图 106漫游馆
科罗拉多大峡谷的成因:沿岩层从南缘步行到科罗拉多河
沿 Bright Angel 步道下降 1,360 m,穿过 13 层岩石,从谷缘 2.7 亿年前的海底,走到河边 17.5 亿年前的片岩。
这台设备无法显示 3D 模型。下面的讲解步骤可以直接阅读文字。
1 / 18 高差你站在海拔 2,091 m 的南缘。科罗拉多河在脚下 1,360 m,对面北缘约高 300 m。左侧岩柱显示脚下岩石,并一路跟随你下行。
拖动可旋转,滚轮或双指缩放。
你将走过什么
科罗拉多大峡谷的成因,主要是科罗拉多河向下切割岩石。这里的 13 层岩石记录着远比峡谷古老的历史。大多数照片从谷缘拍摄,岩壁仿佛一幅彩色背景,颜色清楚,尺度却难以体会。本展品把你放在南缘的 Bright Angel 步道起点,让你一路下行至科罗拉多河,穿过步道经过的每一层岩石。
模型采用一根岩柱,在谷缘与河流之间叠放 13 层岩石,从脚下约 2.7 亿年前的 Kaibab 组,到水边约 17.5 亿年前的 Vishnu 片岩。年代采用美国国家公园管理局(NPS)公布的大峡谷岩石「最佳数值年龄」。厚度来自公园的地质资源清单,其中每层都有厚度范围;模型在各范围内取值,使总厚度等于步道起点到河面的 1,360 m 高差。
行走时,屏幕左下方的岩柱随你向下移动,显示脚下地层、年代、形成环境,以及形成 1 m 岩石大致需要多少年。左上方的峡谷剖面显示你在岩壁上的位置。你可以正常步行、以 6 倍速度快走、飞到谷缘上空,或在河上漂流。
还有 3 项功能会改变眼前景象。「时间回溯」滑块依据两种相互竞争的科学观点,把峡谷逐渐填回河流切割前的平坦高原。「当时」开关把各层形成的环境放到你周围,可能是温暖海洋、沙丘、长有蕨类的沼泽、海滩,或地壳深处的热岩石。「缺失时间」开关则照亮岩壁上缺失岩石的接触面;在这里,缺失的时间占了大半。
最初的 10 秒
你从谷缘一道低矮石墙后出发。导览带你走向边缘,并把视线转向下方。墙下先是 Kaibab 悬崖,然后是浅色的 Coconino 砂岩带,接着一道道红色岩坡、染红的灰色悬崖、宽阔的绿色台地,最后是河流所在的幽暗窄谷。河面在你眼下 1,360 m 处。峡谷对面的谷缘比你站的位置更高。
这一点符合实际。北缘比南缘约高 1,000 ft(300 m)。北缘气象站是本地区最凉爽、最湿润的站点,而谷底的 Phantom Ranch 曾记录到 120 °F(49 °C)。模型中的北侧岩层向北缘抬升,因此同一地层在对岸位置更高。
大峡谷有多深?
NPS 给出了多个数字,它们分别适用于不同地点。Grand Canyon Village 附近,从谷缘到河面是「垂直 1 英里,约 5,000 feet / 1524 m」,沿步道则约为 7 英里(11.3 km)。峡谷最深处达 6,000 ft(1,829 m),沿河长 277 英里(446 km),在村落附近两缘相距约 10 英里(16 km)。
Bright Angel 步道从村落通到 Phantom Ranch 附近的河边,那里的河面海拔约为 2,400 ft(730 m)。模型采用起点至河面 1,360 m 的高差,步道长 11.1 km。公布的沿途停靠点位于相应位置:
| 沿途地点 | 低于谷缘(NPS) | 步道距离:NPS / 模型 | 模型地层 |
|---|---|---|---|
| 第二隧道 | 180 m | 1.45 km / 1.43 km | Coconino 砂岩 |
| 一英里半休息站 | 340 m | 2.4 km / 2.7 km | Hermit 组 |
| 3 英里休息站 | 645 m | 4.8 km / 5.1 km | Redwall 顶部的 Watahomigi 组 |
| Havasupai Gardens | 925 m | 7.2 km / 7.4 km | Bright Angel 组 |
| Plateau Point | 940 m | 支线步道 / 7.5 km | Bright Angel 组 |
