Katzen beim langsamen Gehen. Laut NPS liegt der Block nahe Three-Mile Resthouse; dort steht er auch im Modell.

2024 wurden die ersten paläozoischen Wirbeltierknochen der Schlucht aus der Wescogame-Formation gemeldet. Manakacha und Wescogame enthalten auch Fossilien von Schachtelhalmen und Samenfarnen.

Der Redwall: eine rot gefärbte graue Wand

Bei Three-Mile Resthouse steht der Weg auf dem Redwall-Kalkstein. Die Wand ist im Modell 160 m hoch, nach der Parkvermessung 152 bis 167 m. Solche Wände versperren die meisten Abstiegsrouten. Der Bright Angel Trail kommt hindurch, weil er der Bright-Angel-Verwerfung folgt, einer großen Störung, die die Wände aufbricht. Im Modell führt er in engen Serpentinen durch diese Bruchzone.

Der Redwall ist ein Kalkstein aus einem tropischen Meer vor etwa 340 Millionen Jahren, das der NPS mit der Java Sea vergleicht. Er enthält Seelilien, Korallen, Moostierchen, Brachiopoden, Nautiloideen und Haizähne. Kleine Scheiben von Seelilienstielen sind im Modell einer der versteckten Funde.

Der Name ist etwas irreführend. Das Gestein ist grau. Wo die Wand rot erscheint, hat Schlamm aus den roten Supai- und Hermit-Schichten darüber ihre Oberfläche gefärbt. Eine NPS-Routenbeschreibung für South Canyon sagt ausdrücklich, dass der Kalkstein dort „nicht rot ,bemalt‘ ist, sondern grau, seine eigentliche natürliche Farbe“. Ein USGS-Führer von 1915 beschreibt den Redwall als „hell blaugrau, massig, Oberfläche überwiegend rot gefärbt“. Das Modell zeigt die Färbung auf der Wand und einen grauen Bruch mit Blick ins Innere.

Kalkstein löst sich in Wasser, und der Redwall ist voller Höhlen. Der NPS sperrt sämtliche Höhlen des Parks für Besucher. Trockene Höhlen bewahren die letzten 50.000 Jahre: Reste ausgestorbener Shasta-Bodenfaultiere mit Knochen, Fell und Kot, einer ausgestorbenen Bergziege und Kalifornischer Kondore, die noch heute über der Schlucht fliegen. Auch Menschen hinterließen etwas. Aus einem einzigen gespaltenen Weiden- oder Pappelzweig gefaltete Hirsche und Dickhornschafe wurden vor etwa 2000 bis 4000 Jahren in abgelegenen Redwall-Höhlen niedergelegt, oft unter kleinen Steinhaufen. Wegen der Fundumstände halten Archäologen sie nicht für Spielzeuge.

164 Millionen Jahre in einem Kontakt

An der Basis des Redwall überschreitet der Weg einen leicht übersehenen Kontakt. Der Redwall darüber ist 340 Millionen Jahre alt, die Muav-Formation darunter 504 Millionen Jahre. Dazwischen fehlen etwa 164 Millionen Jahre. Ordovizium, Silur und frühes Devon haben hier kein Gestein hinterlassen.

Stellenweise füllt die etwa 385 Millionen Jahre alte Temple-Butte-Formation alte Rinnen an diesem Kontakt. Sie enthält die ältesten bekannten Wirbeltierfossilien des Parks, Panzerfische namens Placodermen, und seine ältesten Korallen. Der NPS weist darauf hin, dass Korallen mit Hartteilen im Ordovizium weitverbreitet wurden, einer hier fehlenden Zeitspanne. Frühe Korallen kommen deshalb gar nicht vor.

Auch oberhalb des Redwall gibt es eine kleinere Lücke: etwa 20 Millionen Jahre bis zum Watahomigi. Mancherorts füllt die etwa 325 Millionen Jahre alte Surprise-Canyon-Formation Erdfälle und Vertiefungen der alten Karstoberfläche des Redwall.

