第6章拱门国家公园要点.docx
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第6章拱门国家公园要点.docx
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第6章拱门国家公园要点
第6章拱门国家公园
——东南犹他
面积:
73,379英亩;115平方英里
宣布为国家纪年地:
1929年4月12日
建立拱门国家公园:
1971年,11月12日
通信地址:
P.O.Box907,Moab,Utah84532
“这些天然拱门,石洞和石窗,千奇百怪,形态各异,其规模也差异很大,有的岩洞仅能容一人通过,有的则大到足以容纳整个美国国会大厦。
有的似壶柄,有的似飞拱。
在色彩上,呈或淡或浓的从乳白色到淡黄色、紫色、褐色和红色,色调随时间、光线、天气及天空的状况变化而变化。
”
DesertSolitaire,EdwardAbbey1968
拱门国家公园是世界上最密集的天然拱门分布地。
公园里,处于各个发育阶段的拱门超过700个,它们被大自然雕琢于橙红色的Entrada砂岩中。
控制着鳍状石、拱门的规模、位置以及发育方向的断裂和节理组与Paradox组的盐岩层有很大的关系,因为盐岩位于砂岩的下部,构成了砂岩质的不稳定基底。
图6.1291英尺跨度的拱门景观,它是拱门国家公园中最长的,也是世界上最长的天然拱门之一。
国家公园旅客服务部照片。
拱门国家公园位于峡谷地国家公园东北、大约25英里的公路旁,同到科罗拉多河距离相当。
从峡谷地国家公园向上游没有多少英里,该封闭的河流段进一步被分开,洪积平原变宽,水流也较为平静。
就在Moab另一侧,科罗那多河成了拱门国家公园的南部边界。
在科罗那多高原可俯瞰拱门国家公园里的天生拱门、鳍状石、岩窗、塔尖和平衡石,它们可能是世界上最美丽的。
尽管这里奇美无比,然而由于缺水和岩体裸露使得试图在此定居的人望而却步。
公园里气候严酷,气温变化值可从夏日的110ºF到冬季的—20ºF。
年平均降水量只有5-9英寸,在这里很难找到一个能够躲蔽强风的地方。
史前印地安人被大量发现的玉髓吸引到幽雅拱门(DelicateArch)附近。
各种各样的石英能够被劈砸成利刃。
印地安人可能利用冬季的时光,在他们的营寨里制造工具、箭头和尖矛。
他们在整个公园的岩壁上,留下了许多象形文字,并相信这些拱门是伟大的神筑成的。
然而,一些早期的移民认为,这些拱门是印地安人用手工制作成的。
地质特征
因为从峡谷地国家公园、北上到科罗那多河、拱门国家公园的距离很短,所以这两个公园的地质情况有许多相似之处,但也有明显的重要差别。
峡谷地国家公园和拱门国家公园有数个相同的砂岩地层----二叠纪Cutler组砂岩、三叠纪Wingate组砂岩和侏罗纪Navajo组砂岩。
峡谷地国家公园发育的Cutler组砂岩红层,形成了巨型鳍状拱门石和一些天然拱门群,但在拱门国家公园却没有。
拱门国家公园的大多岩层缺失或被较年轻的地层所覆盖。
在峡谷地国家公园中出露很少的砂岩,却出现在拱门公园及其邻近地区。
侏罗纪Entrada组砂岩是最著名的和最重要的,因为大部分的拱门是由此种岩石所构成。
对于所有的这些砂岩在相同的干旱气候条件下,为什么大部分拱门群会集中在拱门国家公园里?
而为什么拱门国家公园里没有天生桥呢?
