Озеро Юнис к северо-западу от горы Рейнир. Озеро расположено в небольшой коренной котловине, которая была выработана ледником примерно 15 000–20 000 лет назад. Округлые зеленые склоны на дальнем краю озера подстилаются горными породами, сглаженными и исчерченными ледниковым льдом. Эта сторона горы Рейнир поднимается к Либерти-Кэп, который скрывает истинную вершину вулкана.
Геологическая история горы Рейнир
Дуайт Р. Кранделл
Взгляд на геологическое прошлое одного из самых живописных вулканов Америки
БЮЛЛЕТЕНЬ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СЛУЖБЫ 1292
МИНИСТЕРСТВО ВНУТРЕННИХ ДЕЛ СОЕДИНЕННЫХ ШТАТОВ
УОЛТЕР Дж. ХИКЕЛ, министр
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ СЛУЖБА
Уильям Т. Пекора, директор
Каталожная карточка Библиотеки Конгресса № 79-601704
ТИПОГРАФИЯ ПРАВИТЕЛЬСТВА США: 1969
Продается у суперинтенданта документов, Типография правительства США, Вашингтон, округ Колумбия, 20402 — Цена 65 центов (в бумажной обложке)
contents
Page The changing landscape of 12-60 million years ago 3 Thumbnail biography of Mount Rainier 11 Results of recent eruptions 12 Why glaciers? 23 Work habits of glaciers 25 Yesterday’s glaciers 29 Landslides and mudflows—past, present, and future 35 The volcano’s future? 42 Further reading in geology 43
Frontispiece. Eunice Lake, northwest of Mount Rainier. Figure Page 1. Outcrop of sandstone and shale in the Puget Group 6 2. Outcrop of welded tuff in the Stevens Ridge Formation 8 3. Granodiorite looks like granite 9 4. Geological cross section of Mount Rainier 10 5. An old lava flow which forms Rampart Ridge 13 6. Columns of andesite at the end of an old lava flow 13 7. Layers of pumice on the floor of a cirque 14 8. Generalized distribution of some pumice layers 16 9. Breadcrust bomb enclosed in a mudflow deposit 19 10. Pumice layer C, which consists of light-brown fragments 20 11. The recent lava cone lies in a depression 21 12. Two ice streams meet to form Cowlitz Glacier 23 13. Glacier-smoothed and grooved rock 26 14. A lake lies behind an end moraine of Flett Glacier 27 15. Recessional moraines on the valley floor of Fryingpan Creek 28 16. Extent of glaciers between 15,000 and 25,000 years ago 30 17. Lateral moraine at Ricksecker Point 31 18. Rock-glacier deposit at The Palisades 33 19. Hummocky end moraine in front of Emmons Glacier 34 20. Avalanche deposits in the White River valley 37 21. The northeast flank of Mount Rainier 39
Table 1. Characteristics, sources, and ages of pumice layers, Mount Rainier National Park 17 2. Summary of important geologic events in the history of Mount Rainier National Park 41
Геологическая история горы Рейнир. Дуайт Р. Кранделл
WASHINGTON Seattle Tacoma CASCADE RANGE Mount Rainier Mount Adams Mount St Helens OREGON Portland Mount Hood Crater Lake Покрытая льдом гора Рейнир, возвышающаяся над ландшафтом западного Вашингтона, стоит в одном ряду с Фудзиямой в Японии, Попокатепетлем в Мексике и Везувием в Италии среди величайших вулканов мира. На горе Рейнир, как и на других неактивных вулканах, постоянная возможность возобновления извержений вызывает у наблюдателей чувство предвкушения, волнения и опасения, с которыми не сравнятся чувства при виде большинства других гор. Тем не менее, многие из нас не могут представить себе катастрофический масштаб извержений, которые привели к созданию гигантского конуса, ныне безмолвно возвышающегося над местностью. Мы принимаем вулкан как нечто само собой разумеющееся, как будто он был здесь всегда, и ценим лишь красоту его суровых просторов из камня и льда, усыпанных цветами альпийских лугов и окаймляющих их вечнозеленых лесов.
Гора Рейнир обязана своей живописной красотой многим особенностям. Широкий конус раскинулся поверх крупного горного хребта — Каскадных гор. Вулкан поднимается примерно на 7000 футов над своим 7000-футовым основанием и стоит в одиноком величии — это самая высокая вершина во всем Каскадном хребте. Его скалистые, покрытые ледяным панцирем склоны выше границы леса контрастируют с густыми зелеными лесами и придают горе Рейнир вид арктического острова в умеренном море — острова настолько большого, что его полный размер и форму можно увидеть только с воздуха. Гора очень фотогенична благодаря контрастам между голыми скалами, снежниками, синим небом и несравненными цветочными полями, окрашивающими ее нижние склоны. Тени, отбрасываемые множеством скал, хребтов, каньонов и пиков, постоянно меняются от восхода до заката, бесконечно варьируя текстуру и настроение горы. Облик горы также меняется изо дня в день по мере того, как летом тают ее обширные снежники. Таяние этих ледяных резервуаров делает гору Рейнир природным ресурсом как в практическом, так и в эстетическом смысле, поскольку это обеспечивает стабильный поток воды для гидроэлектроэнергетики в регионе, независимо от сезона.