Mit „Fehlende Zeit“ leuchten diese Kontakte an allen Wänden der Schlucht.

Das kambrische Meer

Unter dem Muav wird der Hang flacher und geht in die breite grüne Terrasse der Tonto-Plattform über. Der Weg erreicht Havasupai Gardens, eine Oase mit Pappeln und Wasser, 925 m unter dem Rand. Die Havasupai lebten und bestellten hier Felder, bis der Nationalpark gegründet wurde. Früher hieß der Ort Indian Garden.

Die Terrasse besteht aus der Bright-Angel-Formation, grüngrauem Tonstein eines schlammigen Meeresbodens vor etwa 506 Millionen Jahren. Der NPS vergleicht ihn mit dem Gulf of Mexico. Hier lebten Trilobiten. Bright Angel und Muav enthalten ihre Körper und Spuren, frühe Brachiopoden und Stachelhäuter sowie kleine zweiklappige Gliederfüßer namens Bradoriiden, die nach dem Kambrium ausstarben. Zu den Spuren gehören Fußabdrücke, Kriechspuren, Wurmgänge und Fraßspuren.

2025 beschrieben Forschende kleinere, ungewöhnlichere Fossilien aus derselben Schicht: Kohlenstofffilme weichkörperiger Tiere von etwa einem Millimeter Größe, darunter Priapswürmer mit kammartigen Zähnen, Krebstiere und Weichtiere. Weichteilfossilien sind selten und stammen meist aus sauerstoffarmen Meeren. Diese kommen hingegen von einem gut mit Sauerstoff versorgten Meeresboden voller grabender Tiere.

Unter dem Bright Angel liegt der Tapeats-Sandstein, brauner Sand von Stränden und Flussbetten vor etwa 508 Millionen Jahren. Zusammen dokumentieren die Schichten das Vordringen des Meeres über den Kontinent. Ihre Alter wurden 2018 und 2020 mit Zirkondatierungen neu kalibriert und die Tonto-Gruppe neu definiert: Die Sixtymile-Formation kam an ihrer Basis hinzu, der Frenchman-Mountain-Dolomitstein an ihrer Spitze. Bright-Angel-Tonschiefer und Muav-Kalkstein wurden in Formationen umbenannt, weil sie mehrere Gesteinsarten enthalten. Nach den revidierten Altern drang das Meer, das den größten Teil der Tonto-Gruppe ablagerte, in etwa 10 Millionen Jahren von Nevada über Arizona nach Colorado vor. Der NPS bezeichnet das als ungewöhnlich schnell.

Die Große Diskordanz

Am Fuß des Tapeats betritt der Weg dunkles Gestein. Dieser Kontakt ist die Große Diskordanz, erkannt von John Wesley Powell, der die Schlucht 1869 mit dem Boot erkundete. Über der Linie liegt 508 Millionen Jahre alter Tapeats-Sand, darunter etwa 1750 Millionen Jahre alter Vishnu-Schiefer. Rund 1,2 Milliarden Jahre Gesteinsgeschichte fehlen, ungefähr ein Viertel des Erdalters. Im Modell markiert eine goldene Linie den Kontakt am Weg; eine Aufgabe besteht darin, hinabzugehen und ihn zu berühren.

Der Grand Canyon hat eine der vollständigsten Gesteinsfolgen überhaupt. Trotzdem fehlt, wie eine NPS-Grafik zeigt, mehr Zeit, als erhalten ist. Stellen Sie die Säule an diesem Kontakt auf „Nach Zeit“, wird das sichtbar: Tapeats und Vishnu werden zu zwei dünnen Bändern mit einer Leere dazwischen, die länger ist als alles darüber.

