Klettafjöllin og Grand Canyon 1 Klettafjöllin, Grand Canyon og Laramide byltingin Kristbjörg María Guðmundsdóttir Eitt af fallegustu handverkum náttúruaflanna er án efa að finna í vesturhluta Norður-Ameríku. Þar rísa Klettafjöllin rúmlega 4.000 metra yfir sjávarmáli um 2.000 kílómetrum inn af vesturströndinni. Í hæstu tindum fjallanna er að finna ævafornt berg sem náttúruöflin hafa, með einhverjum óútskýranlegum hætti, þrýst upp á mun yngri bergmyndanir sem mynda neðri hluta fjallanna. Þessu er hinsvegar öfugt farið í Colorado, vestan við Klettafjöllin, en þar er að finna hið mikilfenglega Grand Canyon sem sker sig allt að einn og hálfan kílómeter niður í Colorado hásléttuna. Því dýpra sem ferðast er niður í gilið, því eldra berg, en neðsti hluti gilsins er myndaður af um það bil 1.700 milljón ára gömlu bergi. Myndun Klettafjallanna og Grand Canyon hefur lengi valdið miklum heilabrotum meðal vísindamanna, enda er þarna um að ræða einstakar jarðmyndanir í sögu jarðarinnar. Stórskorin og gríðarstór, væru án vafa lýsingarorð sem vel væri við hæfi að nota þegar lýsa ætti Klettafjöllunum, enda mikill fjallgarður þar á ferð. Klettafjöllin mynda nánast samfellda fjallakeðju í vestur hluta Norður- Ameríku. Í norðri ná þau frá Alaska og teygja sig svo suður í gegnum Kanada, til Bandaríkjanna og allt niður til Nýju Mexikó. Fjallgarðurinn er um það bil 4.800 kílómetra langur og breidd hans slagar hátt í 480 kílómetra, en talið er að fjöllin hylji allt að 777 þúsund ferkílómetra svæði. Klettafjöllin eru hluti af Cordillera fjallakerfinu og eru jafnframt austasti hluti þess. Til þessa kerfis teljast einnig Sierra Nevada-, Cascade- og Coast fjallgarðarnir. Fjöldinn allur af gríðarlega stórum ám eiga upptök sín í Klettafjöllunum og má þar nefna Colorado-, Arkansas-, Columbia- og Rio Grande árnar. Í kambi fjallanna er að finna vatnaskilin miklu, þar sem annars vegar skilur á milli vatnsfalla sem falla í Kyrrahaf og hins vegar vatnsfalla sem falla í Atlashaf, Norður- Íshaf eða Mexíkó flóa. Klettafjöllin eru afmörkuð í austri af Grate Plains, sem er gríðarlega stór og þurr slétta, en þurrkurinn er að miklu leyti til kominn vegna regnskuggans sem fellur á svæðið sökum Klettafjallanna. Það sem hins vegar afmarkar fjöllin í vestri er Grate Basin héraðið og Klettfjalla trogið, sem nær allt frá norð-vestur Montana og allt suður til bresku Columbíu. Klettafjöllunum má skipta niður í fjóra hluta. Kanadíska hlutann og norður-, suður- og miðhlutann. Syðsti hluti fjallanna hefur að geyma allra hæstu tinda fjallanna. Þar rís hæstur Mount Elbert sem nær 4.399 metra hæð. Suðurhluti Klettafjallanna nær frá Nýju Mexíkó, upp í gegnum Colorado og allt norður til Wyoming. Í grófum dráttum er þessi syðsti hluti
Klettafjöllin og Grand Canyon 2 fjallanna samansettur af tveimur fjallgörðum með stefnu norður-suður, þar sem inn á milli má sjá áberandi dældir í landslaginu. Veðurfar er mjög breytilegt í Klettafjöllunum eftir staðsetningu. Þú getur annað hvort verið staddur í hitamollu í Nýju Mexíkó og baðað þig í sólskininu eða verið í kuldanum í Kanada, þar sem sumrin eru stutt og veturnir kaldir og langir. Þar sem meirihluti vinda kemur úr vestri er úrkoma í miklum meirihluta vestan fjallanna en austan þeirra myndast eins og áður segir regnskuggi, sem verður til þess að landið þar er