| 河边 | 1,360 m | 约 11.3 km / 10.8 km | Vishnu 片岩 |
打开「人形标尺」更容易理解深度。Tonto 台地上竖起一根从河面直达谷缘的红白标尺,每条色带高 1.7 m,相当于一个人。需要 800 个人头顶脚叠起来才能到达谷缘。在「我」中输入自己的身高,步道上的人物会随之改变,所需人数也会改变。
读懂脚下的岩柱
左下方的岩柱是屏幕上最重要的信息。顶部对应谷缘,底部对应河面,按比例绘制。每条色带代表一个地层,锯齿线表示缺失岩石的接触面。红色箭头指示脚下的位置。点击岩柱任意位置,就能前往步道上相应深度。
旁边有 5 行文字:
- 脚下的地层;
- 年代,取自 NPS 的最佳数值年龄表;
- 形成环境,取自同一套 NPS 资料;
- 低于谷缘的深度、海拔,以及比谷缘高出的温度;
- 形成 1 m 这种岩石所需的时间。
最后一行需要解释。NPS 除了给出沉积岩层的中心年龄,也给出年龄范围。例如 Kaibab 的年龄为 2.7 亿年,范围为 2.69 亿至 2.73 亿年。如果把这个范围当作沉积持续时间,再除以岩层厚度,就得到每米所需年数:90 m 的 Kaibab 用了 400 万年,约为每米 44,000 年。这是估算,展品也明确这样标注。年龄范围的一部分来自测年不确定性,并不全是沉积时间,而且没有任何岩层以恒定速率形成。对于 Redwall 石灰岩,NPS 只说沉积「很可能持续了几百万年」,模型因此采用 300 万年。
尽管如此,这些数值仍可用于比较地层。1 m 的 Redwall 代表约 19,000 年。Supai 群中较薄的 Watahomigi 组每 1 m 代表约 15 万年。这体现了快速堆积灰泥的海洋,与沉积物很少能保存下来的海岸之间的差异。
Vishnu 片岩完全不显示这一数值。它不是一层层沉积层,而是受到强烈挤压和加热、原有岩层如今几乎直立的岩石,不能从厚度读出时间。
按下「按时间显示」,岩柱就会换用时间刻度。顶部变为 2.7 亿年前,底部变为 17.5 亿年前。每层都缩成其年代位置上的细带,大部分岩柱变为空白。空白代表没有岩石留下记录的时间。
从谷缘向下的 13 层
| 地层 | 年龄(百万年) | 模型厚度 | 公布范围 | 形成环境 | 岩壁形态 |
|---|---|---|---|---|---|
| Kaibab 组 | 270 | 90 m | 73 至 107 m | 浅海 | 悬崖 |
| Toroweap 组 | 275 | 70 m | 60 至 76 m | 浅海旁的海岸 | 斜坡 |
| Coconino 砂岩 | 280 | 100 m | 9 至 122 m | 沙漠沙丘 | 悬崖 |
| Hermit 组 | 285 | 160 m | 158 至 195 m | 河流和沼泽 | 斜坡 |
| Esplanade 砂岩 | 290 | 110 m | 107 至 122 m | 干旱海岸和沙丘 | 悬崖 |
| Wescogame 组 | 300 | 37 m | 34 至 40 m | 干旱海岸和沙丘 | 岩阶 |
| Manakacha 组 | 315 | 53 m | 53 m | 干旱海岸和沙丘 | 岩阶 |
| Watahomigi 组 | 320 | 33 m | 30 至 37 m | 沿海低地和海洋 | 斜坡 |
| Redwall 石灰岩 | 340 | 160 m | 152 至 167 m | 热带海洋 | 悬崖 |
| Muav 组 | 504 | 97 m | 97 至 115 m | 热带海洋 | 悬崖 |
| Bright Angel 组 | 506 | 60 m | 60 至 90 m | 泥质海底 | 斜坡 |
| Tapeats 砂岩 | 508 | 60 m | 0 至 91 m | 海滩和河沙 | 悬崖 |
| Vishnu 片岩 | 1,750 | 出露 330 m | 不分层 | 地壳深处 | 内峡谷 |