Wohin ging das fehlende Gestein? Ein Teil der Antwort zeigt sich im Osten der Schlucht. Dort liegen geneigte Schichten der Grand Canyon Supergroup, 1255 bis 729 Millionen Jahre alt, zwischen Grundgebirge und Tapeats. Sie wurden abgelagert, gekippt und größtenteils abgetragen, bevor der Tapeats entstand. Der Geologiebericht des Parks beschreibt die Große Diskordanz als mehrere Diskordanzen, die dort zu einer zusammenlaufen, wo die Supergruppe fehlt. Warum ungefähr gleichzeitig in so vielen Weltregionen so viel Gestein entfernt wurde, ist umstritten. Ein 2019 veröffentlichter Vorschlag sieht die Eisschilde der „Schneeball-Erde“-Vereisungen vor 717 bis 635 Millionen Jahren als Ursache eines großen Teils der Abtragung. Andere Forschende nehmen viele getrennte Erosionsphasen an. Das Exponat kennzeichnet dies als offene Frage.

Das Grundgebirge

Die innere Schlucht schneidet in die Vishnu Basement Rocks ein, den NPS-Namen für alle kristallinen Gesteine am Grund der Schlucht. Vishnu-Schiefer und Nachbargesteine begannen als Lava und Sediment an den Flanken von Vulkaninseln. Als diese vor etwa 1,75 Milliarden Jahren mit dem Vorläufer von North America kollidierten, wurden die Gesteine bis zu 25 km tief versenkt, zusammengedrückt und erhitzt, bis ihre Schichten hochkant standen. Magma drang ein.

Daraus entstand der 1740 Millionen Jahre alte rosa Zoroaster-Granit, der als Adern im dunklen Schiefer sichtbar ist. Spätere Granite und Pegmatitgänge folgten zwischen 1713 und 1375 Millionen Jahren. Das älteste datierte Gestein der Schlucht ist der Elves-Chasm-Pluton mit 1840 Millionen Jahren und einer Million Jahren Unsicherheit in beide Richtungen.

Im Modell besteht die innere Schlucht aus dunklem Schiefer mit rosa Adern. Nur dieser Teil der Wand ist nicht geschichtet. Die Säule zeigt deshalb dort keine Jahre pro Meter. „Damals“ zeigt die Entstehungsumgebung: tiefe, heiße Kruste ohne Himmel.

Die geneigte Supergruppe

Oberhalb des Strandes flussaufwärts setzt das Modell einen Keil geneigter Schichten in die Nordwand. In Wirklichkeit sieht man die Grand Canyon Supergroup im Osten, etwa vom Lipan Point am Desert View Drive, nicht am Bright Angel Trail. Das Modell bringt einen Teil davon zum Fluss, damit sich die drei vom NPS beschriebenen Gesteinsgruppen vergleichen lassen: Grundgebirge, geneigte Supergruppe und die flach liegenden Schichten darüber.

Wo sie vollständig ist, ist die Supergruppe etwa 12.000 ft (3600 m) mächtig. Ihre unterste Schicht, die Bass-Formation, war Kalkschlamm eines Flachmeers. Eine Ascheschicht darin ist auf 1255 Millionen Jahre datiert. Bass enthält Stromatolithen, von Cyanobakterienkolonien aufgebaute Hügel: die ältesten Fossilien der Schlucht, die ohne Mikroskop sichtbar sind. Weiter oben besteht der Cardenas-Basalt aus mehr als 300 m gestapelten Lavaströmen. Sie brachen vor 1082 Millionen Jahren aus, als der Kontinent aufzubrechen begann, bevor dieser Vorgang zum Stillstand kam. Die Chuar-Gruppe darüber, 775 bis 729 Millionen Jahre alt, enthält vasenförmige Mikrofossilien, die als Schalen einzelliger Amöben gedeutet werden. Heute sind die Schichten etwa 20 Grad geneigt; ursprünglich wurden sie waagerecht abgelagert.

