Иллюстрация на обложке: вид на гору Берк (в центре, на заднем плане). Снимок сделан в северо-восточном направлении с трассы штата 114, примерно в 5 милях к югу от Ист-Берка.
ГЕОЛОГИЯ ГОСУДАРСТВЕННОГО ПАРКА ДАРЛИНГ
Автор: ГАРРИ В. ДОДЖ-МЛАДШИЙ
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ СЛУЖБА ВЕРМОНТА Чарльз Г. Долл , государственный геолог
ДЕПАРТАМЕНТ ЛЕСОВ И ПАРКОВ Роберт Б. Уильямс , комиссар
ДЕПАРТАМЕНТ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
1967
Рисунок 1. Карта с указанием расположения горы Берк (государственный парк Дарлинг) и горных вершин, которые видны с вершины горы Берк.
Jay Peak 39 MILES 3861′ Gore Mtn. 25 MILES 3330′ Monadnock Mtn. 29 MILES 3140′ Haystack Mtn. 35 MILES 3223′ Belvidere Mtn. 34 MILES 3360′ Willoughby Lake 15 MILES Bold Mtn. 15 MILES 3315′ Mount Mansfield 44 MILES 4393′ Stone Mtn. 11 MILES 2753′ Mount Washington 35 MILES 6288′ Camels Hump 50 MILES 4085′ Mount Ascutney 80 MILES 3144′
ГЕОЛОГИЯ ГОСУДАРСТВЕННОГО ПАРКА ДАРЛИНГ
Автор: ГАРРИ В. ДОДЖ-МЛАДШИЙ
ВВЕДЕНИЕ
Государственный парк Дарлинг, расположенный на северо-востоке Вермонта (см. карту «Гора Берк», рис. 1), предоставляет прекрасные возможности для любителей кемпинга, пикников, пеших походов, живописных видов и зимнего спорта. В ясный день с вершины горы Берк открывается потрясающий вид на северо-восток Вермонта и такие отдаленные объекты, как гора Аскатни (расположенная на реке Коннектикут примерно в 80 милях к югу по прямой). Другими заметными вершинами, которые можно увидеть, являются Камелс-Хамп (в 50 милях к юго-западу), гора Мэнсфилд (в 44 милях к западу), пик Джей (в 39 милях к северо-западу) и гора Вашингтон (самая высокая вершина в штатах Новой Англии и на северо-востоке, расположенная в Нью-Гэмпшире примерно в 47 милях к юго-востоку от горы Берк). Путешественнику вид с горы Берк позволяет понять, «где он побывал» и куда он может «отправиться дальше». Расположение точек, видимых со смотровых площадок на вершине горы Берк, см. на рисунке 1.
И профессиональным натуралистам, и любителям государственный парк Дарлинг покажется чрезвычайно интересным. Данная брошюра посвящена главным образом геологии парка, однако местная фауна и флора подарят посетителю дни увлекательных исследований. Есть надежда, что в скором времени будут опубликованы брошюры, описывающие эти аспекты государственного парка Дарлинг.
ГЕОЛОГИЯ ПАРКА
Прежде чем переходить к более детальному рассмотрению геологии государственного парка Дарлинг, необходимо объяснить некоторые базовые геологические понятия. Но даже перед этим, пожалуй, стоит прояснить положение геологии среди множества других и зачастую взаимосвязанных наук.
Можно сказать, что основная цель науки геологии носит двойственный характер: одна ее часть носит экономический характер, а другая связана с базовым любопытством человека. В первом случае геолог благодаря своим знаниям о горных породах земли находит те незаменимые минералы и виды топлива, без которых наше развитое общество и технологии не смогли бы существовать. Во втором случае геолог пытается разгадать многочисленные тайны земной коры исключительно ради утоления жажды знаний и передачи этих знаний своим согражданам. Эти две основные причины дополняют друг друга и позволяют геологии продолжать свое развитие как в качестве фундаментальной науки, так и в качестве важнейшего экономического подспорья для страны.
