Исследования минеральных образований, обнаруженных в пещерах в стенах Гранд-Каньона и поблизости, могут дать новое представление об истории расщелины, включая ее возраст и скорость, с которой она образовалась.
Многие из этих пещер содержат маммиллярии, глыбы карбонатных минералов в форме насыпей, которые обычно образуются прямо под поверхностью богатых минералами бассейнов. Таким образом, такие отложения отмечают уровень местного уровня грунтовых вод, говорит Кэрол Хилл, геолог из Университета Нью-Мексико в Альбукерке. Если уровень грунтовых вод упадет, скажем, из-за изменений климата или тектонических движений земной коры, пласт останется высоким и сухим. Измеряя концентрацию урана и свинца во внешних слоях месторождения, исследователи могут определить, когда его залежи высохли.
Хилл и ее коллеги проанализировали маммилярные образования из девяти пещер недалеко от Гранд-Каньона. Большинство пещер находятся в пределах нескольких километров от реки Колорадо, водного пути, который сейчас протекает через пропасть. Кроме того, отложения, отобранные исследователями, были обнаружены на высоте не более 1,2 км над современным уровнем реки, говорит Хилл. Исследователи предполагают, что древние изменения уровня грунтовых вод в регионе связаны с падением уровня реки по мере того, как она проникала глубже в скалы региона.
Анализ одного сосцевидного отростка из западной части Гранд-Каньона показывает, что, когда отложения перестали расти около 17 миллионов лет назад, уровень грунтовых вод был примерно на 1160 метров выше сегодняшнего уровня реки. Другие анализы из этого региона показывают, что 7,6 миллиона лет назад уровень грунтовых вод упал до 930 м над современным уровнем реки. Около 2 миллионов лет назад уровень грунтовых вод был всего на 120 м выше, чем сейчас, что побудило исследователей сделать вывод, что за этот период Колорадо промыл западные пределы каньона вниз на эту величину. В целом скорость нисходящей эрозии в этом регионе составляла в среднем от 55 до 123 м на миллион лет за последние 17 миллионов лет, сообщают Хилл и ее коллеги в журнале Science от 7 марта.
Анализ маммилярных пещер в восточной части Гранд-Каньона позволяет предположить, что нисходящий поток Колорадо там начался намного позже, но происходил значительно более быстрыми темпами. В этом районе уровень грунтовых вод и, предположительно, уровень реки упал примерно на 920 м за последние 3,7 миллиона лет со средней скоростью от 166 до 411 м за миллион лет.
В совокупности данные о формировании пещер позволяют предположить, что эрозия Гранд-Каньона началась в его западной оконечности и продолжалась вверх по течению, говорит Хилл.
Хилл и ее команда «собрали отличные данные о снижении уровня грунтовых вод в регионе», но их предположения о геологии региона могут быть неверными, говорит Джоэл Л. Педерсон, геоморфолог из Университета штата Юта в Логане. Он отмечает, что грунтовые воды не всегда плоские на больших участках со сложной топографией. Более того, уменьшение уровня грунтовых вод, предполагаемое для самых старых из пещерных образований, могло быть связано с вырезанием каньонов, которые предшествовали Большому Каньону.