að jafnaði mjög þurt. Grand Canyon Myndun Klettafjallanna hefur haft margvísleg áhrif enda engin smásmíð þar á ferð. Vestan megin, við suðurhluta Klettafjallanna, sem jafnframt er hæsti hluti fjallanna, er að finna jarðfræðilegt fyrirbæri sem á enga hliðstæðu hér á jörðinni, enda um eitt af sjö undrum veraldar að ræða. Þetta er hið mikilfenglega Grand Canyon sem hefur að miklu leyti myndast fyrir áhrifum Klettafjallanna (mynd 1). Colorado áin sem átt hefur hvað mestan þátt í myndun Grand Canyon á nefnilega upptök sín í fjöllunum og án hennar hefðum við alls ekkert Grand Canyon. Gljúfrið sker sig niður í gríðarlega þykkan setbergsstafla, sem á sér mjög langa myndunarsögu. Neðst í staflanum er að finna um það bil 1.700 milljón ára gamalt berg, sem eru leifar mjög forns fjallgarðs, en roföflin hafa með tímanum rofið hann nánast alveg niður. Setið sem svo settist ofaná þetta berg myndaði mörg lárétt og misþykk setlög sem eru á aldrinum frá 1.250 til 250 milljón ára gömul. Í setbunkanum er setið af mismunandi gerð sem gefur til kynna að mismunandi setumhverfi hafi ríkt á svæðinu við myndun þeirra. Við afflæði settist til sandsteinn eða leirsteinn en í kjölfar áflæðis myndaðist kalksteinn á svæðinu. Við myndun Klettafjallanna fyrir um 75 milljón árum síðan kom svo Colorado áin til sögunnar. Í upphafi flæddi áin í rólegheitum yfir svæðið án þess að grafa sig verulega niður í setstaflann. Svo fyrir 17 milljón árum á sér stað gríðarleg landlyfting á svæðinu, sem verður til þess að Colorado hásléttan myndast, þar sem landið rís um 2.700 metra, en fyrir þennan tíma var hún ekki í nema 300 metra hæð yfir sjávarmáli. Þrátt fyrir þetta aflöguðust setlögin nánast ekkert og héldu láréttri stöðu sinni áfram, en aftur á móti fór Colorado áin að grafa sig niður í setbunkann af miklum krafi. Mynd 1. Grand Canyon séð frá sporbraut jarðarinnar. (NASA) Grand Canyon eins og við þekkjum það í dag fór hins vegar ekki að myndast fyrir alvöru fyrr en fyrir 5 milljón árum, þegar Kaliforníuflóinn opnaðist. Við myndun hans lækkuðu rofmörk Colorado árinnar verulega, sem varð til þess að hún gróf sig enn dýpra niður í hásléttuna og Grand Canyon, eins og við þekkjum það í dag, fer að myndast. Í milljónir ára héldu svo roföflin áfram vinnu sinni þar sem gilið
Klettafjöllin og Grand Canyon 3 breikkaði og dýpkaði enn frekar. Í dag er gilið allt að einn og hálfur kílómetri að dýpt, sem gerir vísindamönnum kleift að skoða setlög sem marka um 1.400 milljón ár af jarðsögu þessa svæðis, en það er tími sem spannar einn þriðja af aldri jarðarinnar. Saga Klettafjallanna Klettafjöllin eru jarðfræðilega mjög flókið kerfi sem samanstanda af bröttum fjallstindum og háum sléttum, en á svæðinu hefur orðið gríðarleg landlyfting og þá sérstaklega í syðsta hluta fjallanna. Talið er að Klettafjöllin hafi aðallega fengið sína núverandi mynd vegna landlyftingar á þessu svæði seint á Krít og í byrjun Tertíer, en seinna voru þau einnig mótuð af ísaldarjöklum. Klettafjöllin eiga sér langa sögu þó svo að þeirra núverandi útlit hafi verið afleiðing tiltölulega nýliðinna atburða í jarðsögunni. Mest allt það berg sem myndar Klettafjöllin í dag hefur upprunalega verið set sem settist til í grunnum sjó fyrir um 1,8 til 2 milljörðum ára síðan. Þetta set lenti svo á milli tveggja meginlandsfleka fyrir um 1,7 til 