Esplanade 至 Watahomigi 的 4 层组成 Supai 群;Muav、Bright Angel 和 Tapeats 属于 Tonto 群。另一个单位 Temple Butte 组约有 3.85 亿年历史,只在 Muav 与 Redwall 之间以零星岩体和古河道充填物出现,因此在步道上没有计入厚度。
谷缘:二叠纪的海洋
停车场与谷缘步道下的岩石是 Kaibab 组。它约在 2.7 亿年前形成于浅海海底,NPS 将其与今天的波斯湾比较。腕足动物、苔藓动物、海绵和软体动物生活在海底,鲨鱼和其他鱼类从上方游过,牙齿保存在岩石中。它是峡谷岩壁中最年轻的岩石。你站立的地表之上缺失了 2.7 亿年的记录,因为此后在这里形成的岩层全被侵蚀掉了。
其中也包括恐龙时代。大峡谷中没有恐龙化石;这里的岩石比最早的恐龙还古老。NPS 估计,恐龙时代的地层曾厚达 4,000 至 8,000 ft,如今已从峡谷地区侵蚀消失。步道起点附近有一张隐藏卡片解释这一点,左下方的「接下来」入口之一通往恐龙展品。
Kaibab 下方就是 Toroweap 组,是类似浅海旁海岸形成的石灰岩、粉砂岩和石膏斜坡。模型中 Toroweap 的白色层是石膏,即海水蒸发后留下的矿物。
谷缘还能找到现实南缘展览「时间步道」。青铜标记每隔 1 m 设置一处,每米代表 100 万年。从 Yavapai 地质博物馆到 Grand Canyon Village 的 2,000 步涵盖峡谷岩石的 20 亿年历史。模型在步道起点东侧放置了其中一小段。这个比例值得记住:下方岩壁也近似采用相同尺度,只是转了方向。把缺失时间也计入,整面 1,360 m 岩壁平均每向下 1 m,代表略多于 100 万年。
岩壁里的沙漠
步道下到谷缘以下约 160 m 时,会到达一道浅色悬崖。这是 Coconino 砂岩,由约 2.8 亿年前的沙丘固结而成。NPS 将其环境与阿拉伯沙漠比较。岩壁中有交错层理,各层内部的倾斜线条记录了沙丘迎面依次被埋藏的过程。步道第二隧道穿过这层岩石。
Coconino 完全没有实体化石,没有贝壳,也没有骨骼。它保存的是足迹,来自有脊椎和无脊椎动物走过沙地时留下的痕迹,研究历史超过 100 年。之字形坡道内有一张隐藏卡片,展示带有一排足印的石板。
站在 Coconino 中打开「当时」,沙丘便出现在周围,伴着干风扬起的薄霾。这也是一项挑战。
红层、蕨类与最早的沙丘行者
Coconino 下方的岩壁转为红色。约 2.85 亿年前的 Hermit 组由干旱地区河流与沼泽沉积的红色粉砂岩、砂岩组成,NPS 将其与尼罗河三角洲比较。峡谷许多颜色来自少量氧化铁,有的在岩石内部,有的是表面染色。Hermit 保存了上部峡谷最完整的生态系统,包括蕨类和许多其他植物、无脊椎与脊椎动物足迹,以及少数与蜻蜓、蟑螂有关类群的罕见昆虫翅膀。
Hermit 下方是约 3.2 亿至 2.9 亿年前的 Supai 群 4 个组。顶部的 Esplanade 砂岩形成悬崖和台地。Wescogame 与 Manakacha 组形成红色砂岩岩阶,来自有沙丘的干旱海岸,NPS 将其与纳米比亚比较。底部的 Watahomigi 仍与海相接,含有腕足动物和鲨鱼牙齿。
步道最著名的化石来自 Manakacha。2016 年,一位地质学教授与学生徒步时,发现 Bright Angel 步道旁一块巨石上有足印。这块石头从附近的 Manakacha 组悬崖落下。2020 年发表的研究将足迹定年为 3.13 亿年,误差约 50 万年,并辨认出两条足迹,来自与爬行动物有关的早期动物横穿沙丘斜坡。它们是峡谷最古老的脊椎动物足迹,也是脊椎动物在沙丘上行走的最早证据。足迹还记录了侧序步态,即猫狗缓慢行走时的步态。NPS 说巨石距 3 英里休息站不远,模型也把它放在那里。
2024 年,研究者报告了峡谷首批古生代脊椎动物骨骼,出自 Wescogame 组。Manakacha 与 Wescogame 也有木贼和种子蕨化石。
Redwall:染红的灰色悬崖