Warum die Wand Stufen hat

Die Schluchtwand ist eine Treppe, weil die Schichten Erosion unterschiedlich widerstehen. Harte Sand- und Kalksteine wie Coconino und Redwall brechen in senkrechten Wänden ab. Weichere Ton- und Schluffsteine wie Hermit und Bright Angel verwittern zu Hängen und Terrassen. Das harte Grundgebirge unten bildet die enge, steile innere Schlucht. Ein NPS-Geologiefaltblatt nennt dies das „Aussehen einer Stufenpyramide“.

Das Modell baut die Wand genauso auf. Jede Schicht hat einen Wandwinkel: etwa 70 Grad für Coconino, Redwall und Tapeats, 30 bis 40 Grad für Hermit, Toroweap und Watahomigi sowie sanfte 7 Grad für Bright Angel, der sich zur Tonto-Plattform ausbreitet. Echte Wände sind steiler. Das Modell flacht sie etwas ab, weil sein 26-m-Geländeraster senkrechte Wände als gezackte Stufen zeichnet. Am Weg, wo die Bright-Angel-Verwerfung die Wände aufbricht, neigen sie sich auf etwa 50 Grad zurück. Esplanade und die Oberkante des Redwall bilden Terrassen. Seitencanyons und isolierte Tafelberge entstehen nach denselben Regeln: Ein Tafelberg ist ein rundum abgetrenntes Wandstück, das von der jeweils obersten harten Schicht bedeckt wird.

Wie alt ist die Schlucht?

Die Gesteine sind alt, die Schlucht ist jung. Das ist oft der am schwersten verständliche Punkt des Exponats. Der Kaibab am Rand ist 270 Millionen Jahre alt, die darin eingeschnittene Schlucht viel jünger. Der NPS beschreibt drei Schritte: Die Gesteine entstanden; vor 70 bis 30 Millionen Jahren wurde die Region zum hohen, flachen Colorado Plateau angehoben; dann begann der Colorado River vor 5 bis 6 Millionen Jahren, sich einzuschneiden.

Ob einzelne Abschnitte viel älter sind, wird seit etwa 150 Jahren diskutiert. Der „Zeitraffer“ zeigt zwei veröffentlichte Vorstellungen.

Nach der Theorie der jungen Schlucht schnitt der Colorado River den größten Teil in den letzten 5 bis 6 Millionen Jahren ein. Karlstrom und andere (2014) datierten vier der fünf Schluchtabschnitte mit Apatit-Spaltspuren und Helium. Zwei mittlere Abschnitte haben ältere Geschichten, einer vor 70 bis 50 Millionen Jahren, einer vor 25 bis 15 Millionen Jahren. Die beiden Endabschnitte, Marble Canyon und der westlichste Teil, wurden dagegen in den letzten 5 bis 6 Millionen Jahren eingeschnitten. Die gesamte Schlucht entstand demnach, als der Fluss ältere Stücke verband. Im Modell wird die heutige Tiefe nach dieser Theorie gleichmäßig über 6 Millionen Jahre eingeschnitten.

Nach der Theorie der alten Schlucht hatten anders gerichtete Flüsse vor etwa 70 Millionen Jahren bereits bis auf wenige hundert Meter an die heutige Tiefe heran eingeschnitten. Flowers und Farley (2012) begründeten dies mit Helium in Apatitkristallen der westlichen Schlucht. Wernicke (2011) schlug einen ostwärts fließenden „California River“ vor, der viel von dieser Arbeit leistete. Mit „Theorie der alten Schlucht“ schneidet das Modell zwischen vor 80 und 70 Millionen Jahren bis auf 200 m an die heutige Tiefe heran.

Karlstrom und Kollegen erwiderten 2013, die Daten zur alten Schlucht seien mit einer jungen Schlucht vereinbar. Geologische Hinweise wie das Alter der ältesten Colorado-River-Kiese deuteten ebenfalls darauf. Heute beschreibt der NPS die Schlucht als in den letzten 5 bis 6 Millionen Jahren eingeschnitten. Das Modell zeigt beide Vorstellungen; keine Kurve misst den tatsächlichen Fortschritt des Flusses.