拱门和天生桥
根据定义,天生桥主要由流水侵蚀作用、形成于河道之上,(当时的河道今天可能已是干枯的河床)。
而天然拱门,是由物理和化学风化作用、形成大量地面风化物所致,流水侵蚀作用不是其成因。
天生桥一经产生,就会被不断扩大,并为同样的风化作用营力所雕塑、成为成熟期的天然拱门。
在南犹他州,拱门国家公园和峡谷地国家公园的南面,建立了两处国家纪念地以保护典型的生桥:
天生桥国家纪念地的3座天生桥都位于WhiteandArmstrong峡谷中,由科罗拉多河的支流(现在已经成为间流河)侵蚀而成;彩虹桥国家纪念地也位于下游更远处的一个支流峡谷中。
大量的交错层理砂岩构成了这些天生桥景观。
整个天生桥国家纪念地是由二叠纪Cedar组高地砂岩组成;彩虹桥国家纪念地是由侏罗纪Navajo组砂岩组成。
为了寻求为什么在拱门国家公园,由Entrada砂岩形成的是拱门、而非天生桥的答案,我们观察了这些拱门形成的过程,。
答案在于这些砂岩节理、成分以及抬升和风化作用的差异等,其中最最重要的在于区域地质构造不同。
在拱门国家公园里,溪水的侵蚀作用虽然不是拱门形成的重要过程,但是溪水确实起了打扫的作用。
在洪水犯滥、或融雪时期,来自风化作用的堆积物、被间隙性溪水冲入科罗那多河。
拱门是如何形成的
像其他众多的交错层理砂岩一样,Entrada组砂岩很容易遭受叶状剥落风化;即从板状的基岩中剥落下来的叶状片理,或经常从一批集中在层里的薄层硬岩。
(这个过程在第3章,布莱斯峡谷国家公园作为风化作用的例子,已讨论过了)。
块状岩石,诸如石英岩,花岗岩和某些砂岩也有这种风化现象。
图6.2犹他州拱门国家公园
数次风化作用过程促使叶状剥落开始。
在Entrada组砂岩中,高10-20英尺的垂直节理两侧是软弱带,通过此软弱带,风化作用的营力,诸如水、冰和冻裂袭击岩石。
直接来自于大气圈的二氧化碳,分解的酸性雨水,慢慢地溶蚀了钙质碳酸盐胶结物,释放出沙粒鳍状拱门石就是这样形成的。
叶状剥落作用于鳍状物两侧,最终穿透岩石,形成石窗。
水和冻裂使这些洞不断增大,而夹着细砂的风磨损着它们。
在这些鳍状拱门石的底部,来自于渗漏所增加的水分,以缓慢的速度蒸发着,以至于加速了底部岩层的风化。
这种底部掏蚀鳍状拱门石作用,使碎块、岩块崩塌,加大岩洞寬度。
在Entrada组拱门形成的开始阶段,这些作用过程是非常重要的,因为下部的DeweyBridge段,比上覆岩层Slickrock段,抗侵蚀能力弱,因此DeweyBridge段更易风化,形成了中空或洞龛形态,而残留的无支撑力的Slickrock段则崩塌、开裂(或不断扩大)。
在悬崖边、少数的石窗开始呈壶穴状,其在此为急流磨蚀,形成中空洼地。
这种过程也扩大了石窗的底梁。
各式各样联合过程,造就了众多拱门。
因此,认为公园里的每一个拱门,具有相同的侵蚀发育历史,是一个错误的假设。
密集而强烈的裂隙作用,产生了大量的节理带,其中大多是垂直的节理,它们是拱门形成的重要控制性因素。
因上,这些是最重要的因数。
重要的是这些特征是暂时的,老岩石拱门不断地消亡,新岩石拱门不断地诞生,它们的变化是永恒地。
(图6.3)。
图6.3 拱门发育模式:
1)块状的Engtrada组砂岩床的隆起,使暴露地表的岩石抬升,造成垂直或平行断裂形成。
2)由于风化作用和侵蚀作用加宽了裂隙和断裂,砂岩墙变窄,或者发育鳍状拱门石。
3)冻裂,叶状剥落和崩塌作用、使鳍状拱门石顶部磨圆。
某些鳍状拱门石被裂解;在其它地方还有隐蔽的拱门和石窗。
4)岩石崩塌和风化作用,渐渐地加大了岩洞,使其成为拱门。
最终拱门磨损穿通、崩塌,残留下支墩,它们早晚终将被侵蚀。
节选自1985年拱门国家公园服务局,国家公园服务部
公园里大部分拱门在魔鬼园区,在那儿发育了各阶段的拱门,从最不起眼的细微凹陷、到那些倒塌残留物,而且风化作用还在继续不断地进行。
世界上跨度最长的天然拱门之一景观,有291英尺长,105英尺高。