Если смотреть со стороны залива Пьюджет-Саунд на западе, гора Рейнир обладает нереальным качеством — ее белая вершина высотой почти 3 мили словно парит среди облаков. Мы, вместе с жителями всей низменности, испытываем трепет, наблюдая, как вечернее заходящее солнце окрашивает западные снежники вулкана в красный цвет. Когда вы приближаетесь к горе в ее прекрасном окружении, вы можете найти то, что привлекает именно вас — пейзаж, дикую природу, ледники или полевые цветы. Или, возможно, вы почувствуете желание подняться на вершину. Гора Рейнир и соседние с ней горы обладают особым очарованием для геолога, потому что он визуализирует события — некоторые обычные, некоторые поистине впечатляющие, — которые сформировали нынешний ландшафт. В этом и заключается очарование геологии. Геолог приучен видеть «мысленным взором» геологические события, происходившие тысячи или даже миллионы лет назад. И, что самое примечательное, он может «видеть» эти события, изучая горные породы в скале или дорожной выемке, или, возможно, исследуя землистый материал, который выглядит как обычная почва под пастбищем за много миль от вулкана.
Наш ключ к пониманию геологии горы Рейнир заключается в том, что каждое геологическое событие можно реконструировать — или вообразить — по горным породам, сформировавшимся во время этого события. Руководствуясь этим принципом, мы рассмотрим геологическую родословную этого величественного вулкана и узнаем, что стоит за его пейзажем.
Изменяющийся ландшафт 12–60 миллионов лет назад
Горные породы Каскадного хребта содержат летопись истории Земли, начавшуюся почти 60 миллионов лет назад. Уже тогда, как и сегодня, волны бились о берега, а реки текли к морю, формируя и распределяя материал, из которого образовались некоторые породы, которые мы видим сейчас в парке.
Вам может быть трудно представить себе иной ландшафт того далекого времени. Не было ни горы Рейнир, ни Каскадного горного хребта. На самом деле, в районе, который мы называем западным Вашингтоном, было очень мало суши. Вместо этого здесь была обширная низменность из болот, дельт и заливов, граничившая с Тихим океаном. Реки, стекавшие в эту низменность с востока, разносили песок и глину по пышной болотной растительности. На этих отложениях вырастали другие растения, которые, в свою очередь, покрывались новыми слоями песка и глины. Таким образом, тысячи футов песка, глины и торфа накапливались и уплотнялись в песчаник, сланец и уголь. Мы можем увидеть некоторые горные породы, сформировавшиеся в то время, в выемках вдоль дороги Мович-Лейк к западу от парка (рис. 1). В конце XIX и начале XX веков в Карбонадо и Уилкесоне, в 10 милях к северо-западу от парка, велась добыча угольных пластов.
Эти пласты песчаника, сланца и угля составляют последовательность горных пород, называемую группой Пьюджет, мощность которой составляет 10 000 футов. Знаки волновой ряби и остатки растений показывают, что породы сформировались на мелководье довольно близко к уровню моря. Как могли горные породы накопиться до такой большой мощности? Прибрежная равнина и прилегающий бассейн должны были медленно опускаться, а приток песка и глины едва поспевал за этими опусканиями.
Гора Рейнир
[Эта карта в более высоком разрешении]
Чуть менее 40 миллионов лет назад ландшафт западного Вашингтона резко изменился. Геологи Р. С. Фиск, К. А. Хопсон и А. К. Уотерс обнаружили, что вулканы тогда поднялись на бывшей прибрежной равнине на месте национального парка Маунт-Рейнир и стали островами по мере того, как эта территория опускалась под уровень моря. Когда расплавленная порода извергалась под водой из погруженных флангов этих вулканов, паровые взрывы дробили лаву на бесчисленные фрагменты. Образовавшиеся обломки, смешанные с водой, растекались в виде селей по обширным участкам дна погруженного бассейна.
Обнажение серо-коричневого песчаника и темно-серого до черного углистого сланца группы Пьюджет вдоль дороги Мович-Лейк. (Рис. 1)
Вы можете увидеть горные породы, сформированные из этих слоев вулканического ила и песка, в выемках вдоль шоссе на восточной стороне хребта Бэкбоун и между перевалом Кейюс и озером Типсо. Ищите там чередующиеся пласты серовато-зеленого песчаника и брекчии — бетоноподобной породы, в которой галька имеет острые углы. Эти породы известны как формация Оханапекош. Как и группа Пьюджет, формация Оханапекош имеет мощность не менее 10 000 футов. Тем не менее, почти вся она накопилась на мелководье, поскольку западный Вашингтон продолжал медленно опускаться во время вулканических извержений.