Как и во многих сферах современной научной деятельности, геолог в значительной степени полагается на смежные науки для понимания стоящих перед ним задач. Базовые, а зачастую и углубленные знания физики, химии, математики и зоологии (и это лишь некоторые из них) необходимы геологу, прежде чем он сможет подступиться ко многим собственным проблемам. Для вас, возможно, уже очевидно, что геолог непременно войдет в состав первой научной экспедиции, которая отправится на Луну и планеты.
В рамках общей науки геологии существует несколько ответвлений, назовем лишь некоторые из них: палеонтология, седиментология, минералогия, петрология, стратиграфия, геология нефти и газа, а также структурная геология. Каждое из этих ответвлений или специализированных направлений предоставляет базовые данные для общей интерпретации прошлой геологической истории любой конкретной географической области. Исторический геолог собирает все эти подсказки воедино и пытается составить из фрагментов информации картину прошлых событий.
Прежде чем можно будет восстановить историю государственного парка Дарлинг, необходимо понять концепцию геологического времени. Обычно мы мыслим категориями минут, часов, дней, недель, месяцев и лет. Геолог мыслит и оперирует понятиями миллионов или даже миллиардов лет. В прошлой истории Земли невозможно выделить столь короткие единицы времени, как сотни лет. Если учесть, что возраст Земли составляет, вероятно, от 4 до 6 миллиардов (от 4000 до 6000 миллионов) лет, причем летопись этих лет неполна, легко понять, почему геолог говорит о миллионах лет, а не об отдельных годах. С помощью современных методов радиоизотопного датирования геолог надеется в будущем добиться более точного определения временных интервалов.
Короче говоря, геолог интерпретирует и приводит в систему миллионы лет истории, которые можно «прочитать» лишь по записям, оставленным в горных породах прямо у нас под ногами. Разумеется, простое созерцание горных пород не открывает магическим образом книгу геологической истории. Эта брошюра призвана обострить вашу наблюдательность и помочь вам в интерпретации этих наблюдений.
Рисунок 2. Шлиф гранита с горы Берк. Основными минералами, видимыми на этой фотографии, являются полевой шпат (светло-серый в центре справа, отмечен буквой «F»); кварц (беловатый, отмечен буквой «Q»); биотит (светло-серый, крапчатый вид, отмечен буквой «B»). Обратите внимание на взаимопроникающий характер минералов, составляющих эту породу. Увеличение в 15 раз, при скрещенных николях.
ГОРНЫЕ ПОРОДЫ И ИХ ИСТОРИЯ
Наиболее заметной горной породой в парке является гранит [1]. Вдоль дороги, петляющей к вершине горы Берк, вы увидите несколько обнажений горных пород белого или розоватого биотитового гранита (рис. 4). Этот гранит отлично представлен на парковке у вершины и вдоль тропы к смотровой башне (рис. 3 и 5). Прогулка по лыжной трассе «Медвежья берлога» также демонстрирует обилие обнажений горных пород гранита (рис. 6, 7 и 8).
Рисунок 3. Крапчатый гранит с включением метаморфической породы. Черные крапинки в граните — это чешуйки черной биотитовой слюды. Метаморфическое включение, расположенное чуть выше головки молотка, демонстрирует некоторую реакцию с внедряющимся гранитом. Обломки метаморфической породы были подмыты и упали в гранит по мере того, как он прокладывал себе путь вверх в эти породы. Снимки сделаны в нескольких ярдах к западу от башни на вершине горы Берк.
