參觀沙漠喀斯特綠洲:大綠谷中消失的湖泊

高沙漠弗德山谷蘊藏著一些令人驚訝的綠洲——以及精彩的地質歷史。

照片作者:達娜·亨特

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本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點


在乾燥的地區長大,野外的水似乎近乎超自然。 參觀少數幾個永久性天然水源存在的地方之一,你會感覺自己彷彿剛跨入某種超凡脫俗的領域。長期消失的文明遺址點綴著沙漠景觀;古老的運河仍然從水源流向田野。 巨大的樹木遮蔽著裸露的岩石免受無情的陽光照射,它們的樹葉在捕捉和馴服猛烈的沙漠微風時發出沙沙的聲音。 這些地方是地質時間和自然節律融合在一起創造出一個似乎讓你暫時忘卻時間流逝的地方。 我現在就帶你去其中一個地方。

為了到達那裡,我們將穿越數百萬年的構造變動和古代湖泊的遺蹟。 讓我們從頂部開始:我們將從亞利桑那州的傑羅姆開始,位於黑山的高處。 從這裡,我們可以俯瞰弗德山谷,這是一個地塹,它在 1000 萬年前開始形成,當時地殼伸展,弗德斷層開始移動。 黑山,一個相當壯麗的小山脈,在南側升起。 在它們和北部的莫戈隆邊緣懸崖之間形成了一個山谷。


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Image shows green leafy trees in the foreground. A bit down the hillside, some buildings are just visible. Most of the photo is of a valley floor with low, rolling hills. A red rock ridge is visible across the valley, with a jagged silhoutte of mountains perched on it.
從亞利桑那州傑羅姆眺望弗德山谷。 遠處紅色的岩石山脊是莫戈隆邊緣。 地平線上可見舊金山峰。 照片作者:達娜·亨特。

看到地平線上的那些山了嗎? 它們是舊金山峰,它們聳立在科羅拉多高原之上,這是我長大的地質省份。 在你身後是盆地和山脈,在那裡,小斷塊山脈像毛毛蟲一樣爬行或行進向西北延伸。 您正在俯瞰一個名為過渡帶或中央高地地理省的省份,這是一個介於高原和盆地之間的中間地帶,但兼具兩者的特徵。 您可以在這裡找到也存在於科羅拉多高原數千英尺之上的岩石。 您站立的山脈和您俯瞰的山谷與您在盆地和山脈中找到的山脈和山谷是近親。 這是一個迷人的地方,特別是對於那些對地質學充滿熱情的人來說。

現在我們沿著陡峭的山坡、起伏的山麓向下行進,並快速繞道前往圖茲古特國家紀念碑,欣賞黑山的美麗景色和亞利桑那州最罕見的景觀之一。 從山頂遺址向下看,你會看到一條濃密的綠色蛇形蜿蜒穿過山谷底部。 這就是常年流淌的弗德河。 特別注意它:它在我們的故事中扮演著多重角色。

Image shows the low walls of a ruin built on a hill from limestone rocks. Across a sparsely-vegitated valley floor is a low ridge of rock and dirt. In front of it is a line of verdant green bushes and trees, which runs across the whole photograph. In the distance, a line of mountains rises against the cloudy sky. They rise to a peak in the center.
從圖茲古特國家紀念碑看到的黑山。 翠綠的樹木和灌木標誌著弗德河的河道。 照片作者:達娜·亨特。

我們離開圖茲古特,穿越山谷,在營地弗德附近駛出高速公路。 道路在石灰岩懸崖之間曲折蜿蜒。

Image shows a two-lane road curving gently through low white limestone cliffs. The cliffs are covered in scrubby brush. There are some thin white clouds on the horizon and brilliant blue skies overhead.
通往蒙特祖瑪井的道路穿過一些非常美麗的石灰岩。 照片作者:達娜·亨特。

我們正在穿過古老的弗德湖。 早在更新世之前,在大約 800 萬年的時間裡,從弗德山谷形成到弗德河形成,這個盆地容納了一個間歇性湖泊。 像盆地和山脈地區的許多地方一樣,溪流排幹了周圍的高地,但沒有出口,因此它們最終匯入盆地底部。 在這裡,當天氣不熱不幹燥到足以蒸發它們的水時,就形成了一個美麗的湖泊。

在數百萬年的時間裡,氣候多次波動。 弗德湖有時會很長,覆蓋山谷底部約 40 英里。 在那些較潮溼的時期,您看到的石灰岩在中心和邊緣形成。 與北部和該盆地下方厚厚的海洋石灰岩不同,它主要不是由富含鈣質外殼的生物製成的。 您可以找到一些來自淡水蝸牛和其他軟體動物的貝殼,但這種石灰岩的更大部分似乎是在地下水溶解了一些下伏的紅壁石灰岩時形成的,紅壁石灰岩是一種厚厚的海洋石灰岩,沉積在 3.4 億至 3.2 億年前的淺海中。 石灰會沉澱出來,形成厚厚的凝灰岩沉積物。 類似的過程正在大鹽湖深處發生。

當氣候變得更加乾燥時,弗德湖將開始收縮並變得淺,就像現在的大鹽湖一樣。 礦物鹽變得濃縮,隨著水分蒸發,形成了厚厚的鹽和石膏沉積物,尤其是在南端。 排幹高地的溪流沉積了紅色的泥土和圓潤的河石。 來自北方的玄武岩熔岩流有時會一直流入山谷,將火成岩的指狀物溢位到湖相河流沉積物之上。 然後氣候會發生變化,湖泊會再次上升,並鋪設新的沙子和石灰岩層。 所有這些不同的湖泊沉積物統稱為弗德組。

 

湖泊的繁榮和蕭條週期沉積了 300 平方英里的沉積物,隨著弗德山谷繼續下降,沉積物在中心達到了 3000 英尺以上的厚度。 大型動物群在間歇性湖岸邊生生死死,將它們的骨骼留在沙子和泥土中埋葬。 在近一千萬年的時間裡,沉積作用持續進行,最終超過了盆地的緩慢下降,直到湖泊達到足夠的高度,溢位哈克貝利山和桌山之間南部末端的低窪通道。 大約 200 萬年前,缺口徹底排幹了湖泊,弗德河誕生了。

Image shows a tall, rugged cliff of whitish-gray limestone. It's pitted and riddled with small caves. Blocks of it have fallen to the valley floor. Scrubby desert bushes have grown up between the blocks.
蒙特祖瑪城堡的弗德組大型石灰岩懸崖。 照片作者:達娜·亨特。

那是在更新世期間,河流在充沛的水分滋養下,寬闊而奔騰。 它雕刻穿過弗德組的岩石,留下了我們現在在山谷底部行駛穿過的臺地。

人類大約在一萬年前到達。 他們發現了常年流淌的溪流、豐富的野生動物和溫暖乾燥的氣候。 他們還發現了一片綠洲。

未完待續...

 

參考文獻

Abbott, Lon and Cook, Terri (2007): Geology Underfoot in Northern Arizona. Missoula, MT: Mountain Press Publishing Company

Blatt, Harvey (1980): Origin of Sedimentary Rocks. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall Inc.

House, P.K. and Pearthree, P.A. (1993): Surficial Geology of the Northern Verde Valley, Yavapai County, Arizona. Arizona Geological Survey.

Ranney, Wayne (2010): Sedona Through Time. Flagstaff, AZ: Wayne Ranney.

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