在 3 英里休息站,步道位于 Redwall 石灰岩顶面。这道悬崖在模型中高 160 m,公园调查值为 152 至 167 m。这样的悬崖阻断了多数下谷路线。Bright Angel 步道能够通过,是因为它沿着切断悬崖的大型 Bright Angel 断层前进。模型步道也在破碎带中以紧密的之字形穿过 Redwall。
Redwall 是约 3.4 亿年前热带海洋形成的石灰岩,NPS 将其与爪哇海比较。里面有海百合、珊瑚、苔藓动物、腕足动物、鹦鹉螺类和鲨鱼牙齿。模型中,海百合茎的小圆盘碎片是一项隐藏发现。
名称有些误导:岩石本身是灰色的。悬崖看起来红,是上方红色 Supai 和 Hermit 岩层冲下的泥染红了表面。NPS 的 South Canyon 路线说明明确说,那里的石灰岩「没有被『涂』成红色,而是灰色,这才是它的天然颜色」。1915 年 USGS 指南将 Redwall 描述为「浅蓝灰色,块状,表面大多染红」。模型既显示正面的染色,也留出能看见内部的灰色断面。
石灰岩会溶于水,Redwall 因而有许多洞穴。NPS 不允许游客进入公园任何洞穴。干燥洞穴保存了过去 50,000 年的记录,包括已灭绝的 Shasta 地懒的骨骼、毛和粪便,一种已灭绝的山羊,以及今天仍飞越峡谷的加州神鹫。人也留下了物品。约 2,000 至 4,000 年前,人们把一根劈开的柳枝或杨枝折成鹿、大角羊等小像,放在偏远的 Redwall 洞穴里,常位于小石堆下。根据出土位置,考古学家认为它们不是玩具。
一条缝里的 1.64 亿年
Redwall 底部有一个很容易走过而不注意的接触面。上方 Redwall 有 3.4 亿年历史,下方 Muav 组有 5.04 亿年历史,两者之间缺失约 1.64 亿年。奥陶纪、志留纪和早泥盆世在这里都没有留下岩石。
某些地点的接触面上,约 3.85 亿年前的 Temple Butte 组以零星岩体充填古河道。它保存着公园已知最古老的脊椎动物化石,即盾皮鱼,以及公园最古老的珊瑚。NPS 指出,有硬质骨骼的珊瑚在奥陶纪广泛出现,而这段时期在峡谷缺失,所以这里根本找不到早期珊瑚。
Redwall 顶部也有一个较小的缺口,与 Watahomigi 相隔约 2,000 万年。有些地方,约 3.25 亿年前的 Surprise Canyon 组填入 Redwall 古老喀斯特地表的落水洞和凹地。
打开「缺失时间」,这些接触面就会在峡谷各面岩壁上发光。
寒武纪的海洋
Muav 下方坡度变缓,进入 Tonto 台地宽阔的绿色平台。步道抵达谷缘以下 925 m 的 Havasupai Gardens,一片有杨树和水源的绿洲。Havasupai 人曾在此居住、耕作,直到国家公园建立;这里以前称为 Indian Garden。
台地由 Bright Angel 组构成,是约 5.06 亿年前泥质海底形成的绿灰色泥岩。NPS 将其与墨西哥湾比较。三叶虫曾生活于此,Bright Angel 和 Muav 组保存了三叶虫实体与遗迹、早期腕足动物和棘皮动物,以及寒武纪之后灭绝的双瓣壳小型节肢动物 bradoriids。遗迹包括足迹、爬迹、虫穴和取食痕迹。
2025 年,研究者从同一地层描述了更小、更特别的化石:约 1 mm 大小的软体动物碳膜,包括长有梳状牙齿的鳃曳动物、甲壳动物和软体动物。软组织化石很罕见,大多来自缺氧海洋,而这些来自氧气充足、布满掘穴动物的海底。
Bright Angel 下方是 Tapeats 砂岩,由约 5.08 亿年前海滩和河床的棕色沙构成。这几层共同记录了海水向大陆内部推进。2018 和 2020 年利用锆石测年重新校准了年代,并重新定义 Tonto 群:底部加入 Sixtymile 组,顶部加入 Frenchman Mountain 白云岩;Bright Angel 页岩和 Muav 石灰岩因包含不止一种岩石而改称「组」。按修订后的年代,沉积大部分 Tonto 群的海水约用 1,000 万年,从内华达跨过亚利桑那推进到科罗拉多,NPS 称这一速度相当快。
大不整合面
