גאולוגיה של הגרנד קניון

הגאולוגיה של הגרנד קניון חושפת את אחד הרצפים השלמים והנחקרים ביותר של סלעים על פני כדור הארץ. גילן של קרוב ל-40 שכבות סלעי המשקע שנחשפו בגרנד קניון ובשטח הפארק הלאומי גרנד קניון נע בין 200 מיליון שנים לקרוב ל-2 מיליארד שנים. מרביתן התגבשו במים רדודים וחמימים בסמוך לחופי ים, שמזמן כבר אינם קיימים, במערב אמריקה הצפונית. בין השכבות יש ייצוג הן למשקעים ימיים והן למשקעים יבשתיים, כולל דיונות מאובנות ממדבר נכחד. נתגלו לפחות 14 מקרים של אי התאמה בטור הסטרטיגרפי של שכבות סלעי המשקע באזור הגרנד קניון.

האזור החל להתרומם לפני כ-75 מיליון שנים במהלך האורוגנזה הלרמידית - אירוע של בניית רכסי הרים שהיה הגורם העיקרי ליצירת הרי הרוקי במזרח. בסך הכול התרוממה רמת קולורדו כ-3.2 קילומטרים. פרובינציית אגן ורכס הסמוכה ממערב החלה להיווצר לפני כ-18 מיליון שנים כתוצאה מהתמתחות קרום כדור הארץ. המים של מערכת הניקוז זרמו דרך מה שכיום הוא מזרח הגרנד קניון ונשפכו לתוך מה שהוא כיום חלקה התחתון של פרובינציית אגן ורכס. פתיחתו של מפרץ קליפורניה לפני כ-6 מיליון שנים אפשרה לנהר גדול לחצוב את דרכו מהמפרץ בכיוון צפון מזרח. הנהר החדש השתלט על מערכת הניקוז הישנה על מנת ליצור את נהר הקולורדו שהחל להתחתר בגרנד קניון.

אקלימים לחים יותר, תוצאה של עידני קרח שהחלו לפני 2 מיליון שנים הגבירו במידה ניכרת את חציבת הגרנד קניון, שלפני 1.2 מיליון שנים כבר היה עמוק כמו בימינו. פעילות געשית השקיעה לבה על האזור בתקופה שבין לפני 1.8 מיליון שנים ל-500,000 שנים. לפחות 13 סכרי לבה חסמו את נהר הקולורדו תוך יצירת אגמים שעומקם הגיע עד 600 מטרים. סוף עידן הקרח האחרון ופעולותיו של האדם במאה השנים האחרונות הפחיתו מאוד את עוצמת החתירה של הנהר בקניון, בפרט סכרים אשר שינו לגמרי את תבניות הסעת הסחף בנהר והשקעתו. נעשו ניסיונות ליזום שיטפונות מבוקרים מסכר קניון גלן במעלה הנהר על מנת לראות האם יש לפעולה זו אפקט משקם. רעידות אדמה ואירועי סחיפה מסוג תנועת בלית עדיין משפיעים על עיצוב פני האזור.

התגבשות המשקעים

הפרקים להלן מפרטים את שכבות הסלע של אזור הגרנד קניון מהסלעים העתיקים ביותר ועד לסלעים הצעירים ביותר.