Eine weitere Zahl hilft bei der Einordnung. Wären die 1360 m am Bright Angel Trail vollständig in 6 Millionen Jahren eingeschnitten worden, hätte der Fluss sein Bett im Mittel um etwa 0,23 mm pro Jahr vertieft, weniger als die Dicke eines Fingernagels. Untersuchungen wie Karlstrom und andere (2008) zeigen, dass die Einschneidungsrate räumlich und zeitlich schwankt.

Der Fluss heute

Laut NPS ist der Colorado River im Grand Canyon durchschnittlich etwa 300 ft (91 m) breit und 40 ft (12 m) tief. Der mittlere Abfluss beträgt 12.000 bis 15.000 Kubikfuß pro Sekunde. Bei Hochwasser konnte er 300.000 Kubikfuß pro Sekunde und große Felsblöcke transportieren. Manche Geologen vermuten, dass er am Ende der letzten Eiszeit eine Million Kubikfuß pro Sekunde erreicht haben könnte.

Der 1963 oberhalb des Parks fertiggestellte Glen Canyon Dam änderte dies. Der Fluss überschwemmt nicht mehr im Frühjahr und fällt im Spätsommer nicht mehr auf 500 bis 1000 Kubikfuß pro Sekunde zurück. Die großen jährlichen Hochwasser, die täglich Hunderttausende Tonnen Sediment transportierten, sind verschwunden. Colorado bedeutet auf Spanisch „rötlich“, nach dem einst mitgeführten Sediment. Das Modell zeigt das heute klarere Wasser.

Die Schlucht verändert sich weiter, wird aber laut NPS schneller breiter als tiefer. Von Regen und Schneeschmelze gespeiste Seitenbäche tragen die Wände zurück. Am Grund schneidet der Fluss mit geringerem Gefälle als früher in hartes Grundgebirge ein. Nahe Phantom Ranch liegt er etwa 2400 ft über dem Meer. Der Meeresspiegel ist die tiefste Höhe, bis zu der er sich einschneiden kann.

Wärme beim Abstieg

Die Säule zeigt, wie viel wärmer es gegenüber dem Rand ist. Eine NPS-Faustregel nennt etwa 5,5 °F Temperaturanstieg pro 1000 ft Abstieg. Das sind ungefähr 1 °C pro 100 m. Am Fluss ist es damit zur selben Zeit etwa 13 °C wärmer als am Rand. An Sommertagen werden dort häufig 100 °F (38 °C) überschritten. Der NPS warnt, dass der Aufstieg mindestens doppelt so lange dauert wie der Abstieg.

Ihre Körpergröße im Gestein

Öffnen Sie „Ich“ und geben Sie Ihre Größe ein. Das Feld rechnet sie in Zeit um:

• die Ablagerungsdauer Ihrer Körpergröße in der Schicht unter Ihren Füßen;
• die Dauer im Redwall, einer der schnellsten Schichten, und im Watahomigi, einer der langsamsten;
• den Mittelwert über die ganze Wand einschließlich der Lücken;
• die Zahl der Menschen Ihrer Größe, die vom Fluss bis zum Rand übereinanderstehen müssten;
• die Zeit, die Ihre Größe auf dem Trail of Time mit einer Million Jahre pro Meter umfasst.

Bei 1,7 m Körpergröße ergeben sich etwa 32.000 Jahre im Redwall und 260.000 Jahre im Watahomigi. Über die ganze Wand vom 270 Millionen Jahre alten Kaibab bis zum 1750 Millionen Jahre alten Vishnu stehen dieselben 1,7 m im Mittel für etwa 1,85 Millionen Jahre. Darin ist die gesamte fehlende Zeit enthalten. All dies sind Schätzungen aus veröffentlichten Altern und Mächtigkeiten, keine Messungen einer einzelnen Lage.