到 Tapeats 底部,步道踏上深色岩石。这里的接触面就是大不整合面,1869 年乘船考察峡谷的 John Wesley Powell 曾识别它。线上方是 5.08 亿年前的 Tapeats 砂岩,下方是约 17.5 亿年前的 Vishnu 片岩,中间缺失约 12 亿年的岩石记录,约相当于地球年龄的四分之一。模型用金线标出步道上的接触面,走下来触碰它也是一项挑战。
大峡谷拥有世界上最完整的岩石记录之一,但正如 NPS 图示所说,缺失的时间仍比保存的多。站在接触面,把岩柱切换成「按时间显示」,就能理解这句话:Tapeats 与 Vishnu 只是两条细带,中间空白比上方所有记录加起来还长。
缺失的岩石去了哪里?答案的一部分能在峡谷东部看到:12.55 亿至 7.29 亿年前的大峡谷超群倾斜地层位于基底与 Tapeats 之间。它们先沉积、倾斜,再在 Tapeats 形成前大多被侵蚀掉。公园地质报告将大不整合面描述为多个不整合面,在缺少超群的地方汇合为一个。为什么世界上这么大的范围会在大致相同时期失去这么多岩石,仍有争论。2019 年提出的一种解释是,7.17 亿至 6.35 亿年前「雪球地球」冰期的冰盖刮去了大量岩石;其他研究者则认为侵蚀发生于许多不同阶段。展品明确将其标为未决问题。
基底岩石
内峡谷切入 Vishnu 基底岩石;NPS 用这个名称统称峡谷底部所有结晶岩。Vishnu 片岩及相邻岩石最初是火山岛两侧的熔岩和沉积物。约 17.5 亿年前,这些岛屿与古北美大陆碰撞,岩石被埋到深达 25 km 处,受到挤压和加热,原有层理变为直立,并被岩浆侵入。
岩浆冷却成 17.4 亿年前的粉色 Zoroaster 花岗岩,在深色片岩中呈脉状。之后又有较晚的花岗岩和伟晶岩脉形成,年代从 17.13 亿至 13.75 亿年。峡谷已测年最古老的岩石是 Elves Chasm 深成岩体,年龄为 18.4 亿年,误差约 100 万年。
模型中的内峡谷是带粉色岩脉的深色片岩。这是岩壁唯一不分层的部分,因此你在这里时,岩柱不显示每米所需年数。打开「当时」,可看见它形成的环境:地壳深处高温、完全看不到天空。
倾斜的超群
河滩上游,模型在北侧岩壁嵌入一块楔形倾斜地层。现实中,大峡谷超群出现在东部峡谷,例如 Desert View Drive 沿线的 Lipan Point 能看到,并不在 Bright Angel 步道上。模型把一块搬到河边,以便比较 NPS 描述的 3 套岩石:基底、倾斜超群,以及上方平坦的层状岩石。
超群完整处厚约 12,000 ft(3,600 m)。最下层 Bass 组原是浅海灰泥,其中火山灰层测年为 12.55 亿年。Bass 有叠层石,即蓝细菌群落形成的小丘,是峡谷中不借助显微镜能看见的最古老化石。更高处的 Cardenas 玄武岩是厚逾 300 m 的熔岩流堆叠,形成于 10.82 亿年前大陆开始裂开、后来又停止的时期。上方 7.75 亿至 7.29 亿年前的 Chuar 群保存花瓶状微化石,被解释为单细胞变形虫的外壳。今天超群岩层倾斜约 20 度,但最初平坦沉积。
岩壁为什么像阶梯?
各层抗侵蚀能力不同,使峡谷岩壁呈阶梯状。Coconino、Redwall 等坚硬砂岩和石灰岩断裂成陡直悬崖,Hermit、Bright Angel 等较软页岩与粉砂岩则风化成斜坡和台地。底部坚硬基底构成狭窄陡峭的内峡谷。NPS 地质折页称其为峡谷的「阶梯金字塔外观」。
模型也按这个原则构造岩壁。每层有一个坡角:Coconino、Redwall、Tapeats 悬崖约 70 度,Hermit、Toroweap、Watahomigi 为 30 至 40 度,Bright Angel 则只有 7 度,展开为 Tonto 台地。真实悬崖更接近垂直;模型略微放缓,是因为 26 m 地形网格会把直壁画成锯齿台阶。沿步道的 Bright Angel 断层破碎带,岩壁放缓到约 50 度。Esplanade 与 Redwall 顶部留下台地。侧谷和孤立孤山也遵循同样规则:孤山是四周被切开的岩壁残块,顶端由碰巧保留的硬岩层覆盖。
峡谷本身有多古老?