При рассмотрении некоторых из вышеупомянутых фотографий обнаруживается второе семейство горных пород (рис. 3, 5, 6, 7 и 8, а также рис. 9, 10, 11 и 16). Во многих местах эти горные породы имеют слоистый или полосчатый вид, а в других местах в некоторых слоях широко распространены крупные пластинчатые кристаллы. В некоторых районах эти породы выглядят очень разнородными и демонстрируют искривленные слои и обильное развитие пластинчатых кристаллов (рис. 12 и 13). Эти горные породы принадлежат ко второму основному семейству пород — метаморфическим горным породам. Метаморфические горные породы [2], наблюдаемые в парке, изначально были осадочными горными породами [3]. Эти породы относятся к формации Джайл-Маунтин [4], которая отложилась в девонский период [5] около 300 миллионов лет назад (см. геохронологическую шкалу, рис. 14). На этом мы закончим с двумя основными семействами горных пород, присутствующими в парке — магматическими и метаморфическими горными породами, — и тем, как отличать одно от другого. Будем считать, что теперь вы можете отличать гранит от метаморфических горных пород.
Рисунок 4. Обнажение горных пород биотитового гранита, расположенное на дороге к вершине между вторым и третьим поворотами от вершины горы Берк и с правой стороны дороги при спуске. Обратите внимание на «структуру плитчатой отдельности» или плоскую поверхность трещины, которая наклоняется или падает в сторону дороги. Этот плоский разлом в породе, вероятно, был вызван сбросом давления вышележащего ледникового щита, когда он растаял в этом регионе.
Рисунок 5. Восточная сторона парковки на вершине горы Берк. Обнажение горных пород гранита со множеством включений метаморфических пород (молоток в центре фотографии лежит на крупном включении). Слоистость или полосчатость во включениях почти вертикальная.
Рисунок 6. Обнажение горных пород, расположенное примерно посредине лыжной трассы «Медвежья берлога». Чередующиеся метаморфические кварцит и филлит, прорванные более светлым и крапчатым биотитовым гранитом. Обратите внимание на то, как гранит пересекает слоистые или полосчатые метаморфические горные породы. Это пересечение указывает на тот факт, что слоистость или полосчатость присутствовала до внедрения гранита.
Рисунок 7. Обнажение горных пород, расположенное примерно посредине лыжной трассы «Медвежья берлога». Метаморфические кварцит и филлит (темного цвета) и внедряющийся биотитовый гранит (светлый крапчатый вид). Здесь гранит находится в более или менее согласном залегании со слоями или полосами в метаморфической горной породе. Сравните это залегание с несогласным залеганием на рис. 6. Для масштаба: рукоятка геологического молотка или кирки имеет длину около 12 дюймов.
Каково же взаимоотношение одного типа пород с другим? То есть, там, где оба эти типа горных пород обнажены вместе в одном обнажении, можете ли вы описать физический контакт одного с другим? Например, посмотрите на рисунок 6, сделанный примерно посредине трассы «Медвежья берлога»: здесь вы видите гранит (белую крапчатую магматическую породу, которая пересекает картинку по горизонтали), секущий отчетливо слоистые или полосчатые метаморфические горные породы. Говорят, что гранит находится в секущих взаимоотношениях с метаморфическими горными породами. В некоторых обнажениях гранит располагается более или менее параллельно слоям метаморфической горной породы (рис. 7). В этом случае говорят, что гранит находится в согласном залегании с метаморфическими горными породами. Еще одно взаимоотношение между гранитом и метаморфической горной породой показано на рисунке 8. Здесь блоки метаморфических пород заключены в гранит. Эти заключенные блоки называются включениями и представляют собой куски вмещающей породы, которые упали во внедряющийся гранит или оказались окружены им.
Рисунок 8. Включение слоистой или полосчатой метаморфической породы (молоток лежит на этом включении) в более светлом биотитовом граните, наблюдаемое вдоль лыжной трассы «Медвежья берлога». Метаморфические горные породы были прорваны и подмыты гранитными породами, в результате чего куски метаморфической породы оказались окружены гранитом. Для масштаба: рукоятка геологического молотка или кирки имеет длину около 12 дюймов.