Heutiges Leben am Weg

Das Modell setzt Pinyon-Kiefern und Utah-Wacholder an den Rand, Sträucher auf die Hänge und die Tonto-Plattform, Pappeln in Havasupai Gardens und Weiden an den Fluss. Der NPS beschreibt einen randnahen Pinyon-Wacholder-Wald. Pinyon-Kiefern werden etwa 15 m hoch, Wacholder etwa 6 m. Gelb-Kiefern, die 60 m erreichen können, wachsen höher an den Rändern.

Im Feldführer stehen auch Tiere, denen Sie begegnen könnten. Kolkraben mit etwa 1 m Spannweite gehören zu den wenigen Vögeln, die auf dem Rücken fliegen können. Katzenfrette leben vom Rand bis zum Fluss, kommen aber nachts hervor. Maultierhirsche besiedeln alle Lebensräume des Parks. Die Grand-Canyon-Klapperschlange, eine Unterart der westlichen Klapperschlange, verschmilzt optisch mit dem Gestein. Ihre Rasselmuskeln arbeiten bis zu 50-mal pro Sekunde. Im Fluss sind nur acht Fischarten heimisch. Sechs kommen ausschließlich im Colorado-River-Becken vor, fünf leben noch im Park, darunter der Buckeldöbel. Der Park hat mehr als 90 Säugetierarten, mehr als Yellowstone. Kalifornische Kondore fliegen über die Schlucht; ihre fossilen Knochen liegen in trockenen Höhlen.

Menschen in der Schlucht

Der Weg folgt einer seit Jahrtausenden genutzten Route. Kurz hinter dem ersten Tunnel sind hoch an der Wand unter einem Überhang rote Hirsche aufgereiht. Die Stelle heißt Mallery's Grotto und stammt aus der Zeit zwischen vor 4000 Jahren und 1950. Sie enthält Archaic- und Cohonina-Elemente sowie spätere Holzkohleinschriften, die den Havasupai zugeschrieben werden. Das Modell versteckt dort eine Karte.

Pioniere bauten 1891 einen Weg zu Bergbauansprüchen beim heutigen Havasupai Gardens und betrieben ihn später als Mautweg. 1928 übernahm ihn der National Park Service. Heute ist er der beliebteste Wanderweg des Parks, mit Rasthäusern, saisonalem Wasser und Notruftelefonen. Der NPS bittet Wandernde, einen Ranger zu befragen, bevor sie unterhalb von Havasupai Gardens zum Fluss gehen.

Unterschiede zwischen Modell und Wirklichkeit

Die Höhen stimmen, die Breiten nicht. Jede Schicht liegt am Weg in ihrer tatsächlichen Tiefe, doch horizontale Entfernungen sind verkürzt. Auf dieser Seite beträgt die reale Strecke vom Rand zum Fluss mehrere Kilometer; im Modell sind es vom Aussichtspunkt etwa 1,6 km. Deshalb wirken Wände und Hänge steiler und die Schlucht von Rand zu Rand schmaler.

Die Säule steht für eine einzige Gesteinsfolge. Tatsächliche Mächtigkeiten ändern sich räumlich: Der Coconino ist 9 bis 122 m mächtig, und der Tapeats fehlt mancherorts ganz. Das Modell wählt pro Schicht einen Wert innerhalb der veröffentlichten Spanne. Zusammen ergeben sie 1360 m, und die Stationen am Weg liegen in den richtigen Schichten.

Das Gelände entsteht nach Regeln, nicht aus einer Vermessung. Seitencanyons, Vorsprünge und Tafelberge folgen denselben Profilregeln. Sie ähneln Grand-Canyon-Landformen, stimmen aber mit keiner realen Karte überein. Der Weg folgt einer ähnlichen Regel: Serpentinen dort, wo der Hang steiler als das Weggefälle ist, direkter Abstieg auf sanftem Gelände. Seine Stationen liegen in den veröffentlichten Tiefen, die Kurven sind jedoch nicht die wirklichen Kurven.