岩石很老,峡谷却年轻。这常是整件展品最难理解之处。谷缘 Kaibab 有 2.7 亿年历史,切入它的峡谷却年轻得多。NPS 把过程分为 3 步:岩石形成;7,000 万至 3,000 万年前整片地区抬升为高而平坦的科罗拉多高原;此后约 500 万至 600 万年前起,科罗拉多河向下切割。
峡谷是否有部分更古老,已争论约 150 年。移动「时间回溯」滑块,可查看两种发表过的观点。
年轻峡谷观点认为,大部分峡谷由科罗拉多河在过去 500 万至 600 万年间切成。Karlstrom 等人(2014)利用磷灰石裂变径迹和氦,对峡谷 5 段中的 4 段测年。他们发现中间两段较老,一段有 7,000 万至 5,000 万年历史,另一段有 2,500 万至 1,500 万年历史,但两端 Marble Canyon 和最西段都在过去 500 万至 600 万年形成。因此,河流把较老片段连在一起时,整体峡谷才形成。模型中的年轻峡谷曲线,在 600 万年间均匀切到今天的深度。
古老峡谷观点认为,约 7,000 万年前,不同流向的河流已经切出距今天深度仅数百米的峡谷。Flowers 和 Farley(2012)根据西部峡谷磷灰石晶体中的氦提出这一论点;Wernicke(2011)提出一条向东流的「California River」,承担了大部分切割。打开「古老峡谷观点」,模型会在 8,000 万至 7,000 万年前切到距离今天深度 200 m 的位置。
Karlstrom 及同事在 2013 年回应,古老峡谷数据可以与年轻峡谷解释协调,最老科罗拉多河砾石的年龄等地质证据也支持后者。NPS 如今把峡谷描述为过去 500 万至 600 万年切成。模型展示两种观点;两条曲线都不是实测的河流切割进度。
另一个数字有助于理解。如果 Bright Angel 步道的 1,360 m 全在 600 万年间切成,河床平均每年只加深约 0.23 mm,小于指甲厚度。Karlstrom 等人(2008)等沿峡谷下切研究发现,速率随地点和时间变化。
今天的河流
NPS 表示,穿过大峡谷的科罗拉多河平均宽约 300 ft(91 m)、深 40 ft(12 m),平均流量为每秒 12,000 至 15,000 立方英尺。洪水期间可达每秒 30 万立方英尺,并携带巨石。一些地质学家认为,末次冰期结束时流量可能达到每秒 100 万立方英尺。
公园上游 1963 年建成的 Glen Canyon Dam 改变了这一切。河流不再春季泛滥,也不再在夏末降至每秒 500 至 1,000 立方英尺,曾每天输送数十万吨沉积物的年度大洪水已经消失。Colorado 源于西班牙语「偏红」,得名于过去携带的泥沙;模型显示的是今天较清的河水。
峡谷仍在变化,但 NPS 说变宽比加深更快。雨水和融雪补给的支流不断使岩壁后退,而底部河流正以比过去更缓的坡度切割坚硬基底。Phantom Ranch 附近河面海拔约 2,400 ft,而海平面是它所能下切的最低基准。
下行时的温度
岩柱显示当地比谷缘暖多少。NPS 提供经验法则:每下降 1,000 ft,气温约上升 5.5 °F,即每 100 m 约升高 1 °C,因此同一时刻河边比谷缘约暖 13 °C。夏季河边常超过 100 °F(38 °C)。NPS 提醒徒步者,返回上坡所需时间至少是下行的 2 倍。
用你的身高衡量岩石
打开「我」并输入身高,面板会把它换成时间:
- 脚下地层中,与你等高的岩石形成需要多久;
- 在较快形成的 Redwall 和较慢形成的 Watahomigi 中分别需要多久;
- 包含缺失时间在内的整面岩壁平均值;
- 需要多少个你叠起来才能从河面到谷缘;
- 在每米代表 100 万年的时间步道上,你的身高涵盖多少时间。
对于身高 1.7 m 的人,Redwall 对应约 32,000 年,Watahomigi 对应约 26 万年。对从 2.7 亿年前 Kaibab 到 17.5 亿年前 Vishnu 的整面岩壁取平均,同样的 1.7 m 代表约 185 万年,因为平均值包括全部缺失时间。这些都是根据公布的年代、厚度得到的估算,不是某一单层的实测结果。
今天步道上的生命
模型在谷缘种有食用松和犹他圆柏,坡地与 Tonto 台地有灌木,Havasupai Gardens 有杨树,河边有柳树。NPS 描述谷缘分布着松柏疏林:食用松可高约 15 m,圆柏约 6 m。可高达 60 m 的西黄松生长在谷缘更高处。