הגאולוגים מקבצים את השכבות ליחידות ליתוסטרטיגרפיות (יחידות סלע) הקרויות פרטים (באנגלית members) המוכלות בתוך תצורות (formations) המקובצות לחבורות (groups) המאוחדות, במקרים נדירים, לחבורות-על (supergroups). יחידות הסלע קרויות על שם תצורות נוף שבקרבתן התגלו לראשונה. תצורות הנוף (גבעות, קניונים, מצוקים וכו') באזור הגרנד קניון כונו בשמות אנשים, שמות אינדיאניים מקוריים, שמות הלקוחים ממיתולוגיות שונות, שמות שנועדו לתאר דמיון בין תצורות הנוף לאתרים ידועים אחרים ואפילו שמות ליריים כיד הדמיון של האדם שהדביק את הכינוי. רבים משמות תצורות הנוף מקורם בכינויים שהעניק להם הגאולוג קלרנס דטון (Clarence Edward Dutton; 1912-1841) שפרסם ב-1882 את המחקר הגאולוגי המקיף הראשון על הגרנד קניון ("Tertiary History of the Grand Canon District"). דטון האמין ששמות של מקומות בגרנד קניון, בהיותו אחת מצורות הנוף החשובות והמרשימות ביותר על פני כדור הארץ, חייבים לשקף את מכלול תרבויות העולם, והוא בחר שמות ממיתולוגיות ואגדות ממקומות שונים בעולם. משום כך יש בגרנד קניון שמות מהמיתולוגיה ההודית (גבעת Vishnu Temple - "מקדש וישנו"), מהמיתולוגיה המצרית (צוק Tower of Ra - "מגדל רע"), מהבודהיזם (גבעת Budda Temple - "מקדש בודהה") ומהמיתולוגיה הרומית (גבעת Jupiter Temple - "מקדש יופיטר").