Die Schichten am North Rim steigen zum gegenüberliegenden Rand um etwa 300 m an. Das entspricht dem Höhenunterschied zwischen den Rändern. Die tatsächlichen Gründe für unterschiedliche Höhen der Plateauoberfläche und Schichten in der Region sind komplizierter als eine einzige gleichmäßige Aufwölbung.

Der Keil der Supergruppe liegt zum Vergleich am Fluss. Im Bright-Angel-Korridor ruht der Tapeats direkt auf dem Grundgebirge. Die Supergruppe ist vom Rand im Osten der Schlucht sichtbar.

Die „Damals“-Szenen geben einen Eindruck der vom NPS genannten Umgebung jeder Schicht, rekonstruieren aber keinen bestimmten Ort. Der Zeitraffer stellt zwei veröffentlichte Vorstellungen als einfache Kurven dar: gleichmäßiges Einschneiden über 6 Millionen Jahre oder eine bis vor 70 Millionen Jahren eingeschnittene Schlucht, die nur noch 200 m flacher war als heute. Keine ist ein Erosionsmodell. Die aufgefüllte frühere Schlucht ist die heutige Schlucht, bis zu einer V-förmigen Kerbe aufgefüllt, keine Rekonstruktion einer früheren Landschaft.

Fortbewegung

Am Computer gehen Sie mit W A S D oder den Pfeiltasten, ziehen zum Umsehen und klicken auf den Boden, um dorthin zu gehen. Shift beschleunigt. Zifferntasten wechseln die Fortbewegung: 1 geht, 2 wandert sechsmal schneller, 3 fliegt 230 m über dem Rand, und 4 setzt Sie auf ein Floß, das die Strömung nach Westen trägt. Am Telefon bewegt der linke Daumen, der rechte richtet den Blick.

Sie können nicht über eine Klippe hinausgehen. Der Weg ist begehbar, ebenso sanftes Gelände wie Rand, Terrassen und Tonto-Plattform. Steileres Gelände hält Sie auf. Für schnelle Ortswechsel klicken Sie auf eine Tiefe im Querschnitt oben links oder in der Säule unten links oder nutzen „Dorthin“ im Feldführer.

Das Feld neben der Bühne enthält die Führung, die Teileliste mit allen Schichten und Aussichtspunkten sowie die Regler: Zeitraffer, Theorie der alten Schlucht, „Damals“, „Fehlende Zeit“, Tageszeit, Luftdunst, Menschen als Maßstab, Menschenmaßstab und alle Namensschilder.

Aufgaben und versteckte Funde

Neun Aufgaben verlangen, das älteste Gestein zu finden, Meeresschichten auszuwählen, die Zeitlücke an der Großen Diskordanz abzuschätzen, Trilobiten zu finden, Ihre Körpergröße im Redwall zu berechnen, die Große Diskordanz zu berühren, den Fluss zu erreichen, das Land vor der Schlucht zu sehen und in einer Wüste in der Wand zu stehen. Gelöste Aufgaben bleiben auf Ihrem Gerät gespeichert.

Am Weg gibt es 24 versteckte Funde. Gehen Sie nahe heran und betrachten Sie einen, öffnet sich eine Karte mit Quellen. Sieben „Tatsächlich…“-Karten korrigieren verbreitete Vorstellungen: Der Grand Canyon ist nicht die tiefste Schlucht; er enthält keine Dinosaurier; der Redwall ist grau; die Schlucht ist viel jünger als ihre Gesteine; mehr Zeit fehlt, als erhalten ist; sie wird schneller breiter als tiefer; der gegenüberliegende Rand ist höher.

Der Feldführer enthält 100 Einträge: jede Gesteinseinheit der NPS-Tabelle numerischer Alter, 29 Fossilien und Spuren, 16 Orte am Weg und 13 Lebewesen. Sie können suchen, nach Art oder Gesteinsgruppe filtern und nach Alter sortieren. Eine geöffnete Karte gilt als angesehen. Der Führer zählt die geöffneten Karten.