Рисунок 9. Снимок, сделанный вдоль дороги на вершину горы Берк, с типичной метаморфической породой формации Джайл-Маунтин. Здесь горные породы падают почти вертикально. Для тех, кто более продвинут в геологии, обратите внимание на подушкообразные сегменты или будинаж-структуру примерно в одном футе к левому краю от острия зубила молотка. Эта структура обусловлена растяжением породы. Для масштаба: рукоятка молотка имеет длину около 12 дюймов.
Рисунок 10. Полосчатые или слоистые метаморфические горные породы с выжатым между ними гранитом (более светлый материал). Это обнажение горных пород расположено на восточной стороне лыжной трассы «Медвежья берлога» и совсем близко к дороге на вершину горы Берк. Рукоятка молотка в центре фотографии имеет длину около одного фута.
Рисунок 11. Снимок, сделанный всего в нескольких ярдах от смотровой башни на горе Берк, вдоль тропы к парковке на вершине, с видом на северо-запад. Здесь вы видите метаморфические горные породы (кварцит и филлит) с некоторым количеством выжатого гранита. Обратите внимание на то, как почти вертикальные слои метаморфической породы изгибаются или «огибают» вправо. Высокоустойчивый выжатый гранит фактически поддерживает гору Берк или, выражаясь более научно, не дает этим горным породам разрушаться так же быстро, как окружающие породы. Для масштаба см. планшет в центре фотографии.
Исходя из этих взаимоотношений, что можно сказать об относительном возрасте двух типов горных пород? Какая из них старше или образовалась первой? Какая образовалась последней? Если вы изучите вышеупомянутые взаимоотношения в течение минуты или около того, станет очевидно, что слористая порода должна была сформироваться до внедрения гранита. Некоторые из минералов, наблюдаемых ныне в слоистых или полосчатых метаморфических горныхродах, образовались во время внедрения гранита, но базовый «материал» или частично метаморфизованная осадочная порода присутствовали до того, как гранит проник в этот район снизу. Таким образом, знание двух присутствующих типов горных пород и понимание их взаимоотношений друг с другом рассказывают нам историю по меньшей мере о двух событиях, произошедших в районе парка сотни миллионов лет назад.
Рисунок 12. Обнажение горных пород на южной смотровой площадке на вершине горы Берк. Искривленные слои метаморфической породы формации Джайл-Маунтин. Пластинчатые кристаллы развивались вдоль некоторых из этих слоев во время второго периода метаморфизма, то есть когда гранит внедрялся в метаморфические горные породы. Для масштаба: рукоятка молотка имеет длину около одного фута.
Можем ли мы найти в этих горныхродах другие факты, которые могли бы дополнить вышеупомянутые события? Ответ на этот вопрос — да! Типы минералов, обнаруженных в метаморфических горных породах, в сочетании с унаследованной слоистой структурой, столь распространенной в этих породах, говорят нам о том, что когда-то они были осадочными горными породами. Существуют и другие свидетельства того, что эти осадочные горные породы подверглись небольшому метаморфизму и складкообразованию до внедрения гранита. Дополнительная информация указывает на то, что те же горные породы подверглись воздействию возрастающих температур при внедрении гранита, в результате чего произошло еще одно изменение минералов метаморфизма. К настоянию момент горные породы поведали нам о четырех отчетливых событиях: накоплении и уплотнении осадочных пород формации Джайл-Маунтин, первом периоде широкомасштабного метаморфизма, сопровождавшемся обширным складкообразованием, внедрении гранита и второй фазе метаморфизма с повышенными температурами, вызванными этим внедрением (см. геологические разрезы, иллюстрирующие геологическую историю района парка, рис. 17).