1,6 milljörðum ára, sem varð til þess að setið myndbreyttist við gríðarlegan hita og þrýsting sem myndaðist við áreksturinn. Þetta myndbreytta berg myndaði síðan kjarna forns fjallgarðs sem var svo hægt og rólega rofinn niður á tímabilinu fyrir 1.300 til 500 milljón árum síðan, sem varð svo til þess að myndbreytta bergið og granít, sem hafði myndast í rótum fjallanna, varð aftur sýnilegt á yfirborði. Lítið er annars vitað um jarðsögu þessa tímabils, þar sem allt berg frá þessum tíma hefur fyrir löngu verið rofið í burtu. Fyrir 500 milljón árum varð þetta svæði svo hulið grunnum sjó og næstu 200 milljón árin settist þarna til gríðarlega mikið set, sem svo myndaði þykkan setstafla á svæðinu. Fyrir um 310 milljón árum síðan, eða um mitt Krítar tímabilið, á sér svo stað gríðarleg landlyfting á þessu svæði sem verður til þess að enn annar fjallgarður myndast, en hann hefur verið nefndur Forfaðir Klettafjallanna. Talið er að hæð hans hafi jafnvel verið hærri en sú hæð sem Himalaya fjöllin ná í dag. Allt setið sem áður hafði sest til á svæðinu var nú rofið í burtu en settist svo aftur meðfram austur hlið fjallanna, en í dag mynda þessi setlög svokallaða Fountain Formation. Roföflin héldu áfram vinnu sinni og að lokum náðu þau að rjúfa mest allan fjallgarðinn niður, og í kjölfarið varð hann hulinn sjó á tímabilinu frá mið Perm og þar til í lok Krít fyrir um 65 milljón árum síðan. Mynd 2. Klettafjöllin. Áhrif Laramide myndunarinnar greinileg. Fyrir 75 milljón árum hefst svo Laramide fellingafjallamyndunin en hún verður til þess að Klettafjöllin fara að myndast fyrir alvöru. Vestur hluti Norður-Ameríku verður fyrir gríðarlegum áhrifum, sem ná frá Alaska og allt suður til Nýju Mexíkó. Þessi myndun stendur yfir í 40 milljón ár. Það sem gerir Laramide myndunina einstaka og jafnframt mjög dularfulla er það að Klettafjöllin eru staðsett allt að 2.000 kílómetrum inn af vestur strönd Norður-Ameríku. Það
Klettafjöllin og Grand Canyon 4 sem vekur einnig upp spurningar meðal vísindamanna er það að aðal uppistaða fjallanna er ekki setberg, eins og við væri að búast í fellingafjöllum, heldur eru fjöllin í raun byggð upp af ævagömlu bergi frá Forkambríum og Fornlífsöld. Þetta berg hefur af einhverjum ástæðum risið upp í gegnum setbunkann fyrir áhrifum einhvers gigantísks kraftar(mynd 2). Á meðan á öllu þessu stóð virðist einnig sem öll eldvirkni hafi legið niðri á svæðinu, en það fær vísindamenn til að klóra sér enn frekar í hausnum og spyrja sig hvað í ósköpunum varð til þess að Klettafjöllin urðu til. Mjög skiptar skoðanir meðal vísindamanna hvað varðar myndun Klettafjallanna hafa orðið til þess að enn þann dag í dag er nánast ekkert ljóst um tilurð þeirra. Eftir því sem fleiri kenningar koma upp á yfirborðið verður sagan flóknari og fleiri spurningar vakna. Fjórar kenningar hafa að vísu fengið hvað mestan meðbyr meðal vísindamanna. Shallow subduction Árið 1970 komu jarðfræðingarnir William Dickinson og Walter Snyder fram með kenningu um myndun Klettafjallanna. Þar héldu þeir því fram að Farallon platan, sem á þessum tíma gekk undir vestur strönd Norður- Ameríku, hafi fyrir um 80 milljón árum, skyndilega breytt hegðun sinni með því að ganga nánast lárétt undir meiginlandið, í stað þess að sökkva undir það með miklu horni eins og eðlilegt væri. Við þetta hafi Farallon