Über Helikopterflüge und die Entstehung des Grand Canyon

Meine mexikanische Freundin schrie, meine deutsche Freundin saß nervös rechts neben mir und ich starrte gebannt aus dem Fenster des Helikopters, der uns über den Rand des Grand Canyon flog.

Doch eigentlich sollte unser Helikopterflug gar nicht stattfinden.

An diesem Tag war es in Arizona so heiß, dass sich das Tal im Canyon enorm aufgeheizt hat. Es bestand die Gefahr für die Helikopter, den Weg aus dem Canyon heraus nicht mehr zu schaffen.  

Wir hatten Glück. Wie durften fliegen. Doch es war tatsächlich der allerletzte Flug des Tages runter zum Colorado River. Alle anderen wurden gegancelt. Und es war erst kurz nach Mittag. 

Im Helikopter war es eng, doch auch hier hatte ich Glück. Ich durfte in der vorderen Reihe des Helikopters sitzen. Endlich war es soweit. Ich würde in den größten Canyon unserer Erde hinunterfliegen. Der Motor wurde gestartet und die Rotorblätter fingen an sich blitzschnell zu drehen. Langsam spürte ich, wie ich leichter wurde und der Helikopter vom Boden abhob. Immer weiter entfernten wir uns von der roten staubigen Erde der flachen Ebene des Colorado Plateaus. 

Mein Herz schlug schneller. Wir näherten uns der Kante.

Plötzlich öffnet sich der Boden, klafft in einer gewaltigen Spalte auf, glitzert unten in mehr als einem Kilometer Entfernung, dort wo der mächtige Colorado River fließt, wie er schon immer floss. Ich bin hin und weg. 

Die Canyonwände erheben sich neben uns, als der Helikopter in den Sinkflug geht, um auf der provisorischen Landefläche im Tal zu landen. Wir sind im Grand Canyon angekommen. IM GRAND CANYON. 

Als wir aussteigen, pustet uns eine trockene, staubige Hitze ins Gesicht, wie wir sie schon aus Las Vegas und der Anreise zum Grand Canyon durch Arizona kennen. Die Wärme ist wie ein Föhn. Der Schweiß rinnt selbst im Schatten und meine Kamera ist total überhitzt. Aber sie muss noch durchhalten. 

Denn jetzt steigen wir in ein Pantoon Boot und fahren ein bisschen auf dem Colorado River umher. Ich strecke meine Hand ins kühle Wasser. Ich bin überglücklich. 

Ich habe den Fluss berührt, der eine der spektakulärsten Sehenswürdigkeiten auf unserem Planeten geschaffen hat: den Grand Canyon.

Und so begann alles:

Der Anfang: Das Colorado-Plateau

Das Colorado-Plateau ist eine tektonische Provinz im Gebiet der Nordamerikanischen Kordilleren und liegt südwestlich der Rocky Mountains und westlich der Sierra Nevada. Es umfasst die Bundesstaaten Arizona, Utah, Colorado und New Mexico. Das Colorado-Plateau ist ein Hochplateau und hat eine Fläche von 386.000 km². Das ist größer als die Fläche Deutschlands (358.000km²)!

Kordilleren Nordamerika, Quelle: Allg. Geologie, Press/Siever (2017), Enstehung des Grand Canyon(Abb.1)

Die Entstehung der Kordilleren ist kompliziert. Vereinfacht gesagt sind die Kordilleren das 200 Millionen Jahr alte Resultat einer Kollision der Pazifischen Platte, der Nordamerikanischen Platte und der bereits fast vollständig subduzierten Farallon-Platte.

Übrigens: die Subduktion der Farallon-Platte und die damit einhergehende konvergente Plattengrenze (die Stelle, an der sich zwei Platten voneinander wegbewegen) führte zur Entstehung der heutigen San-Andreas-Verwerfung.