Рисунок 13. Фотография обнажения горных пород под смотровой башней на вершине горы Берк. Обратите внимание на разнородный вид пропитанной гранитом метаморфической породы. Здесь метаморфическая порода по своему составу приближается к самому граниту, и если бы этот процесс зашел немного дальше, ее можно было бы назвать оганиченной (ограниченной / гранитизированной) породой. Крупные пластинчатые кристаллы весьма заметны в горных породах этого обнажения.
Четыре события, упомянутые в предыдущем абзаце, произошли сотни миллионов лет назад. Что произошло в парке после этих событий? Взгляните на рисунок 15, который был сделан вдоль дороги на вершину горы Берк (при сходе с вершины это обнажение расположено с вашей правой стороны, посредине между вторым и третьим поворотами дороги). Здесь гранит демонстрирует линейные царапины или штриховку, простирающиеся примерно на 40 градусов к востоку от юга (общее направление, куда указывает рукоятка молотка). Снова же, прямо вниз по дороге от промежуточной зоны для пикников и кемпинга, с правой стороны, можно увидеть штриховку. Здесь они простираются примерно на 45 градусов к востоку от юга или примерно в том же направлении, что и первая серия упомянутой штриховки. Эти царапины или штриховка встречаются во многих местах по всему парку, и в большинстве случаев их ориентация примерно одинакова. Что вызвало эту многочисленную штриховку?
Рисунок 14. Геохронологическая шкала. Основные геологические события государственного парка Дарлинг отмечены справа, напротив примерного геологического времени, когда каждое из них произошло.
ERAS PERIODS—YEARS AGO DARLING STATE PARK EVENTS EPOCHS CENOZOIC CENOZOIC GLACIAL STRIATIONS—“SHEETING STRUCTURE” Pleistocene Pliocene EROSION, JOINTING Miocene Oligocene Eocene Paleocene 70 MILLION MESOZOIC CRETACEOUS JURASSIC TRIASSIC 200 MILLION PALEOZOIC PERMIAN PENNSYLVANIAN MISSISSIPPIAN EROSION, JOINTING Invasion of Granite with second stage of metamorphism. DEVONIAN Regional folding and first episode of metamorphism. SILURIAN Deposition of the Gile Mountain Formation. 360 MILLION NO RECORD IN PARK ORDOVICIAN CAMBRIAN 550 MILLION PRECAMBRIAN TIME——ORIGIN OF EARTH, 4 TO 5 BILLION YEARS AGO.
Рисунок 15. Ледниковая штриховка или царапины на обнажении горных пород посредине между вторым и третьим поворотами дороги при спуске с вершины горы Берк. Штриховка простирается примерно на 40 градусов к востоку от юга или примерно в том же направлении, куда указывает рукоятка молотка. Рукоятка молотка имеет длину около одного фута.
Рисунок 16. Посредине между вторым и третьим поворотами при спуске по дороге на вершину горы Берк. Метаморфические кварцит и филлит, демонстрирующие по меньшей мере две заметные трещины. Слои вертикальны и параллельны передней трещине (к которой прикасается рукоятка молотка). Для более продвинутого студента-геолога: обратите внимание на линейность, параллельную рукоятке молотка и находящуюся на передней поверхности. Для масштаба: рукоятка молотка имеет длину около одного фута.
Поскольку они до сих пор сохранились в горных породах и мы можем их видеть, они должны были образоваться совсем недавно, то есть по геологическим меркам. Что может объяснить эту штриховку и их общую ориентацию? Вы когда-нибудь слышали о Великом ледниковом периоде, или плейстоценовой эпохе? Менее миллиона лет назад, а точнее около 12 000 лет назад, ледяной щит толщиной во много тысяч футов прошел по горе Берк в юго-восточном направлении. Множество валунов, вмерзших в нижнюю сторону ледяного щита, царапали горные породы, по которым они двигались. Царапины или штриховка, видимые в горных породах парка, были вызваны этими прикрепленными валунами. Ледяной щит также выпахивал и сглаживал гору Берк, придав ей форму, которую она имеет сегодня.