platan skrapað undirlag Norður- Ameríku plötunnar sem hafi svo orðið til þess að meginlandið aflagaðist og myndaði Klettafjöllin (mynd 3). Lítil eldvirkni á meðan á þessu stóð skýrðu þeir með því að Farallon platan hafi aldrei sokkið nógu djúpt til þess að kvika næði að myndast á yfirborði hennar í einhverju magni. Að lokum hvarf svo Farallon platan undir meginlandið en hélt þó áfram að láta að sér kveða. Margir telja að mikil eldvirkni, sem átti sér stað vestan við Klettafjöllin eftir myndun þeirra, hafi orðið vegna þynningu meginlandsins eftir að Farallon platan skrapaði undirlag þess og hvarf svo niður í möttulinn með allt eldsneytið sem varð svo til þess að gríðarlega mikil kvika braust upp á yfirborð meginlandsins. Mynd 3. Kenning 1. Shallow subduction. Farallon platan gengur nánast lárétt undir Norður-Ameríku plötuna og orsakar þannig myndun Klettafjallanna. Árið 1980 gerði svo jarðeðlisfræðingurinn Peter Bird tölvumódel sem átti eftir að fá mikla athygli. Þetta módel sýndi nefnilega að kenning Dickinson og Snyder var alls ekki svo galin. Módelið sýndi fram á að einungis lítil snerting Farallon plötunnar við Norður-Ameríku plötuna gæti orðið til þess að næg spenna myndaðist til að lyfta meginlandinu upp um 5 til 10 prósent. Þessi spenna hafi þá þrýst heilu bergblokkunum upp í gegnum setstaflann meðfram misgengjum og myndað þessi einkennilegu fjöll sem Klettafjöllin eru. Farallon platan á þá að hafa hegðað sér eins og nokkurskonar færiband, þar sem hún tók brot úr neðri hluta meginlandsskorpunnar og færði þau austar. Þar hlóðust þau upp þar til skorpan þar var orðin 50 prósent þykkari en eðlilegt þykir, en þarna voru þá Klettafjöllin orðin til.
Klettafjöllin og Grand Canyon 5 Gravitational potential energy Árið 1996 kom jarðeðlisfræðingurinn Craig Jones fram með tilgátu um tilurð Klettafjallanna. Þar vill hann meina að svokölluð gravitational potential energy eða GPE hafi átt stóran þátt í myndun fjallanna. GPE er orka sem reiknuð er út með því að leggja saman aðdráttarafl þyngdaraflsins á hverja einingu, neðan eins ákveðins punkts í jarðskorpunni. Eðlisþung efni hafa háa GPE, en þar er lóðréttur kraftur ráðandi og efnið flest út í láréttu plani. Mynd 4. Kenning 2. (GPE) Ráðandi láréttir kraftar, lítil eðlisþyngd og lág GPE hefur átt stóran þátt í myndun Hins vegar hafa eðlislétt efni lága GPE, en þar eru láréttir kraftar ráðandi, efnið minnkar flatarmál sitt í láréttu plani og leggst í fellingar, eins og teppi myndi gera ef því væri ýtt saman úr tveimur áttum. Á þennan hátt vilja Jones og félagar hans lýsa myndun Klettafjallanna (mynd 4). Fyrir um 141 milljón árum var svæðið sem Klettafjöllin standa á núna hulið grunnum sjó. Gríðarlegt magn eðlisléttra efna settist svo til á þessu svæði í mikilli dæld sem hafði af einhverjum ástæðum myndast á hafsbotninum. Þetta eðlislétta efni gæti þar af leiðandi hafað orsakað lágt GPEgildi og ríkjandi lárétta krafta. Þessir krafta gætu svo, eins og áður segir, hafað orðið til þess að fjöllin risu. Jones vill þó ekki meina að þessi eðlisfræðilega tilgáta hafi átt allan þátt í myndun Klettafjallanna, heldur að hún hafi líklega átt stóran þátt í myndun þeirra. Hit and Run Jarðfræðingarnir Julie Maxson og Basil Tikof komu fram með tilgátu árið 1997 sem þeir kalla Hit and Run. Hún lýsir því hvernig gríðarlega