虽然部分拱门孔仅仅6英尺宽,但这还是预示着在地质时期里,此时拱门已发育到最后阶段,不久即将消失(图6.1)。
世界上独一无二的幽雅拱门独自挺立在海拔4,829英尺上的高地,它大约经历了7万年时间,经流水、冻裂和风作用、在干旱的气候条件下被雕刻而成。
由于拱门的一侧相当狭窄,由此可以断定在不久的将来它可能会垮塌。
高85英尺,宽65英尺的幽雅拱门,产于Entrada组砂岩中的Slickrock和MoabTongue岩段的接触带,Moab岩段是该组最上部的单元。
在魔鬼园区,1940年11月,地平线拱门因一大岩块从拱门上掉到地面后,其形态发生了很大变化,明显地增加了拱门的宽度。
平衡石
靠近石窗的平衡石是一个醒目的例子,它兼具风蚀作用和水蚀作用的特色(图6.5)。
稳定的Slickrock岩段砂岩岩块,呈平衡状位于DeweyBridge岩段、波状地层基座顶部,它们依次叠置在Navajo岩段砂岩的基底上。
(形成于风化和侵蚀作用的岩石,它均匀地叠置在或多或少不稳定的基底上)。
在正常情况下,顶部岩石呈蘑菇状,其较下部岩石更具抗风化能力。
水气分解粒间胶结物,在成型特征中起着重要的作用。
沙尘暴或者风吹沙研磨,有助于拱门公园内平衡石发育,同时,风也吹走了被风化作用下形成的松散小颗粒。
风速是在距地面不到20英寸的地方最大,在此最易发生风蚀作用。
首先形成了一个基座,随着它变得越来越薄,岩壳的重量导致其顶部微微向另一侧倾斜,这样,被压实的那边岩石更难于被侵蚀。
而相反的一边,没有那么多承受的压力,风化作用总是会稍稍地快一点,直至岩石倾斜回来、并压实另一边,之后这个过程周而复始。
岩石保持着极为缓慢的来回地倾斜,直到基座坍塌、或因它自身的重量而崩塌。
古构造控制的影响
在拱门国家公园地下数英尺,有许多层盐岩和石膏,它们的年龄比我们所见到的岩层要老。
这些岩层同属于宾夕维利亚Paradox组,它们造就了峡谷地国家公园众多的独一无二的景观。
在拱门公园里,岩石和构造的关系的差别,早就了不同的景观特征。
拱门国家公园位置于Paradox盆地深一点的层位上,比较靠近NW倾向的Uncompahgre断裂,除上升盘山体断块以外,带来了大量沉积物进入盆地。
在非常靠近水系、封闭的臂状海湾里有堆积了数百万年的盐层和层间沉积物(正如第5章解释的)。
上覆巨厚岩层不断地增加压力,导致了岩盐的塑性流动,通过老断裂线将岩盐向上推进,而断裂地带往往是脆弱带。
在拱门地区,岩盐的地下流动,塑造了NW向的“盐背斜”。
多年之后,上部地层经地表流水分解崩塌,造就了以陡斜面为界线的塌陷(滑塌)、山谷(像地堑),如公园里的盐谷和Cache山谷。
Moab-Spanish山谷(和北部尽头Moab小镇)是一个塌陷山谷,大部分位于公园之外。
公园里几乎所有的拱门和鳍状拱门石,都集中于盐谷和Cache山谷耸立的悬崖上。
因为大量淤泥流进了盐背斜,在拱门国家公园、盐谷下面的厚度,达1万英尺(Doelling,1985)。
岩盐没有暴露地表。
.淡水经过裂隙渗透下去、分解了埋藏的盐,而不纯的剩余物如石膏和页岩留下了,由于支撑不住,就会突然发生滑塌或大量的倾倒。
这种类型的石膏露头出露在盐谷和去往KlondikeBluffs的吉普车道旁。
当Entrada组砂岩沉积在潮滩,海滩和海岸沙丘上时,盐的流动速度已经变得缓慢,并可能已经停下来了。
Entrada组砂岩层在背斜的顶部,没有像斜铺在盐背斜之上其它许多老地层一样,而是变得很薄或缺失;但在背斜的两侧,则厚一点。
在背斜上部的拱形和弯曲的地层,产生了平行NW向倾斜的断裂群。
当后来的压性构造应力、造成区域岩石缓缓的翘起时,发育了附加的封闭空间、平行的节理。
数千英尺的区域隆升、加速了侵蚀作用,导致了今天自然景观的演化。
图6.4奇观的北面窗户石。
在Entrada组DeweyBreidge岩段下部、可见波状底座。