תשתית סלעי היסוד והסלעים המותמרים
גנייס אלווס כּאזם (במקור Elves Chasm Gneiss) - גילו מוערך ב-1.84 מיליארד שנים, כ-90 מיליון שנים עתיק יותר מכל סלע אחר בגרנד קניון. סלע גנייס זה נתגלה אך ורק באזור קניון אלווס כּאזם (Elves Chasm - "נקיק האלפים"). אף שמקורו אינו ברור, יש המעריכים שהוא קטע מקרום קדום של כדור הארץ.
המערכת המותמרת של ערוץ הגרניט (במקור Granite Gorge Metamorphic Suite) - שם כולל לשלוש יחידות נבדלות של סלעים על-תשתיתיים מתור הפלאופרוטרוזואיקון בערוץ הגרניט העילי (Upper Granite Gorge): יחידות סלעים אלו מכונות על שמות אלים מהמיתולוגיה ההודית:
צפחת ברהמה (Brahma Schist) - סלע הצפחה נוצר בהתמרה של סלעים געשים מאפיים עד בינוניים וגילו מתוארך ל-1.75 מיליארד שנים. הרכב הסלע כולל צפחות של אמפיבוליט, הורנבלנדה-ביוטיט-פלגיוקלז ומשקעים סולפידיים מותמרים.
צפחת ראמה (Rama Schist) - התמרה של סלעים געשיים פלסיים המתוארכת לפני 1.742 מיליארד שנים. הרכב הסלע צפחות של קוורץ ופצלת השדה. על סמך עירוב השכבות בין יחידות הסלע והכמות הגדולה של הסלעים מיחידות אלו משערים כי מקורם בסלעי געש תת-מימיים הקשורים לקשת איים. יחידות אלו כוסו בצפחת וישנו.
צפחת וישנו (Vishnu Schist) - הרכב הסלע צפחות של קוורץ ונציצים. השכבה נוצרה בעידן הפרקמבריון כאשר כ-8,000 מטרים של אפר געשי, בוץ, חול, וטין הושקעו באגן גב הקשת הרדוד, בדומה לים יפן של ימינו. האגן היה בין לאורנטיה (יבשת שקדמה לאמריקה הצפונית) ובין הרצועה האורוגנית של הרים והרי געש בקשת איים דומה לאיי יפן של ימינו. מלפני 1.8 מיליארד שנים ועד לפני 1.6 מיליארד שנים התנגשו לפחות שתי קשתות איים עם היבשת הפרוטו אמריקה הצפונית. תהליך זה של טקטוניקת הלוחות דחס משקעים ימיים אלו, דחף אותם אל לאורנטיה וגרם להתרוממותם מעל פני הים. בשלב מאוחר יותר נקברו סלעים אלו בעומק של 19 קילומטרים מתחת לפני השטח ועברו התמרה בתנאי החום והלחץ בעומק זה. זהו כיום הסלע הקשה של צפחת וישנו שנחשף בערוץ הפנימי שבתחתית הקניון. לא נתגלו מאובנים במערכת המותמרת של ערוץ הגרניט, אך ייתכן שעדשות של שיש שנתגלו ביחידות סלעים אלו נוצרו ממושבות של אצות פרימיטיביות.
גרניט זורואסטר (Zoroaster Granite) - נוצר כאשר במקביל להתנגשות בין האיים הגעשיים והיבשת לפני כ-1.7 מיליארד שנים עלו גושים של מאגמה מאזור ההפחתה וחדרו לתוך המערכת המותמרת של ערוץ הגרניט. מחדרים פלוטונים אלו התקררו לאיטם תוך יצירת סלע הגרניט שבחלקו עבר מאוחר יותר התמרה והפך לגנייס. ניתן לראות יחידת סלע זו כרצועות בהירות בצפחת וישנו הכהה יותר והמשובצת בגארנט (מסומנת ב-1b בשרטוט 1). החוקרים מונים כ-20 מחדרים פלוטונים שהתרחשו בשלושה שלבים: שני שלבים במהלך תקופת ההתמרה הראשונית של צפחת וישנו, והשלישי לפני כ-1.4 מיליארד שנים. לשלב השלישי התלוו יצירת העתקים בקנה מידה נרחב, בייחוד לאורך העתקי צפון-דרום שגרמו לביקוע חלקי של היבשת. ההתנגשות הרחיבה את גבולות היבשת מגבול ויומינג-קולורדו עד מקסיקו וכמעט שהכפילה את עובי קרום כדור הארץ באזור הגרנד קניון. כחלק מעיבוי זה נוצר הרכס הקדום הגבוה (בין 8 ל-10 קילומטרים) של הרי מזאטזל (Mazatzal Mountains). בין המחדרים: פלוטון רובי (Ruby Pluton) הבנוי גרנודיוריט וגילו מוערך ב-1,717 מיליון שנים ועבר התמרה משמעותית, פלוטון פנטום (Phantom Pluton) שגילו מוערך ב-1,662 מיליון שנים ועבר התמרה בינונית ופלוטון קווטרמסטר (Quartermaster Pluton) שגילו מוערך ב-1,375 מיליון שנים או 1,350 מיליון שנים ולא עבר התמרה.
סחיפה שנמשכה כ-300 מיליון שנים סחפה את מרבית המשקעים החשופים ואת ההרים. תהליך זה הקטין את ההרים הגבוהים מאוד לכדי גבעות נמוכות שגובהן היה בין מטרים בודדים לכמה עשרות מטרים. הגאולוגים מכנים פער זמן משמעותי בין יחידות מסלע או הבדלים בגאומטריה ובהרכב שלהן בשם אי התאמה. בתחומי הפארק הלאומי גרנד קניון קיימות אי התאמות רבות, אולם אי התאמה זו שבין סלעי הגרניט שעברו התמרה לצפחה וגנייס בפרקמבריון לבין סלעי אבן חול מן הקמבריון שמעליהם מייצגת את פער הזמן הגדול ביותר, המגיע במקום אחד (Blacktail Canyon) ל-1.2 מיליארד שנה. הגאולוג ג'ון וסלי פאוול (John Wesley Powell; 1902-1834) כינה פער זמן זה בלוח הזמנים הגאולוגי, אותו ניתן לראות גם במקומות אחרים בעולם, אי ההתאמה הגדולה (Great Unconformity). ייתכן שהורבדו משקעים אחרים, אבל גם אם היו קיימים, הם הורחקו לחלוטין על ידי הסחיפה. אי ההתאמה הגדולה היא אחת הדוגמאות הטובות ביותר לאי התאמה סחיפתית, שבה מפריד מישור אי התאמה בין סלעי יסוד או סלעים מותמרים להרבדה חדשה.

