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| Beus und Morales stellen in ihrem 1990 erschienenen Buch Grand Canyon Geology eine Reihe von Artikeln zusammen, die z.T. von Veteranen der geologischen Erforschung des Colorado Plateaus stammen und unser Bild seiner Erdgeschichte geprägt haben. Der vorliegende und der noch folgende Beitrag beziehen sich vorwiegend auf diese Sammlung von Monographien. Im Gegensatz zu Beus & Morales (1990) werden hier die geowissenschaftlichen Indizien in ihrer chronologischen, erdgeschichtlichen Reihenfolge verknüpft und nicht nach Disziplinen getrennt (z.B. Paläontologie, Tektonik, Sedimentologie etc.). | |
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Der Grand Canyon bildet einen rund 440 km langen Flußabschnitt des Colorado Rivers durch den südwestlichen Rand des Colorado Plateaus (Abb. 1 und 3). Beschränkt der Zaungast seinen Blick vom Rand des Canyons auf den in der Tiefe fließenden Colorado River und läßt die unzähligen Zweige des Flußsystems außer acht, so steht er vor einem 900 bis 1.800 m tiefen Tal, daß sich an der Oberkante aber nur 6,4 bis 28,8 km weit öffnet. Die Oberfläche des Colorado Plateaus liegt im Nordosten am Glen Canyon Damm des Lake Powell bei 1.500 m ü. NN und steigt nach Südwesten auf 2.200 m (Gebiet um Grand Canyon Village) an. Die südliche Kante des Kaibab Plateaus liegt bei 2.400 m ü. NN (Abb. 8). Der Colorado River liegt im Grand Canyon auf rund 720 m ü. NN. Durch den Colorado River wird eine Fläche von 630.000 km2 entwässert, das entspricht 1/12 der Fläche der USA oder fast der doppelten Fläche der Bundesrepublik Deutschland (360.000 km2). | |
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Entsprechend den wechselnden Festigkeiten der Gesteine stehen heute auf dem Colorado Plateau markante Geländestufen an: Flache Hänge bestehen aus Tonschluffsteinen, sie wechseln mit steilen Stufen aus härteren Kalken oder Sandsteinen ab (in den amerikanischen Formationsnamen ist häufig von "Quarziten" die Rede, es handelt sich aber nicht um metamorphe Quarzite, sondern um sedimentäre Sandsteine). Dutton (1882) gab der Hunderte Quadratkilometer großen, treppenförmigen Landschaft deshalb den Namen "Grand Staircase" (Abb. 3). | |
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Viele Indizien zeigen, daß die Formung der Grand Staircase von Südwesten nach Nordosten fortschritt. Jeweils im Südwesten sind die älteren Plateauoberflächen und Spuren der heutigen Täler zu finden, d.h. die Geländeformen wurden immer weiter nach Nordosten verschoben. Als beispielhaft gilt dafür der alte Lauf des Little Colorado River, der südwestlich des heutigen Tales liegt. Auch auf dem Shivwits Plateau existieren alte, bis zu einige Kilometer breite und weit mäandrierende Paläotäler. Sie wurden teilweise während des Mittleren Miozäns von Basalten gefüllt. An der Basis und auf den Basalten liegt noch der Hangschutt, der vermutlich den damaligen begrenzenden Talflanken zugeschrieben werden kann. Durch das kontinuierliche Verschieben der Talflanken nach Nordosten können die Talfüllungen heute auch isoliert vorkommen. Das geologische Alter der Landoberfläche kann anhand der rim gravels ermittelt werden. "Rim" bezieht sich auf den Rand des Colorado Plateaus zu den südwestlichen und südlich gelegenen Mogollon Highlands, dem "Mogollon Rim" (Abb. 2); "gravels" sind Kiese. Die Mogollon Highlands wurden evtl. in der obersten Kreide (Maastricht) bzw. im Paleozän und Eozän während der Laramischen Phase als Gebirge gegenüber dem Gebiet des heutigen Colorado Plateaus gehoben (Elston et al. 1989; Abb. 5). Mit den steigenden Mogollon Highlands im Südwesten muß die Schichtfolge des Colorado Plateaus nach Nordosten gekippt sein, denn die Schüttungsrichtungen in den rim gravels zeigen von Südwesten nach Nordosten (Finell 1962; McKee & McKee 1972; Peirce 1984; Peirce et al. 1979; Peirce & Nations 1986). Die rim gravels liegen auf dem Südwest- und Südrand des Colorado Plateaus (Abb. 1) und vorwiegend auf dem Hualapai Plateau (Abb. 3) in zahlreichen mäandrierenden Paläotälern. Weitere rim gravels liegen auf der flach gewellten Oberfläche des Kaibab- und des Coconino Plateaus sowie am Little Colorado River. Die rim gravels haben ein paleo-eozänes Alter und ermöglichen so eine Trennung älterer oder jüngerer Abtragungen oder Ablagerungen. | |