野外图鉴也列出可能遇见的动物。渡鸦翼展约 1 m,是少数能倒飞的鸟之一。环尾猫从谷缘到河边都有,但夜间才活动。黑尾鹿遍布公园各种生境。大峡谷响尾蛇是西部响尾蛇的亚种,体色与岩石相融,尾部发声肌肉每秒最多收缩 50 次。河流只有 8 种原生鱼类,其中 6 种不见于科罗拉多河流域以外,5 种今天仍生活在公园中,包括驼背鲦。公园有 90 多种哺乳动物,比 Yellowstone 更多。加州神鹫飞越峡谷,它们的化石骨骼也见于干燥洞穴。
峡谷中的人
步道沿着人们使用了数千年的路线。刚过第一隧道,岩壁高处的岩檐下画着一排红鹿。地点名为 Mallery's Grotto,年代范围为距今 4,000 年至 1950 年,含有 Archaic 与 Cohonina 文化元素,较晚的炭笔题字则被归于 Havasupai 人。模型在那里藏了一张卡片。
拓荒者于 1891 年修建步道,前往今天 Havasupai Gardens 的矿权地,后来经营为收费道路。NPS 于 1928 年接管。如今它是公园最受欢迎的徒步道,有休息站、季节性供水和紧急电话。NPS 要求徒步者在越过 Havasupai Gardens 下到河边前咨询护林员。
模型与现实的差别
高度准确,宽度则不是。步道沿线各层都处于真实深度,但水平距离被压缩。峡谷这一侧,真实谷缘至河面水平相距数千米,模型中从观景台算起约为 1.6 km。因此岩壁与斜坡显得更陡,两缘间的峡谷显得更窄。
岩柱只代表一根岩柱。真实厚度因地而异,例如 Coconino 厚度可为 9 至 122 m,Tapeats 在一些地方完全缺失。模型在公布范围内为各层取一个厚度,使总厚度为 1,360 m,沿途地点也落在正确地层。
地形按规则生成,并非来自实测。侧谷、山嘴和孤山依据同一套剖面规则形成,所以像大峡谷地貌,但不对应真实地图。步道也按类似规则布置:地表比步道允许坡度更陡时迂回,较缓时直下。停靠点位于公布的深度,但转弯不是现实的转弯。
北缘岩层向对岸谷缘抬升约 300 m,与两缘高差一致。但现实中高原地表与岩层在各地高度不同,原因比一次平滑抬升复杂得多。
超群楔形岩体被放在河边以便比较。在 Bright Angel 通道,Tapeats 直接覆盖基底;超群应从东部峡谷的谷缘观察。
「当时」场景是对 NPS 所列各层环境的概括,不是特定地点的复原。时间回溯用简单曲线展示两种发表过的观点:在 600 万年间均匀切割,或到 7,000 万年前已切至距今天深度 200 m。两者都不是侵蚀模型。过去被填回的峡谷也只是把今天峡谷填到一个 V 形缺口,并非古地貌复原。
如何移动
电脑上,用 W A S D 或方向键行走,拖动视角,点击地面走到那里。Shift 加速。数字键切换移动方式:1 步行,2 以 6 倍速度快走,3 在谷缘上方 230 m 飞行,4 登上河中木筏,由水流带你向西。手机上,左拇指移动,右拇指看向四周。
你不能走下悬崖。步道以及谷缘、台地、Tonto 平台等缓坡可以通行,更陡的地面会挡住你。想快速前往某处,可点击左上剖面或左下岩柱的相应深度,或使用野外图鉴的「前往」按钮。
舞台旁面板提供导览、包含各地层与观景点的部件列表,以及各项控制:时间回溯、古老峡谷观点、「当时」、「缺失时间」、时刻、空气薄霾、比例人物、人形标尺和全部名称标签。
挑战与隐藏发现
9 项挑战要求你找出最古老岩石、选出海洋形成的地层、估算大不整合面缺失时间、寻找三叶虫、计算自身等高 Redwall 的形成时间、触碰大不整合面、抵达河边、看见峡谷形成前的陆地,以及站在岩壁内的沙漠中。完成记录保存在你的设备上。
沿步道有 24 项隐藏发现。走近并看向它们,就会打开附有来源的卡片。其中 7 张是纠正常见认识的「其实……」卡片:大峡谷并非最深峡谷、谷中没有恐龙、Redwall 是灰色、峡谷远比岩石年轻、缺失时间多于保存时间、峡谷变宽快于加深,以及对岸谷缘更高。
野外图鉴列出 100 项:NPS 数值年龄表中的所有岩石单位、29 种化石及遗迹、16 处步道地点和 13 种现生生物。你可以搜索,按类别或岩石系列筛选,并按年龄排序。打开卡片即计为已看,图鉴会显示打开的数量。
常见问题
大峡谷有多深?
取决于测量地点。Grand Canyon Village 附近,从谷缘到河面约垂直 1 英里,即约 1,500 m;最深处为 6,000 ft(1,829 m)。本展品中的 Bright Angel 步道从起点到河面下降 1,360 m。
谷底岩石有多古老?