חבורת-העל של הגרנד קניון
בשלהי הפרקמבריון גרמה תנועת לוח טקטוני גדול או לוחות קטנים שהתרחקו מלאורנטיה למתיחה והידקקות של הקרום היבשתי תוך יצירת עמק ביקוע שלא גרם לחציית היבשת. בסופו של דבר, אזור שקוע זה של לאורנטיה הוצף בלשון ים רדודה שנמשכה מימת סופיריור של ימינו עד הפארק הלאומי גליישר שבמונטנה לגרנד קניון והרי יואינטה (Uinta Mountains) שבצפון מזרח יוטה. המשקעים שהתגבשו בים זה יצרו בסופו של דבר את חבורת-העל של הגרנד קניון (Grand Canyon Supergroup). חבורת-העל בנויה מתשע תצורות גאולוגיות שהורבדו בים זה מלפני 1.2 מיליארד שנים ועד לפני 740 מיליון שנים. מחשופים של חבורת-על זו ניתן לראות בגרנד קניון המזרחי ב"ערוץ הפנימי" (Inner Gorge) ומנקודות התצפית דזרט (Desert View), ליפאן (Lipan Point) ומוראן (Moran point). במרבית המקומות בגרנד קניון עברה חבורת-העל סחיפה מוחלטת תוך חשיפה של חבורת וישנו מתחתיה (שגם היא עברה סחיפה משמעותית), ובמקומות אלו השכבה המרובדת ישירות על חבורת וישנו שייכת כבר לעידן הפלאוזואיקון. להלן פירוט החבורות והתצורות המרכיבות את חבורת-העל של הגרנד קניון:

חבורת אונקר (Unkar Group) - החלק העתיק ביותר בחבורת-העל. היא הורבדה בסביבה רחוקה מהחוף. גילה מלפני 1,255 מיליון שנים עד לפני 1,100 מיליון שנים.
אבן הגיר בס (Bass Limestone) - התצורה הראשונה שהורבדה בחבורת אונקר. החצץ שנוצר משחיקת הגלים התאבן אחר-כך לקונגלומרט הידוע כפרט הוטאוטה (Hotauta Member) של תצורת אבן הגיר בס. תצורה זו הורבדה בים רדוד סמוך לחוף כתערובת של דולומיט, אבן חול ואבן טין. עובייה בין 80 מטרים ל-91 מטרים וגונה חום-אדום עד אפור אדמדם. גילה הממוצע 1.25 מיליארד שנים והיא השכבה העתיקה ביותר שנחשפה בגרנד קניון המכילה מאובנים - סטרומטוליטים.
פצלי הקאטאי (Hakatai Shale) עשויים משכבות דקות של אבני בוץ, אבני חול, ופצלים שמקורם ימי ושעוביין יחדיו בין 136 ל-300 מטרים. תצורה זו מסמנת נסיגה קצרת ימים של קו החוף באזור שהשאירה מישורי בוץ, וגם בה נתגלו סטרומטוליטים. ההקטאי נחשבת לתצורה הצבעונית ביותר בגרנד קניון וצבעה במחשופים נע בין ארגמן לאדום לכתום בשל התחמצנות המינרלים מכילי הברזל הבונים אותה.
קוורציט שינוּמוֹ (Shinumo Quartzite) - שמה של תצורה זו מטעה במקצת. קוורציט, על פי ההגדרה הקלאסית, הוא סלע מותמר של אבן חול, בעוד שתצורת קוורציט שינוּמוֹ בנויה מאבן חול ממקור ימי שלא עברה התמרה אלא מילוט בלבד. חומר המילוט הוא סיליקה ששקעה בין גבישי אבן החול ועקב כך הסלע הפך קשה כמעט כמו קוורציט מותמר, סוג סלע המכונה, בכינוי שנוי במחלוקת, קוורציט סדימנטרי. גילה של תצורה זו בין לפני 1,200 מיליון שנים ללפני 1,100 מיליון שנים, כלומר מתור המזופרוטרוזואיקון. שכבת אבן חול קשה זו עברה סחיפה תוך יצירת הרי בדד שהפכו לאיים בתור הקמבריון. איים אלו עמדו בפני עוצמת הגלים זמן מספיק לפני שנקברו שוב תחת משקעים בתקופת הקמבריון. עובי שכבה יוצרת צוקים זו היא בין 345 ל-470 מטרים והגאולוגים נוהגים לחלקה לארבעה פרטים חסרי שם, שאינם מוגדרים היטב. גונה חום-אדום, סגול ואפור.
אבן החול דוקס (Dox Sandstone) היא שכבה בעובי 900 מטרים (השכבה העבה ביותר בחבורת אונקר) של אבן חול שמקורה בים מעורבת בשכבות של פצלים ואבן בוץ. גלונים וסימנים נוספים מעידים שהאבן הייתה קרובה לחוף. ניתן לראות מחשופים של תצורה אדומה עד כתומה זו בחלקים המזרחיים של הקניון. בשכבה זו נתגלו מאובנים של סטרומטוליטים ואצות. הגאולוגים נוהגים לחלק שכבה זו לארבעה פרטים.
לבת קרדנס (Cardenas Lava) או גם בזלת קרדנס (Cardenas Basalt) - התצורה "הצעירה" ביותר בחבורת אונקר, מתוארכת לפני 1,070 מיליון שנה (± 70 מיליון שנים). היא בנויה משכבות של סלעי בזלת בגוון חום כהה שזרמו במקור כלבה. עובי השכבה בין 240 ל-300 מטרים.
תצורת ננְקוֹוִיפּ (Nankoweap Formation) - גילה 1,050 מיליון שנים, עובייה המקסימלי 113 מטרים והיא אינה מהווה חלק של חבורה. יחידת המסלע בנויה אבן חול גסת גרגיר, והיא הורבדה בים רדוד על גבי משטח שעבר סחיפה של לבת קרדנס. תצורת ננקוויפ נחשפה רק בחלק המזרחי של הקניון. בין ננקוויפ לשכבה הבאה יש פער בלוח הזמנים הגאולוגי - אי התאמה.

