De Grand Canyon in de Verenigde Staten vormde zich vanaf 17 miljoen jaar geleden. Dit in tegenstelling tot de 6 miljoen jaar geleden die tot nu toe werd aangenomen. De routevorming van de Colorado rivier, die door erosie van gesteente de kloof veroorzaakte, speelde een cruciale rol.
De spectaculaire Grand Canyon (Verenigde Staten) is erg geliefd onder toeristen maar ook onder geologen. Het ontstaan van de kloof heeft afgelopen week echter stof doen opwaaien. Eerder werd ervan uitgegaan dat het ontstaan van de Grand Canyon rond 6 miljoen jaar geleden begon. Een nieuwe studie van Polyak en collega’s van de University of New Mexico toont echter aan dat de Grand Canyon bijna driemaal zo oud is, namelijk 17 miljoen jaar. Dit werd afgelopen vrijdag gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Science.
Grand Canyon
De Grand Canyon is één van de bekendste plekken van de Verenigde Staten en ligt in het noorden van de zuidwestelijke staat Arizona. In de kloof stroomt de rivier de Colorado, die zich in de loop van de miljoenen jaren tot een diepte van 1600 m. in het gesteente heeft gesneden. De Grand Canyon is bijna 450 km lang en heeft een variërende breedte tot bijna 30 km. Jaarlijks trekken vele toeristen erheen om dit fenomeen te aanschouwen vanaf bijvoorbeeld de ‘South Rim’.
Het nationale park is één van de oudste van de Verenigde Staten. De ‘North –’ en ‘South Rim’ zijn in de rechterhelft te zien. De Colorado rivier stroomt van het noordoosten naar het westen. Bron: USGS
Geologie
De horizontaal gelegen gesteentelagen hebben zelf een ouderdom tussen de 250 miljoen jaar en 1,7 miljard jaar geleden van respectievelijk boven- tot onderaan. Deze lagen zijn al veel eerder gevormd dan de kloof zelf en waren al versteend voordat de insnijding begon. De gesteenteopeenvolging is echter niet compleet en er missen sommige gedeelten van de geologische geschiedenis. Dit worden hiaten genoemd die ontstaan zijn door erosie van eerder afgezet sediment en gesteente. De meeste gesteenten zijn afgezet in een toenmalige oceaan, gezien het sedimenttype en de fossielen die erin worden gevonden.
Een gereconstrueerde 3D weergave van de Grand Canyon. De kleuren van de gesteentes zijn niet natuurgetrouw; de kleuren van het water en vegetatie daarentegen wel. De richting waarnaar gekeken wordt is vanaf het zuiden naar het noorden toe. De reconstructie is voor het oostelijke gedeelte van de kloof. (bron: NASA)
Methode
Om de ouderdom van het insnijden van de rivier in het gesteente te bepalen, hebben de onderzoekers de waterspiegeldaling bepaald aan de hand van onderzoek aan druipstenen. Dit is in grotten gevormd gesteente dat voornamelijk bestaat uit calciumcarbonaat (CaCO3). Een speciaal type druipsteen is indicatief voor de stand van de waterspiegel. Onderzoek aan het gesteente in de grotten is ideaal omdat het sedimenten bevat die voor tijdens en na de insnijding van de rivier zijn gevormd.
Bovendien liggen de grotten verspreid over de gehele Grand Canyon en wordt het sediment niet aangetast door verwering. Er zijn negen grotten op verschillende hoogtes onderzocht. Met behulp van uranium-lood (U-Pb) datering aan de druipstenen, een datering op basis van radioactief verval van uranium tot lood, heeft men de snelheden van waterspiegeldaling kunnen vaststellen.
De Grand Canyon gezien vanaf de ‘South Rim’. (bron: Creative Commons/Luca Galuzzi)
Vorming van de Grand Canyon
In het westen van de Grand Canyon daalde de waterspiegel met het insnijden van de rivier met 55 tot 123 m per miljoen jaar over 17 miljoen jaar. Dat is 11 miljoen jaar ouder dan tot nu toe werd aangenomen, namelijk 6 miljoen jaar. In het oosten van de huidige Grand Canyon daarentegen was de erosiesnelheid aanmerkelijk hoger: 166-411 m per miljoen jaar. Dit gebeurde dan ook in een veel kortere tijd: meer dan 4 miljoen jaar.
De ontstaansgeschiedenis van de Grand Canyon is een speciale. Vanaf 17 miljoen jaar geleden erodeerde een voorloper van de Colorado rivier het stijgende Colorado plateau vanuit het westen naar het oosten. In het oosten van de huidige Grand Canyon vond pas insnijding plaats vanaf 5-6 miljoen jaar toen een andere voorloper van de Colorado rivier zich aansloot op de westelijke. Het samenvoegen van de twee voorlopers zorgde voor een verhoogde afvoer en snel eroderen van het oostelijke gedeelte.
Geologisch gezien is de Grand Canyon zelf dus erg jong; slechts 17 miljoen jaar ten opzichte van 4500 miljoen jaar aardse geschiedenis. Het omringende gesteente daarentegen is minstens 15 maal zo oud. Oppervlaktevorming aan het gesteente is dus vaak jonger dan het gesteente zelf.
De gesteentelagen zien hier duidelijk te zien aan de top van Grand Canyon. (bron: Creative Commons/Luca Galuzzi)
Referenties:
Polyak et al. (2008). Age and Evolution of the Grand Canyon Revealed by U-Pb Dating of Water Table–Type Speleothems. Science 319: 1377-1380.
Atkinson & Leeder (2008) Canyon Cutting on a Grand Time Scale. Science 319: 1343-1344.
Zie ook:
- Boek schokt wetenschappers (Kennislinkartikel van NGV Geonieuws)
- Bodemtransport in rivieren (Kennislinkartikel van Natuur & Techniek)
- Erosie door de mens groter dan natuurlijke (Kennislinkartikel van NGV Geonieuws)
- Zandkorrels vinden nooit rust (Kennislinkartikel)
- Watersporen op Mars (Kennislinkartikel)
- Grand Canyon
- De geologie van de Grand Canyon (Engels)