从远处看,奇观的北面和南面两个窗户石,看上去像似一副眼镜。
J.W.Kusiak提供照片。
图6.555英尺高,3,500吨重的平衡石。
这个巨型平衡石是由Entrada组砂岩SlickRock岩段侵蚀而成,位于DeweyBridge岩段波状底座之上部。
这个基座依次的叠置在Navajo岩段砂岩的基底上。
选自J.K.Rigby@1976年的“北科罗那多高原”,Kendall/Hunt出版社,经出版许可。
图6.6断块图解,显示了地表侵蚀模式,由于下伏盐背斜控制了侵蚀作用,故局部地层是厚的、薄的或缺失了。
选自Doelling1985。
风化作用产物
大多数松散沉积物呈移动的沙丘堆积、或堆叠在鳍状拱门石和拱门的连接处,它们是干净的、磨圆很好的、光滑的细沙粒。
事实上,它们是非常圆滑,使它们不能很好地紧粘在一起,即便是潮湿时期亦是如此。
当河床中沙粒在水中处于饱和状态时,它们可以形成流沙。
在拱门国家公园的东部SaltWash发现了流沙。
由于静水压使水流向上,有益于表面颗粒保持分开状态,并且抵消了它们之间的磨擦力能量。
置于一个物体、一个动物、或一个人的重量下,软的半液态流沙堆会立刻移动,并且有使物体沉下去的趋势。
无论如何,有几处流沙层,厚度超过了一个成人的腰部的高度。
值得注意的是:
如果你发现自己已在流沙中,不要去奋力抗争,因为流沙是不会轻意地放过任何东西的。
使自己脱困最好的办法就是以俯泳运动方式慢慢地移动,以便使身体重量均匀地分布于流沙之上,然后慢慢挪出流沙层。
如果你必需跨越流沙区,则需慢慢地平稳地行走,千万不要停留在同一个地方。
印地安人用来制造石器的玉髓,是石英的隐晶质变种(也就是说、没有可见的晶体),有时候,在髓石中、或从沉积岩风化出来的结核中可以发现玉髓。
因为玉髓能够被削劈、或弄碎成平坦弧状表面,所以印地安人用来制造工具和尖状器以及刮削器。
某些矿物沿弧形面断开的性质和特征,被称为贝壳状断口。
对于业余矿物学家来讲,不允许他们采集产在公园里的标本。
该区出产玉髓,黑曜岩球,铁铝榴石石榴石类,石英晶体,晶洞,燧石,硅化木和其它的各种各样化石。
在这里未经允许采集标本、改变自然环境或收集公园里印地安人的遗物都是非法的。
地质历史
1.古生代地层的沉积作用;侵蚀作用
出露在峡谷地国家公园附近的古生代沉积地层,也出露在拱门国家公园地区,但它遭受了更为广泛的侵蚀作用。
虽然Paradox岩层中盐层未在公园出露,但是Paradox岩层中少数扭曲了的无盐层、含石膏物质出露在盐谷之中。
HonakerTrail岩层中、没有含石膏的海相地层,后来沉积在宾夕法尼亚纪Paradox岩层之上,虽然一些出露在靠近拱门国家公园旅客服务中心和191号高速公路旁,但大部分已被剥蚀或被覆盖。
在这些露头中,HonakerTrail灰岩含有珊瑚,苔藓动物,海百合茎和其它有机物的化石。
在峡谷地国家公园广泛发育的二叠纪Cutler红层,在拱门国家公园、除了在公园的西南角悬崖边上有一点出露外,普遍缺失。
2.三叠纪时期Moenkopi组和Chinle组以及Glen峡谷群的沉积/侏罗纪
沿科罗拉多河峡谷,Moenkopi组和Chinle组出露最好,在那儿形成了拱门国家公园的南界。
沿盐谷的悬崖,Chinle组下伏于Wingate砂岩组。
Glen峡谷群(由Wingate砂岩组,Kayenta砂岩组和Navajo砂岩组组成)构成了悬崖和高原顶部,并遍布于公园的大部分地区。
到此时,砂岩业已沉积,盐层的流动也变缓了,所以这些沉积岩层完全覆盖了盐背斜,但在背斜的顶部变薄。
在拱门国家公园里,Wingate组,Kayenta组和Navajo组极为发育,犹如在科罗那多高原其他公园里常见到的一样。
Wingate组和Kayenta组构成了悬崖,而Navajo组构成了基岩斜坡的两侧。
在拱门国家公园景区车道旁、Navajo组的“固化”沙丘,看上去,仿佛稍大风,就可再次将沙丘的移动!