stór eldfjallakeðja á yfirborði Farallon flekans klessir á vesturströnd Norður-Ameríku og hindrar þar með niðurdrif flekans undir landið. Þetta verður svo til þess að eldvirkni minnkar all verulega á meginlandi Norður-Ameríku. Í þessu klofnar Farallon flekinn í tvo hluta og hefur nyrðri hluti hans verið nefndur Kula flekinn, en hann fer að færast norður á bóginn á meðan syðri hluti flekans heldur áfram ferð sinni niður undir Norður-Ameríku. Eldfjallakeðjan verður fyrir miklu álagi og brotnar að lokum frá Farallon plötunni og ferðast sem sjálfstæður fleki norður á bóginn með Kula plötunni. Þessi fleki hefur verið nefndur Baja BC og er hann talinn hafa verið um 1.280 kílómetra langur. Maxon og Basil vilja meina að Baja BC flekinn hafi á þessu stigi myndað mikið skerálag við strönd meginlandsins og í kjölfar þess gríðarlegan þrýsting inn í landinu sem hafi svo orðið til þess að Klettafjöllin þrýstust upp í gegnum setbunkann (mynd 5).
Klettafjöllin og Grand Canyon 6 Mynd 5. Kenning 3. Hit and Run. Lýsir því hvernig Baja Bc flekinn myndar gríðarlegt innra álag inní meginlandinu og orsakar þanning myndun Klettafjallanna. Þessi kenning hefur fengið þó nokkra athygli meðal vísindamanna en aftur á móti benda rannsóknir til þess að Klettafjöllin hafi byrað að rísa í norðri en ekki suðri eins og þessi kenning gengur í raun út á. Mantle plumes and mountains Brendan Murphy og félagar hans koma fram með tilgátu árið 1999. Þar halda þeir fram að ástæða þess að Farallon platan gekk nánast lárétt undir Norður- Ameríku plötuna hafi orsakast af heitum reit. Heiti reiturinn var staðsettur undir niðurstreymisbeltinu fyrir um 55 milljón árum en þá hafi hann hitað úthafsskorpuna sem varð svo til þess að hún öðlaðist meiri flotkraft og sökk þar af leiðandi ekki undir meginlandið með eins stóru horni og vant er. Litla eldvirkni á þessum tíma vilja þeir skýra með því að heiti reiturinn hafi annars vegar valdið gríðarlegri útþennslu á meginlandsskorpunni og hins vegar vegna þess að kvikan þurfti að brjóta sér leið upp í gegnum bæði meginlandsskorpuna og úthafsskorpuna. Svo fyrir um 40 milljón árum náði kvikan að lokum að komast upp á yfirborðið í norður Nevada fylkinu, en þar var einmitt gríðarleg eldvirkni á þessum tíma. Einnig vilja þeir félagar meina að allt það magn af gulli sem fundist hefur á þessu svæði megi rekja beint til virkni heita reitsins. Tognun skorpunnar og eldvirkni í Grate Basin héraðinu fyrir um 30 milljón árum vilja þeir einnig skýra að sé til komin vegna virkni heita reitsins. Þar hafi hann hitað meginladssorpuna verulega og þannig gert hana veikari fyrir álagi sem leiddi að lokum til tognunar á skorpunni og eldvirkni á svæðinu. Einnig sýna þeir félagar fram á að aldur gosefna yngist frá vestri til austurs þar sem heiti reiturinn er einmitt staddur núna, eða nánar tiltekið í Yellowstone þjóðgarðinum. Með þessu vilja þeir einmitt sýna fram á að um eins virkni sé að ræða og þá sem við sjáum svo greinilega í dag á Hawaii, þar sem eyjarnar eldast því fjær sem þær reka frá virkni heita reitsins. Fyrstu ummerki Laramide myndunarinnar benda til þess að hún hafi byrjað fyrir um 75 milljón árum og virðist þessi kenning þess vegna ekki getað staðið undir sér. Aftur á móti hafa Murphy og félagar hans svar við því. Þeir halda því fram að á þessum tíma hafi bæði