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Das Hualapai Plateau war bereits in einer frühen Periode des Paleozäns bis hinab zum Oberkarbon stratiform freigelegt worden, d.h. mindestens 1.600 m Schichtsäule wurden auf mehreren Hundert-Quadratkilometern (ca. 100 x 50 km) in höchstens 15 Ma abgetragen (Morales 1990, 247). | |
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Auf der gewaltigen Fläche des Shivwits-, Uinkaret-, Kanab-, Kaibab- und Coconino Plateau stehen flächendeckend die Kaibab Kalke an (Abb. 4 und 6). Auch hier wurden die vormals aufliegenden Schichten genau bis zu einem stratigraphischen Niveau abgetragen (Niveau der Kaibab Kalke). Das Volumen der abgetragenen Schichten kann anhand von Erosionsresten, z.B. nicht erodierten Bergkegeln bestimmt werden, wie dem ca. 200 m hohen Cedar Mountain (Abb. 7) östlich des Desert View Point oder dem ca. 300 m hohen Red Butte (26 km südlich von Grand Canyon Village, Abb. 3). Diese Kegel sind wiederum nur die Reste an der Basis von weiteren 600 m Schichtsäule, die hier vorhanden gewesen sein müssen (Austin 1994, 84). Konservativ geschätzt handelt es sich um ein Volumen von 36.000 km3 Gestein (anstehende Kaibab Kalke von ca. 200 x 200 km und Erosion von ca. 0,9 km Schichtsäule), die ebenfalls in höchstens 15 Ma abgetragen wurden. | |
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Die Erosion wird mit sich eintiefenden, mäandrierenden Flüssen erklärt (Dutton 1882; Elston et al. 1989; Finell 1962; McKee & McKee 1972; Peirce 1984; Peirce et al. 1979; Peirce & Nations 1986; Lucchitta 1990). Eine Deutung, die nach Meinung des Autors nicht "geo-logisch" ist. Aktualistisch ist sie in keinem Fall korrelierbar, weil die aktuellen geologischen Prozesse überhaupt nicht vergleichbar sind. Hier herrscht ein Erklärungs-Vakuum. Im Gegenteil ist eine solche Abtragungs- und Transportleistung aus aktualistischer Sicht nur mit gewaltigen Wassermassen vorstellbar. Dabei geben die 15 Ma zwar einen maximalen, quasi kontinuierlichen Zeitrahmen vor, in welchem aber einzelne Prozesse während einzelner Perioden (z. B. während tektonischer Hebungen) diese Leistung vollbringen mußten. Weil aber 15 Ma bereits ein sehr enger Zeitrahmen sind, müssen die Einzelereignisse darin entsprechend heftig gewirkt haben. | |
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Geologen verbinden mit großregionalen tektonischen Prozessen, dem Aufsteigen von Plateaus und der Bildung von Becken, bedeutende Veränderungen der Entwässerung, das Auslösen von Erosion sowie Sedimentbildung etc. Für die Flußgeschichte des Colorado River und der Bildung des Grand Canyon sind speziell die Ereignisse an der Grand Wash Störung entlang den ebenso benannten Grand Wash Cliffs wichtig, denn der Colorado River tritt dort aus der Schlucht des Grand Canyons heraus (Abb. 4). Er kann anhand der Sedimente bzgl. seiner Erosions- und Transportleistung analysiert und zeitlich eingestuft werden. Im Mittleren Miozän zerbrach die Region westlich des Colorado Plateaus zu Horsten und Gräben, zu der Basin Range Provinz (Abb. 2 und Abb. 5). Zwischen der Basin Range Provinz und dem Colorado Plateau verschob die Grand Wash Störung die zerfallenden Schollen gegen das Plateau horizontal um 4.900 m (Lucchitta 1967). Es handelt sich um eine horizontale Blattverschiebung, d.h. eine tektonische Verschiebung von zwei Einheiten in überwiegend horizontaler Richtung entlang steiler oder vertikal stehender Störungen. Nach Huntoon (1990, 301-302) fanden die Hauptbewegungen in einzelnen Schüben im Zeitraum zwischen 18 Ma und 8 Ma statt (Bohannon 1984; Blair 1978). Zusätzlich bewegten sich die Schollen vertikal gegeneinander, sodaß am Ende das Colorado Plateau in seinem Umriß definiert war und als Hochgebiet nun selbst der Erosion unterlag. Folgende Indizien sind aus der Flußgeschichte dieser Zeit bewahrt: " Am Rand des Colorado Plateaus: Zu den Flüssen, die während der ersten Phase rückschreitend erodierten und große Sedimentfächer an den aufsteigenden Grand Wash Cliffs bildeten, gehört z.B. der Pierce Canyon (am Westrand des Shivwits Plateaus, s. Abb. 3). Er liegt 2,5 km nördlich des Grand Canyon, seine Sedimente wurden viel später vom pliozänen Colorado River angeschnitten. Hier und anderswo handelt es sich immer nur um kleine, vereinzelte Sedimentfächer aus sedimentologisch eng begrenzbaren Einzugsgebieten. Mit dem Ausmaß eines Flußsystems ähnlich des Colorado River Basins sind diese Bildungen nicht annähernd vergleichbar.