3.侏罗纪时期Entrada组砂岩及其三个组段堆积模式
在侏罗纪中期,当臂状海湾从中犹他的北部移出时,拱门国家公园地带成了一个集潮滩,海滩,低岛屿和海岸沙丘于一体的地带。
在这种环境下形成了Entrada组砂岩的三个独特组构沉积,它出露于拱门国家公园的大部分地区。
其底部是Dewey组。
Bridg岩段,黑色,微红褐色细沙,淤泥质砂岩。
因为它总体呈波纹起伏状,极
表6.1拱门国家公园地质柱状图
年代单位
岩石单位
地质事件
代
纪
群
组
段
新生代
第四纪
冲积阶地,砾石,沙丘
风化作用和侵蚀作用形成拱门等;
沿断裂溶解形成盐谷;
断块断裂作用;
隆升作用,拉拉米造山运动
第三纪
中
生
代
白垩纪
Mancos页岩
上部
海相页岩
含铁砂岩
透镜状,三角洲状,和堡礁岛,沙
下部
陆缘海相层,煤,海退沉积
Dakota砂岩
沿海进边缘海滩沉积
Cedar山
河流沉积
侏罗纪
?
Morrison
BrushyBasin
浅绿灰,褐灰色泥岩,含恐龙骨骼化石
Saltwash
河道砂岩,粉砂岩,含硅化木
Tidwell
薄层黑红色粉砂岩;含结核
San
Rafael
Entrada
MoabTongue
白色砂岩;沙丘沉积
Slickrock
橘红色,有抗蚀力,海相砂岩,大多拱门由此层经侵蚀而成
DeweyBridge
浅海沉积的红灰色岩层;波纹起伏层理
三叠纪
Glen
峡谷
Navajo
沉积在沙丘中的悬崖构成者,黄红色砂岩
Kayenta
河湖相沉积;产生板岩碎片
Wingate
堆积在沙丘中砂岩,悬崖构成者
Chinle
Moenkopi
河流、海滩和湖泊相浅红褐色、粉砂质砂岩沉积
堆积在潮坪中的浅红褐色砂岩和页岩
古生代
二叠纪
Cutler
沉积在冲积扇上的红色沉积物
宾夕法尼亚纪
HonakerTrail
浅海灰岩,砂岩和页岩
Paradox
泻湖相沉积的~~~石膏,盐和页岩
引自:
1985年Doelling
容易被识别出来。
这些波纹起伏状影响到其上覆的Slickrock岩段下部。
橘红色光滑、更具抗风化能力的Slickrock岩段,是Entrada组砂岩的主体部分。
当Slickrock岩段中,红色闪烁的悬崖、鳍状拱门石、拱门、石窗傲立在沙漠蓝色天空之下,呈现出一幅令人难忘的景观(图6.7)。
Entrada组砂岩最上部组分是MoabTongue(Moab狭长陆地)岩段,它是浅色调(微黄,紫,或淡黄色)稳定砂岩,出露在盐谷背斜的两翼,呈现某些侵蚀特征。
图6.7在Entrada组砂岩中,巨大的鳍状拱门石正发展成为拱门。
此处展现的是DeweyBridge岩段,波纹起伏层理,下伏于Slickrock岩段块状岩层。
S.D.Tuttle提供照片。
4.侏罗纪晚期Morrison岩层沉积作用
Morrison岩层的三个岩段,出露在拱门国家公园里。
Tidwell岩段(早先的地图上,将此地划为Summerville岩层的一部分)是一个很有意思的单元,它们出露在Cache山谷和盐谷倾斜的断块上.Tidwell岩段是一个薄的,黑红色粉砂岩,含有大块的白色硅质结核。
(这个单元大概就是印地安人玉髓的来源地。
)它们很好的出露于去往幽雅拱门的路旁。
中部的SaltWash岩段和上部的BrushyBasin岩段,是互层状河道砂岩、粉沙岩、泥岩和砾岩,是在宽阔的河漫滩、各种各样条件下沉积形成的。