Kyrrahafsplatan og Norður-Ameríku platan færst í vestur, yfir heita reitinn, í kjölfar þess að Atlashafið var að opnast. Útþensla Kyrrahafsplötunnar vegna heita reitsins hafi orðið til þess að strax fyrir 75 milljón árum hafi áhrif heita reitsins farið að segja til sín við niðurstreymisbeltið. Heiti reiturinn sem slíkur hafi hins vegar fyrir um 55 milljón árum verið staðsettur undir niðurstreymisbeltinu, eins og áður segir. Samantekt Það sem vísindamenn vita með vissu um Laramide myndunina er í raun mjög lítið og jafnvel spurning eins og hvenær Klettafjöllin náðu sinni núverandi hæð hefur ekki enn verið svarað með vissu. Í gegnum tíðina hafa flestir verið hlynntir þeirri tilgátu að fjöllin hafi risið og náð sinni núverandi
Klettafjöllin og Grand Canyon 7 hæð löngu eftir Laramide atburðinn eða á tímabilinu fyrir 26 til 5 milljón árum. Fyrir þennan tíma hafi rætur Klettafjallanna einungis náð hæð rétt yfir sjávarmáli og enn verið hulin þykkum setlögum að miklu leyti. Við landlyftinguna sem svo varð, á tímabilinu fyrir um 26 til 5 milljón árum, hafi fjöllin risið upp í gegnum setið og náð sinni núverandi hæð. Ástæða landlyftingarinnar svona löngu eftir Laramide myndunina er með öllu óljós en eins og svo oft áður eru kenningarnar margar og misgóðar. Sumir halda því fram að möttulstrókur hafi valdið henni og enn aðrir að tognun skorpunnar eftir Laramide myndunina, sem varð til þess að Basin and Range héraðið myndaðist, hafi hleypt miklu magni möttulefnis upp á við, sem svo hafi valdið landlyftingu á svæðinu. Í kjölfar fleiri rannsókna vilja þó sumir vísindamenn halda því fram að Klettafjöllin hafi strax í kjölfar Laramide myndunarinnar náð sinni núverandi hæð. Þessi kenning er í raun mun einfaldari skýring, þar sem einungis ein landlyfting hefur átt sér stað og er þess vegna komist hjá því að skýra út aðra landlyftingu á einhvern hátt. Allt eru þetta kenningar og ekkert er í raun ljóst um myndun Klettafjallanna. Eftir því sem fleiri tilgátur líta dagsins ljós flækist sagan í raun enn frekar. Vísindamenn rökræða fram og til baka í von um að komast að sameiginlegri niðurstöðu að lokum. Enn þann dag í dag virðast þeir þó eiga nokkuð í land og eins og Peter Bird orðaði svo skemmtilega, á svo sannarlega við í þessum málum. Heimildaskrá (Bird 1997: 8) Heimasíður skoðaðar 19. apríl 2005 http://www.answers.com/topic/grandcanyon-1&method=6 http://kaibab.org/geology/gc_geol.htm http://home.att.net/~goggallery/frames/ geology2.htm http://www2.nature.nps.gov/geology/p arks/romo/ http://search.eb.com/eb/article?tocid=9 110722&query=rocky%20mountains& ct= http://encarta.msn.com/encyclopedia_7 61555488/Rocky_Mountains.html#end ads Stanley, Steven M. Earth system history, W.H. Freeman and co. New York 1999. Appell, David. 1999. What made the rocies?. Current Science. Stamford, Vol.85, Iss. 7; pg. 8. Preiser, Rachel. 1997. Raising the Rockies. Discover. Vol.18, Iss. 4; pg. 27, 1 pgs. Pendick, Daniel. 1997. Rocky mountain why. Earth. Vol.6, Iss. 3; pg. 26, 8 pgs. Murphy, JB, Oppliger, GL, Brimhall Jr, GH, Hynes, A. 1999. Mantle plumes and mountains. American Scientist. Vol.87, Iss. 2; pg. 146, 8 pgs. Einnig var stuðst við glósur úr tímum í Jarðsögu 2. We can t prove a story about the past. We never can. We can only disprove some of them and hope that we have one left