Aus der Kollision der pazifischen mit der amerikanischen Platte sind außerdem auch die Rocky Mountains hervorgegangen. Dieser gebirgsbildende Prozess wird „Laramide Orogenese“ genannt. Sie begann vor etwa 60 Millionen Jahren. Durch die Laramide Orogenese wurde vor 13-16 Millionen Jahren das gesamte Gebiet auf eine Höhe von 3.000m über den Meeresspiegel angehoben.

Auch das Colorado Plateau wurde zu dieser Zeit herausgehoben, allerdings blieb es, anders als die Gesteine in seiner Umgebung, praktisch unbearbeitet. Es ist weitestgehend flach und weist keinerlei Verformungen oder Störungen auf, die durch eine Dehnung oder Stauchung entstanden sein könnten. Das Colorado Plateau liegt auf einer Höhe von 610m üNN bis zu 2.134m üNN und Berggipfel bis zu 3.960m.

Die wichtigste Komponente: Der Colorado-River

Im Gebiet des Colorado Plateau gibt es viele entwässernde Flüsse. Die beiden wichtigsten davon sind der Colorado River und der Green River. Sie entspringen im Hochland der Rocky Mountains und fließen bei Moab, Utah, zusammen.

Colorado River, Source: americanrivers.org, Entstehung des Grand Canyon(Abb. 2)

Ein Fluss besitzt eine Erosionsbasis, die sein Verhalten sozusagen steuert. Die Erosionsbasis liegt auf einer Höhenebene mit dem Gewässer, in welches der Fluss mündet.

Das Ansteigen des gesamten Colorado Plateaus und die weit ausgedehnte flache Ebene führten also dazu, dass der Colorado River sein Flussbett immer tiefer einschneiden muss, bis die neue Höhenlage der Erosionsbasis erreicht ist.

Aus diesem Grund und aufgrund der unterschiedlichen Härte der horizontal lagernden Gesteinsschichten und der daraus resultierenden unterschiedlichen Verwitterungsresistenzen, bildete der Colorado River nach und nach Flussterrassen im Sediment des Colorado Plateaus.

Das Ergebnis: Der gigantische Grand Canyon

So entstand der majestätische Grand Canyon. Der Zugang zum Grand Canyon Nationalpark ist über zwei Seiten möglich: den South Rim und den North Rim. Die Canyonränder befinden sich in einer Höhe von etwa 2.100m üNN. Das Flussbett des Colorado River bei 700m üNN. Der Canyon ist zwischen 200m und 30km breit.

Woher weiß man eigentlich, welche Schichten die ältesten sind?

In der Geologie gibt es die drei (für uns heutzutage sehr logischen) Lagerungsprinzipien von Steno:

  1. Die Lagerungsfolge: Wenn die Gesteinsabfolge ungestört ist, dann liegen die ältesten Gesteine unten und die jüngsten oben. Chronologische geordnete Gesteinsschichten werden „stratigraphische Abfolge“ genannt.
  2. Horizontale Lagerung: Alle Sedimentschichten werden ursprünglich horizontal abgelagert.
  3. Das Prinzip der lateralen Kontinuität: Jede Sedimentschicht ist ursprünglich ein theoretisch unendlich ausgedehntes flaches Gebiet und wird erst später durch tektonische Vorgänge geformt (z.B. Brüche, Verformungen, Falten).

So sind die untersten Gesteinsschichten des Grand Canyon unvorstellbare 1,7-2,0 Milliarden Jahre alt (die älteste Gesteinsschicht am Sockel ist der Vishnu-Schiefer mit 1,8 Milliarden Jahren). Die jüngsten Schichten, ganz oben, sind 250-200 Millionen Jahre alt.

Gesteinsschichten des Grand Canyon, Quelle: Allg. Geologie, Press/Siever (2017), Enstehung des Grand Canyon(Abb. 3)

 

Kurvige Schönheit: Der Horseshoe Bend

Der sogenannte Horseshoe Bend (zu Deutsch: Hufeisen-Kurve) ist ein Mäander des Colorado River im US-Staat Arizona, nahe der Stadt Page. Mit Mäander bezeichnet man eine einzelne Schleife eines in mehreren Schleifen fließenden (mäandrierenden) Flusses.