חבורת צ'ואר (Chuar Group) - נוצרה בעידן הנאופרוטרוזואיקון מלפני 800 מיליון שנים עד לפני 742 מיליון שנים. בנויה מתצורות שהורבדו לאורך החוף ובמי ים רדודים שעומקם לא עלה כפי הנראה על 10 מטרים. עובייה כ-1,600 מטרים.
תצורת גלרוס (Galeros Formation) - בעיקרה תצורה ירקרקה נטולת צמחייה של שכבות מעורבות של אבן חול, אבן גיר ופצלים. בתצורת גלרוס נתגלו מאובני סטרומטוליטים.
תצורת קוואגנט (Kwagunt Formation) - בנויה מפצלים שחורים ומאבן בוץ בגוונים של אדום עד ארגמן עם מעט אבן גיר. עובי התצורה כ-500 מטרים וגילה בין 800 ל-740 מיליון שנים. כיסים מבודדים של אבן חול אדומה מצויים סביב "גבעת הפחמן" (Carbon Butte). גם בשכבה זו מצויים סטרומטוליטים.
תצורת סיקסטימייל (Sixtymile Formation - תצורת שישים מייל) - בנויה מאבן חול שחומה בתוספת מעט מקטעים של פצלים, עובייה 57–64 מטרים.

לפני כ-800 מיליון שנים נטתה חבורת-העל של הגרנד קניון בזווית של 15° תוך יצירת גושי העתק באורוגנזה של הגרנד קניון. חלק מהגושים ירדו וחלקם עלו, כאשר תנועת ההעתק יצרה רכסי הרים שכיוונם מדרום לצפון. במשך 100 מיליון שנים התרחשה פעולת סחיפה שגרפה את מרבית חבורת צ'ואר יחד עם חלקים מחבורת אונקר (תוך חשיפת קוורציט שינומו כפי שהוסבר קודם). רכסי ההרים קטנו לגבעות, ובכמה מקומות נסחפה חבורת-העל של הגרנד קניון כליל, תוך חשיפת סלעי התשתית שמתחתיה. כל הסלעים שהורבדו על גבי חבורת-העל בפרקמבריון נסחפו כליל. תהליך זה יצר אי התאמה גדולה המייצגת 460 מיליון שנים שאבדו מלוח הזמנים הגאולוגי של האזור.