Длительное опускание наконец прекратилось после того, как вулканическая активность Оханапекош завершилась. Затем западный Вашингтон поднялся на несколько тысяч футов над уровнем моря, а породы групп Пьюджет и Оханапекош медленно сжались в серию широких пологих складок. Прежде чем извержения начались снова, реки прорезали долины глубиной в сотни футов, а выветривание горных пород привело к образованию мощных красных глинистых почв, подобных тем, что формируются сегодня в некоторых районах с высоким уровнем осадков и высокой температурой. Ищите красные породы, образовавшиеся из этих древних почв, в дорожных выемках, когда будете ехать по дороге Стивенс-Каньон примерно в 2 милях к юго-востоку от Бокс-Каньона.
Следующие вулканические извержения, которые могли начаться между 25 и 30 миллионами лет назад, отличались от извержений времени Оханапекош. Эти вулканы, находившиеся где-то за пределами парка, извергали огромные потоки горячей пемзы, которые, будучи крайне подвижными, устремлялись вниз по склонам вулканов и распространялись на многие квадратные мили прилегающих регионов. Пемзовые потоки «смазывались» горячим вулканическим газом, выделявшимся изнутри каждой частицы пемзы, что создавало буфер между частицами. Некоторые потоки горячей пемзы достигали глубины 350 футов. Тепло, остававшееся в пемзе после того, как она переставала течь, частично расплавляло частицы, образуя твердую породу, известную как сварной туф. Повторяющиеся пемзовые потоки погребли холмистый ландшафт и в конечном итоге сформировали обширную вулканическую равнину. Эти породы, в основном состоящие из сварных туфов, теперь составляют формацию Стивенс-Ридж, которую можно увидеть вдоль шоссе в Стивенс-Каньоне в 1–2 милях к западу от Бокс-Каньона. Вы можете узнать сварной туф по светло-серому или белому цвету и множеству сплющенных и остроугольных включений более темной серой пемзы (рис. 2).
Затем последовал еще один период вулканизма, уже другого рода, когда лава изливалась из широких низких вулканов. Потоки были двух типов: базальт — тип, извергаемый сейчас гавайскими вулканами, и андезит — тип, извергаемый горой Рейнир. Отдельные потоки мощностью 50–500 футов накладывались друг на друга, достигая общей глубины до 2500 футов. Мы знаем эти породы как формацию Файфс-Пик. Они образуют многие скалы и пики в северо-западной части парка. Вы можете изучить их в выемках вдоль дороги Мович-Лейк между Маунтин-Медоуз и озером Мович. Время извержения лав Файфс-Пик могло приходиться на период от 20 до 30 миллионов лет назад.
Когда вулканы Файфс-Пик окончательно потухли, эта часть западного Вашингтона снова изменилась. Породы были вновь подняты и сжаты в широкие складки, параллельные тем, что сформировались в конце времени Оханапекош. Породы деформировались и местами ломались, смещаясь на тысячи футов вдоль крупных разломов, или сбросов.
Обнажение светло-серого сварного туфа формации Стивенс-Ридж вдоль дороги в Стивенс-Каньоне. Угловатые темно-серые фрагменты в сварном туфе — это куски пемзы. (Рис. 2)
Около 12 миллионов лет назад одна или несколько масс расплавленной породы шириной во много миль устремились вверх сквозь группу Пьюджет и более молодые породы. Когда эта расплавленная порода остыла и затвердела, она образовала гранодиорит, близкого родственника гранита. Хотя большая часть расплавленной породы застыла под землей, часть ее достигла поверхности суши и образовала вулканы в нескольких местах на территории национального парка Маунт-Рейнир.
Гранодиорит выглядит как гранит и имеет светло-серый крапчатый вид. Нож имеет длину около 3 дюймов. (Рис. 3)
Гранодиорит — это, вероятно, самая привлекательная порода в парке. Он в основном белый, но содержит крупные темные зерна минералов, которые придают ему вид «соли с перцем» (рис. 3). Крупный размер зерен является результатом медленного остывания расплавленной породы на значительной глубине под поверхностью земли — у отдельных минералов было много времени для роста, прежде чем «расплав» затвердел в породу. Напротив, породы, образовавшиеся из лав, излившихся на поверхность земли, как правило, мелкозернистые, потому что лавы остывали слишком быстро для заметного роста минеральных зерен.
Гранодиорит подстилает долину реки Уайт-Ривер, долину реки Карбон-Ривер и части долины верхней реки Нискуалли, а также хребет Татуш. Вы можете увидеть его в дорожных выемках между Лонгмайром и Кристин-Фолс, а также в нескольких местах вдоль дороги между станцией рейнджеров Уайт-Ривер и кемпингом Уайт-Ривер.