SaltWash岩段中的河流砂岩中,含木质碎块化石和少量恐龙骨头化石。
BrushyBasin岩段,构成斜坡的泥岩色调,如那些在幽雅拱门附近所发现的一样,从公园北面淡紫色露头到公园的南部淡绿色露头。
在公园邻近地区SaltWash岩段的某些较厚层状砂岩中,含有铀、钒、铜矿石。
已经溶解于地下水的这些矿物,经运移和富集、或为有机物沉淀,出现在古河道、沙坝、和湖岸中。
5.白垩纪陆相和海相沉积
在漫长的侵蚀期,河流沉积了薄的CedarMountain组岩层。
薄层河流相、不连续的Dakota组砂岩岩层的、最后陆相沉积是堆积在海岸地区的山谷中。
现在Dakota组砂岩形成一个边缘基岩、上覆于盐谷部分页岩状CedarMonrtain组地层。
在晚白垩纪,科罗拉多高原被最后一次汪洋大海所淹没。
该地区沉积了数千英尺灰色淤泥,后来被Mancos页岩所覆盖。
在Mancos页岩岩层上部和下部层位之间,沉积了Ferron组砂岩。
在公园里,除少数几个在盐谷中呈崩塌特征的残留物露头外,所有的Mancos页岩地层已经被侵蚀作用搬运走。
6.拉拉米造山运动和隆升
在白垩纪末期和第三纪开始阶段,应力和应变相伴,围绕着科罗那多高原建造山脉,此后经区域抬升,以致沿岩石层的裂缝,引发出较次要的翘曲和断裂作用。
第三纪的变形,产生了沿袭原有的北西走向的背斜和向斜。
例如Courthouse向斜沿袭了CourthouseWash。
沿拱门国家公园的西南角、靠近旅客服务中心的Moab断裂,展示了相对最近运动的影响。
在美国191号公路的两侧,岩层都不匹配。
公路的东北侧,能见到Navajo组砂岩和Entrada组砂岩,它们被向下拖移。
跨过公路,在向上逆冲的古生代的岩层断块,如Hermosa群Cutler岩组出露在峡谷底部。
在高悬崖之上,显著的是Moenkopi组和Chinle组;在它们顶部,是Wingate组砂岩。
顺断层,垂直高差达2,600英尺。
7.第四纪时期年轻地貌景观发育
持续的抬升、伴随着节理空间的增大,拱门国家公园里独特的地貌开始发育了。
发育最迅速的时期是在更新世较冷,较潮湿幕。
在现今较干旱环境里,以一个缓慢的速率,进行着拱门的建造、摧毁及其它变化。
现代沉积物的堆积作用如滑坡、沙丘、席状风吹沙,大部分是沿悬崖基底山麓堆积,和沿科罗那多河阶地砾石形式堆积;它们携带了沉积物进入公园,也将他们搬运走。
由于洪水的作用,岩石碎块和土壤堆积在间隙性的河床上,这种现象被称为高原地带干河床。
图6.8拱门国家公园魔鬼园区,沿Entrada组砂岩,垂直和平行裂隙的侵蚀作用,形成的鳍状拱门石.
地质图和剖面图
Docelling,H.H.1985.GeologicmapofArchesNationalParkandvicinity,GrandCounty,Utah.Map74.UtahGeologicalandMineralSurvry,DepartmentofNaturalResources.
资料来源
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Lohman,S.W.1981.ThegeologicstoryofColoradoNationalMonument.U.S.GeologicalSurveyB
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