חבורת טונטו
במהלך עידן הפלאוזואיקון היה חלקה המערבי של היבשת שעתידה להיות אמריקה הצפונית בסמוך לקו המשווה ועל שולי היבשת הסבילים. המפץ הקמבריוני של בעלי החיים התרחש במהלך 15 מיליון שנים בחלק זה של העולם. האקלים היה חמים וחסרי חוליות, דוגמת טרילוביטים, היו נפוצים. האוקיינוס חזר לאזור הגרנד קניון מהמערב לפני כ-550 מיליון שנים. ככל שקו החוף נע מזרחה הורבדו באוקיינוס במקביל שלוש התצורות של חבורת טונטו (Tonto Group).

אבן חול טפאיטס (Tapeats Sandstone) - גילה 525 מיליון שנים והיא עשויה מחול מגרגירים בגודל בינוני עד גס וקונגלומרט שהורבד על חוף קדום. (מסומנת ב-3a בשרטוט 1) גלונים נפוצים בפרטים העליונים של שכבה חומה כהה זו. מאובנים ועקבות מאובנים של טרילוביטים וברכיופודים נתגלו בטפאיטס. כיום יוצרת שכבה זו צוקים בעובי 30 עד 100 מטרים.
פצלי ברייט אנג'ל (Bright Angel Shale - "המלאך הזוהר") - גילם 515 מיליון שנים והם עשויים מפצלים שמקורם באבן בוץ ובה מקטעים קטנים של אבן חול ואבן גיר עם מעט שכבות דקות של דולומיט. שכבה זו הורבדה במקור כבוץ בסמוך לחוף ומכילה מאובני ברכיופודים, טרילוביטים ותולעים (ראו 3b בשרטוט 1). צבעה של תצורה זו הוא בעיקר כמה גוונים של ירוק עם חלקים בגוונים שחומים עד אפורים. שכבה זו יוצרת מדרון ועובייה בין 82 מטר לבין 140 מטרים. המינרל גלאוקוניט אחראי לגוון הירקרק של שכבה זו.
אבן גיר מוּאב (Muav Limestone) - גילה 505 מיליון שנים ועשויה משכבות דקות של אבן גיר אפורה שהורבדה רחוק מהחוף משקיעה של פחמת הסידן (ראו 3c בשרטוט 1). שכבה זו ענייה במאובנים, אבל גם בה נתגלו טרילוביטים וברכיופודים. שכבת אבן גיר מואב עבה הרבה יותר בחלקו המערבי של הקניון מאשר חלקו המזרחי. המואב יוצרת צוקים בעובי 41 עד 252 מטרים.

שלוש תצורות אלו הורבדו במשך תקופה של 30 מיליון שנים מהקמבריון התחתון עד הקמבריון התיכון. המאובנים הנפוצים ביותר שנתגלו בחבורה זו הם טרילוביטים ואחריהם ברכיופודים, אבל מאובנים שמורים היטב נדירים יחסית. ידוע כי קו החוף נסוג לאחור משום שהמשקעים דקי הגרגיר הורבדו על גבי משקעים גסי גרגיר. כיום, בנויה בימת טונטו (Tonto Platform) הנראית מעל ובעקבות נהר הקולורדו מחבורת טונטו, כאשר אבן חול טפאיטס ואבן הגיר מואב יוצרים את הצוקים של הבימה ופצלי ברייט אנג'ל יוצר את מדרונותיה. השכבות של חבורת טונטו, שלא כמו יחידות הסלע מהפרוטרוזואיקון שמתחתיה, מונחות בתנוחתן האופקית המקורית. פצלי ברייט אנג'ל יוצרים אקוויקלוד (שכבת סלע אטימה למים. מי התהום נוטים להצטבר מעל לאקוויקלוד), ולכן אוספת ומכוונת מים הזורמים דרך שכבת אבן הגיר מואב על מנת להזין מעיינות בערוץ הפנימי (Inner Gorge).