" Auf dem Colorado Plateau: Aus den im Miozän (Oligozän?) aktiven Talsystemen auf dem Colorado Plateau entwickelte sich während den Hebungen kein einheitliches Entwässerungsnetz. Auf der enormen Fläche der südwestlichen Plateaus des Colorado Plateaus können überhaupt nur drei Täler als alte, reife Flußtäler angesprochen werden: Der Little Colorado River, der Cataract Creek und der Kanab Creek (Lucchitta 1990, 327; Abb. 3 und 8). Diese drei Talsysteme verbanden sich jedoch weder zu einem großen System, noch entwickelten die einzelnen Flüsse eigenständige Verbindungen zum Rand des Plateaus und in das Vorland hinaus, wie wir es heute vorfinden. | |
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Bei manchen Autoren resultiert aus der Beobachtung der aktuell ablaufenden geologischen Prozesse und dem Vergleich mit anderen großen Wüstengebieten der Erde die Theorie bzw. Frage, ob man überhaupt einen alten Colorado River in dieser Region suchen muß bzw. finden kann (Lucchitta 1990, 325). Die Region hätte demnach bis zum Oligozän als Tiefebene und wohl auch im Miozän als Colorado Plateau bei wüstenhaften Klima eine Landschaftsentwicklung als Denudations- oder Deflationsgebiet (Morales 1990, 248) erlebt und hätte, gemessen an den aktuell zu beobachtenden geologischen Prozessen in Wüsten, kein kontinuierliches Entwässerungssystem entwickeln müssen. Hingegen beweisen paleo-eozäne Kilometer-breite Täler, daß es Flüsse gegeben hat. Außerdem sind bis heute ihre originalen Talfüllungen erhalten, die keine Spuren einer Denudation zeigen. | |
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Angesichts des Ausmaßes der Erosion wurden zur Formung des Colorado Plateaus und des Grand Canyons gewaltige Zeiträume postuliert, so daß bis in die 60er Jahre ein antezedenter Colorado River diskutiert wurde (Lucchitta 1990), der auch mit der Faltung, Hebung und Freilegung des Colorado Plateaus erodierend mithalten konnte und seine Position behauptet haben soll (antezedent bezeichnet ein Tal, das vor der Hebung eines Gebirges angelegt wurde und bei der Landhebung seine Position beibehalten konnte). Nachdem aber zweifelsfrei feststand, daß der Colorado River im Grand Canyon jünger als die Faltungen und Hebungen des Colorado Plateaus ist, wurde dieser Ansatz auf einem öffentlichen Symposium schriftlich abgelehnt (McKee et al. 1967). In derselben Publikation von McKee et al. ist auch das erste mehrphasige Modell zu finden, in dem die Landschafts- und Flußgeschichte aus Indizien auf dem Plateau, im Grand Canyon und am Auslaß in die Basin Range Provinz an den Grand Wash Cliffs (Abb. 4) während den verschiedenen Perioden der Erdgeschichte zusammengesetzt wird. Das Modell ist die "Mutter" aller folgenden Modelle, es wurde modifiziert und wird durch jede weitere abgeschlossene Geländearbeit nur aufs neue beleuchtet (Lucchitta 1990). Es wird in Teil 2 detailliert erläutert. Die Gruppe von Forschern um McKee (McKee et al. 1967) vertritt folgende Theorie: Bevor der Colorado den Grand Canyon im Osten erreicht, existieren Flußablagerungen aus dem Miozän und nur unsicher eingeordnete ältere Sedimente (Oligozän?; Hunt 1969). Der Upper Colorado River ist also älter als der Lower Colorado River. Sie diskutieren, daß der Upper Colorado River über den ebenfalls alten Little Colorado River nach Südosten entwässert hat. Der Little Colorado soll dabei entgegengesetzt zu seiner heutigen Richtung benutzt worden sein und hätte erst nach der Erosion des Grand Canyon seine heutige Richtung erhalten. Bereits mit der Umgestaltung der Verhältnisse beim Aufsteigen des Colorado Plateaus im Miozän soll der Transport der rim gravels von Südwesten nach Nordosten geendet haben (Peirce et al. 1979; Young 1966; Young & Brennan 1974; Lucchitta 1967, 1979). Lucchitta (1990, 329) geht dagegen von einer konstant nord-gerichteten Entwässerung während und nach der Laramischen Hebung (Wende Kreide/Tertär) bis zum Beginn der Erosion des Grand Canyon durch den Colorado River (oberstes Miozän/frühes Pliozän) aus. Beide Schulen um Lucchitta und McKee stoßen auf zwei Probleme: " Beide Modelle verteilen die Geländebefunde auf einen durch die stratigraphische Tabelle (Abb. 5) vorgegebenen Zeitrahmen von mehr als 55 Ma, in dem die Plateauoberfläche exakt bis zum Niveau der Kaibab Kalke nivelliert wurde bzw. war und dann trotz aller Witterungseinflüsse und aller vorhandenen Flüsse (Paläotäler) unverändert bestehen blieb. 55 Ma sind ein maximaler Zeitrahmen. Verschiedene Teile des Plateaus wurden am Beginn oder Ende dieses Rahmens geformt, trotzdem wird insgesamt eine kontinuierliche Entwicklung aufgrund des Zeitrahmens und der aktualistischen Beobachtungen vorausgesetzt. " Beide Modelle argumentieren mit Indizien, d.h. mit Schottern und Paläotälern auf dem Colorado Plateau. Im Zu- und Abstrom des Colorado Plateaus müßten ebenso solche Spuren zu finden sein. Nach bisherigem Kenntnisstand fehlen diese jedoch, d.h. es gibt keine Verlängerung der Flußläufe oberhalb und unterhalb des Colorado Plateaus. Lucchitta (1990, 317) schreibt auf diese Frage in seiner Zusammenfassung der Indizien, der Colorado River habe das Colorado Plateau nach Nordosten "to an as yet unknown destination" gequert. Aber nicht nur im Nordosten fehlen die Sedimente: Im Südosten, und für das McKee-Modell notwendig, fehlen die Gerölle eines alten Colorado Rivers ebenfalls (Collier 1980; Lucchitta 1988)! | |
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Einerseits ist die allgemein angestrebte Argumentation mit einer Denudation und Deflation vor dem Pliozän zur Bildung der Grand Staircase unbefriedigend, nämlich angesichts der deutlich vorhandenen Paläotäler (also kontinuierlich fließendes Wasser), anstatt von typischen Wadis (charakteristische Talformen und -füllungen durch periodische Regenereignisse, wie wir sie von den heutigen Wüsten kennen).
Daß kurzfristig gewaltige Sedimentmassen erodiert und transportiert wurden, ist klar, sonst wären das Colorado Plateau und der Grand Canyon nicht da. Der daraus ableitbare bzw. erforderliche geologische Prozeß muß gewaltig gewesen sein: Nicht Wind und Wetter, sondern Wassermassen haben die Landschaft flächig freigespült. Schließlich gab es auch kein regionales vorpliozänes Colorado River-System, wie es bei Betrachtung der geografischen und geologischen Verhältnisse zu erwarten wäre. Die vorhandenen Paläotäler beschränken sich ausschließlich auf das Colorado Plateau und reichen nicht darüber hinaus. Bleibt man also der bestehenden Deutung treu, daß die vielen Tausend Kubikkilometer Erosionsreste von der Formung der Grand Staircase in Flüssen transportiert wurden, kann die erforderliche Antwort bzgl. dem Verbleib der Erosionsreste nicht gegeben werden. Danksagung: Der Autor dankt Prof. S. Scherer (Freising) für die inhaltliche und tatsächliche Hinführung zum Grand Canyon, die durch die Studiengemeinschaft Wort und Wissen vorfinanziert wurde. Für die freundschaftliche Begleitung und fachliche Anleitung im Grand Canyon danke ich Dr. Andrew Snelling (Brisbane, Australien; in Zusammenarbeit mit dem Institute for Creation Resarch, Santee, Kalifornien). Klaus Neuhaus (Freising) begleitete als Biologe auf mutige Weise die frühe Entwicklung dieses geologischen Manuskripts. Vor allen bedanke ich mich ganz besonders bei Dipl.-Geol. Achim Zimmermann (Karlsruhe) und Dr. Reinhard Junker (Baiersbronn) für die Mitgestaltung der vorliegenden Arbeit sowie ganz herzlich bei meiner Frau Claudia für die verfügbar gemachte Zeit. PTL | |
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