Horseshoe Bend, Source: Unsplash

Wie bereits erwähnt war die Ebene des Colorado Plateaus flach. Nach und nach hob sich dieses Plateau bedingt durch tektonische Vorgänge an – diese Bewegung dauert übrigens bis heute. Dadurch wurde der Colorado River gezwungen, sein Bett tief in die Sedimente des Talbodens einzuschneiden.

Aufgrund des niedrigen Gefälles war die Fließgeschwindigkeit des Colorado Rivers langsam. Sie war nicht hoch genug, um gerade aus zu fließen und grub daher – zumindest an der Stelle des Horseshoe Bend – einen Mäander in den Sandstein.

Nicht von Anfang an war dieser Mäander so groß und schön ausgebildet wie heute:

Wenn sich ein Fluss auf einer kurvigen Bahn befindet, dann ist er nicht überall gleich schnell.

Das kennst du wahrscheinlich vom Autofahren: Fährt ein Auto mit relativ hoher Geschwindigkeit in eine Kurve, merkst du, wie du auf die jeweilige Außenseite der Kurve gedrückt wirst. In der Physik wird diese Kraft als Zentrifugalkraft bezeichnet.

Genau das gleiche geschieht im Fluss. Das Wasser des Colorado Rivers wird durch die Beschleunigung, die er auf seinem bisherigen Verlauf erfahren hat, in die Kurve gedrückt, erhält somit viel Kraft und erodiert nach und nach Material von der Außenseite des Bogens. Dieser Abschnitt des Mäanders wird Prallhang genannt, weil das Wasser regelrecht dagegen prallt.

Der gegenüberliegende Abschnitt des Mäanders wird Gleithang genannt. Dort fließ das Wasser langsam und zuvor vom Colorado River mitgeführtes Sediment kann abgelagert werden.

Die Fließgeschwindigkeit am Prallhang ist also höher als am Gleithang. Aufgrund dieser einfachen Tatsache passieren zwei Dinge:

  1. Die Uferbänke der Schlinge werden immer größer.
  2. Der Hals der Schlinge wird immer enger.

Dieser Vorgang dauert unvorstellbar viele Jahre an, bis der Hals immer dünner wird, der Fluss durchbricht und sich eine direkte Verbindung zum gegenüberliegenden Flussteil bahnt. Zurück bleibt ein Altwasserarm des Colorado River und in der Mitte die Insel des Horseshoe Bend.

Übrigens ist das Phänomen des Mäanders und Altwasserarms nicht nur in exotischen und weit entfernt liegenden Orten zu beobachten: Überall sind diese mäandrierenden Flüsse und Bachläufe zu finden. In Deutschland berühmte Beispiele sind zum Beispiel der Rhein und die Mosel.

Warst du schon einmal beim Grand Canyon? Erzähl es uns in den Kommentaren!

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Quellen:

https://www.nps.gov/articles/coloradoplateaus.htm

https://www.nps.gov/articles/coloradoplateaus.htm

https://www.americanrivers.org/river/colorado-river/

http://homepage.ruhr-uni-bochum.de/dirk.fregin/natpark.htm

Allgemeine Paläontologie, Michael Amler (2012)

Allgemeine Geologie, Press/Siever (2017)

[1] Abbildung 1 aus Allgemeine Geologie, Press/Siever (2017), S. 248

[2] Abbildung 2 von https://www.americanrivers.org/river/colorado-river/ mit eigenen Anmerkungen

[3] Abbildung 3 aus Allgemeine Geologie, Press/Siever (2017), S. 204

[4] Bild Horseshoe Bend: Unsplash.com

[5] Titelbild: Eigenes Bild

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