内峡谷的 Vishnu 片岩约有 17.5 亿年历史。峡谷已测年最古老的岩石是 Elves Chasm 深成岩体,年龄 18.4 亿年。
峡谷本身有多古老?
远比岩石年轻。NPS 描述科罗拉多河从约 500 万至 600 万年前开始切出峡谷。一些研究者认为部分峡谷古老得多,可达约 7,000 万年;本展品的时间回溯展示两种观点。
什么是大不整合面?
它是 Tapeats 砂岩底部的接触面,5.08 亿年前的砂岩覆盖在 17.5 亿年前的片岩之上,中间缺失约 12 亿年的岩石记录。John Wesley Powell 在 1869 年考察后描述了它。
岩石为什么一层一层?
大部分岩壁是沉积岩:沙、泥和灰质物质在海洋、河流和沙漠中逐层堆积,后来固结。老层位于年轻层下方。谷底基底不同,它们受到强烈挤压和加热,原有层理如今几乎直立。
大峡谷有恐龙化石吗?
没有。峡谷岩石比最早的恐龙还古老。恐龙时代岩层曾覆盖这里,后来被侵蚀掉。
能找到哪些化石?
主要是海洋动物:三叶虫、腕足动物、海百合、珊瑚、海绵、苔藓动物。红色 Hermit 组有植物与昆虫翅膀,若干层还有足迹。公园禁止采集化石,NPS 请游客用拍照代替。
Redwall 是石灰岩,为什么呈红色?
上方红色岩层冲下富含铁的泥,染红了表面。石灰岩本身是灰色。
北缘为什么更高?
北缘比南缘约高 1,000 ft(300 m),岩层向北缘抬升,所以同一地层在北侧更高。那里也是本地区最凉爽、最湿润的气象站所在地。
峡谷还在加深吗?
缓慢加深。NPS 说变宽更快,因为河流如今以较缓坡度切割坚硬基底,大坝又截断了大洪水。Phantom Ranch 附近河面海拔约 2,400 ft,河流不能下切到海平面以下。
徒步到河边有多远?
NPS 给出的南缘村落附近至河边步道距离约为 7 英里(11.3 km),高差随出发点不同约为 1,400 至 1,500 m。NPS 不建议一天内越过 Havasupai Gardens 再返回,并说明上坡至少需要下坡 2 倍的时间。
谷底能有多热?
NPS 表示,每下降 1,000 ft,温度约升高 5.5 °F,夏季河边最高温常超过 100 °F(38 °C)。Phantom Ranch 曾记录 120 °F(49 °C)。
展品中的「每米年数」是什么意思?
用 NPS 给出的年龄范围作为持续时间,除以岩层厚度,得到每米形成所需时间。它只是用于比较地层的估算,不是任何单层的实测速率。
为什么缺失这么多时间?
只有沉积物聚集处才形成岩石,陆地抬升、侵蚀时岩石又会被移除。大峡谷长期侵蚀,早期岩层被剥去,或没有新岩层留下,因此岩壁在大不整合面从 17.5 亿年跳到 5.08 亿年,在 Redwall 底部从 5.04 亿年跳到 3.4 亿年。
Bright Angel 步道上能看到超群吗?
步道本身不能,那里 Tapeats 直接覆盖基底。可以从东部峡谷观察倾斜超群,例如 Desert View Drive 的 Lipan Point。模型把一部分放在河边,以便比较。
谁曾住在峡谷中?
人们使用峡谷已有数千年。Archaic 时代的猎人在 2,000 至 4,000 年前把劈枝小像留在洞中,后来的群体留下岩画和农耕遗址。Havasupai 人曾在今天的 Havasupai Gardens 居住、耕作,直到公园建立。
术语
- 组:岩性可辨、有名称的岩体,是地质填图的基本单位。
- 群、超群:相互关联的组的集合,例如 Supai 群或大峡谷超群。
- 不整合:因侵蚀或未沉积而缺失岩石的接触面。沉积岩覆盖结晶岩的是非整合;平行岩层间的缺口是平行不整合;切过倾斜岩层的是角度不整合。
- 片岩:扁平、发亮的矿物颗粒受热和压力定向排列的变质岩。
- 交错层理:沙丘或波痕移动时,在单层内部形成的倾斜层理。
- 遗迹化石:足迹、爬迹或洞穴等行为记录,而非身体部分。
- Ma:百万年前。
- 下切:河流向下侵蚀河床。
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