Геологический разрез горы Рейнир и ее фундамента от горы Мазер-Маунтин на юг до хребта Татуш. Разрез в истинном масштабе имеет длину почти 17 миль. Слегка изменено по материалам Профессионального доклада Геологической службы США № 444, таблица 1. (Рис. 4)
(слева) Диаграмма в высоком разрешении (справа)
После того как гранодиорит затвердел, фундамент горы Рейнир был завершен, за исключением еще одного изменения ландшафта, которое предшествовало рождению вулкана. Вскоре после формирования гранодиорита начал подниматься Каскадный горный хребет — не быстро, а постепенно, в течение многих тысяч лет. По мере поднятия суши реки прорезали долины в растущих горах, так что к тому времени, когда новый вулкан начал извергаться, Каскады уже превратились в суровый хребет из высоких гребней и пиков, разделенных глубокими долинами. Таким образом, глубокая эрозия обнажила слои горных пород, в которых мы сегодня читаем геологическую историю парка (рис. 4).
Краткая биография горы Рейнир
Жизненный цикл вулкана можно сравнить с жизнью человека — после рождения и короткой юности он взрослеет и стареет. Дата рождения горы Рейнир точно не известна, но это должно было произойти не менее нескольких сотен тысяч лет назад. Мы не можем много сказать о сложной юности вулкана, потому что большинство его самых ранних отложений сейчас погребены под более поздними. В раннем возрасте, задолго до того, как конус вырос до своего нынешнего размера, густая лава, подобная горячему гудрону, неоднократно стекала на 5–15 миль вниз по глубоким каньонам окружающих гор. Поскольку эти лавовые потоки сопротивлялись последующей эрозии реками и ледниками, большинство из них сейчас образуют гребни, как на Рампарт-Ридж, Берроуз-Маунтин, Гранд-Парк и Клапатче-Ридж (рис. 5 и 6). Сильные взрывы время от времени выбрасывали пемзу на склоны растущего вулкана и окружающие горы. По мере взросления вулкана на смену длинным мощным потокам пришли более тонкие и короткие, которые, накладываясь друг на друга, создали гигантский конус, ныне доминирующий в регионе. Несмотря на то что гора Рейнир сейчас состарилась, она ненадолго «оживала» много раз за последние 10 000 лет или около того и может снова извергнуться в будущем.
События последних 10 000 лет, поскольку они столь недавние с точки зрения геологического времени, известны лучше, чем события любого более раннего периода, и мы можем изучить эту часть истории вулкана довольно подробно. Мы рассмотрим три основных предмета: извержения — потому что они имели широкомасштабные последствия; ледники — потому что они являются такими заметными особенностями горы; и оползни — потому что они радикально изменили форму вулкана.
Результаты недавних извержений
Во время походов вы вскоре заметите, что вдоль троп в национальном парке Маунт-Рейнир находится большое количество пемзы. Пемза — это легкая вулканическая порода, настолько полная воздушных пустот, что она плавает на воде. Воздушные пустоты, или пузырьки, возникли, когда фрагменты богатой газом лавы взрывообразно выбрасывались в воздух над вулканом, и расплавленная порода затвердевала до того, как газ успевал выйти. Если вы изучите отложения пемзы в дорожной выемке, на берегу ручья или в корнях поваленных деревьев, вы также можете заметить, что слоев больше одного (рис. 7). Если вы обогнете вулкан по тропе Уондерленд, вы можете заметить, что наибольшее количество слоев пемзы находится на восточной стороне парка, но самый толстый отдельный слой — на западной стороне. Объяснение отчасти кроется в источнике пемзовых отложений, поскольку некоторая пемза была извергнута не горой Рейнир, а другими вулканами Каскадного хребта в Вашингтоне и Орегоне и принесена в парк сильными южными или юго-западными ветрами. Слои пемзы, выброшенные горой Рейнир за последние 10 000 лет, лежат в основном на восточной стороне вулкана. Сильные ветры, очевидно, уносили эруптивные облака на восток во время извержений и не давали пемзе падать к западу от вулкана. Этот характер распределения в сочетании с укрупнением и утолщением пемзы по направлению к вулкану показывает, что слои были извергнуты горой Рейнир.
Древний лавовый поток от горы Рейнир, образующий Рампарт-Ридж к западу от луга в Лонгмайре. Густая лава стекала по дну старой долины, остывала и затвердевала. Затем реки размыли новые долины по обе стороны потока. Эти новые долины, впоследствии подвергшиеся оледенению, сегодня заняты рекой Нискуалли и ручьем Каутц-Крик. Таким образом, область бывшего дна долины теперь является гребнем. (Рис. 5)