טמפל ביוט, רדוול, וקניון סרפרייז
שתי התקופות הבאות בלוח הזמנים הגאולוגי: האורדוביק והסילור חסרות בטור הסטרטיגרפי של הגרנד קניון. הגאולוגים אינם יודעים האם משקעים הורבדו בתקופות אלו ואחר כך הוסרו בשל סחיפה או שהם מעולם לא הושקעו. בכל מקרה, פער זה בהיסטוריה הגאולוגית משתרע על כ-165 מיליון שנים. כך נוצר סוג של אי התאמה הקרוי אי התאמה סחיפתית שבה יש עקבות לסחיפה בשכבה שמתחת לאי ההתאמה שעליה הורבדו משקעים חדשים.

עם זאת הגאולוגים יודעים כי בתקופה זו התחתרו ערוצים עמוקי באבן הגיר מואב. גורם אפשרי היו נחלים, אבל גם גריפה ימית יכולה להיות אשמה. בכל אופן, שקעים אלו התמלאו באבן גיר ששקעה במים מתוקים לפני כ-385 מיליון שנים באמצע תור הדבון בתצורת אבן גיר טמפל ביוט, התצורה הבאה בטור הסטרטיגרפי של הגרנד קניון. להלן המשך הטור הסטרטיגרפי:
אבן גיר טמפל ביוט (Temple Butte Limestone - ראו 4a בשרטוט 1) - בקניון מרבל (Marble Canyon - "קניון השיש") השוכן בחלקו המזרחי של הפארק ניתן לראות היטב ערוצים מלאים שגונם סגלגל. תצורת אבן גיר טמפל ביוט יוצרת צוקים בחלקו המערבי של הפארק שבו עיקר המסלע הוא דולומיט שגונו אפור עד צבע קרם. מאובנים של בעלי חיים בעלי חוליות נמצאו בתצורה זו; קשקשים מאובנים מדגי מים מתוקים נמצאו בחלק המזרחי ומספר דגי ים מאובנים נמצאו בחלק המערבי. עובי של תצורת אבן גיר טמפל ביוט נע בין 15 ל-84 מטרים. השכבה דקה יותר בסמוך לכפר גרנד קניון ועבה יותר בחלקו המערבי של הגרנד קניון. אי התאמה המייצגת 40 עד 50 מיליון שנים שאבדו מההיסטוריה הגאולוגית מסמנת את הקצה העליון של תצורה זו.
אבן גיר רדוול (Redwall Limestone - "חוֹמה אדומה") תצורה זו יוצרת צוקים אנכיים בגובה מ-150 מטרים ועד 240 מטרים (ראו 4b בשרטוט 1). תצורה זו מורכבת משכבות עבות של דולומיט ואבן גיר בגוונים שבין חום כהה לאפור כחלחל שבהן מעורבות נודולות של צור לבן. תצורה זו הורבדה בים טרופי רדוד נסוג בסמוך לקו המשווה במהלך 40 מיליון שנים בתקופת קרבון מיסיסיפי תחתון עד תיכון (לפני כ-335 מיליון שנים). בתצורת רדוול נתגלו מאובנים רבים של חבצלות ים, חיטחבים, ברכיופודים, Rugosa, נאוטילוסאים, וספוגיים, יחד עם אורגניזמים ימיים אחרים כדוגמת טרילובטים גדולים ומורכבים. בשלהי קרבון המיסיסיפי התרומם אזור הגרנד קניון לאיטו ותצורת רדוול נסחפה בחלקה. נוצרה טופוגרפיה של קרסט שכללה מערות, בולענים וערוצי נחלים תת-קרקעיים. אבל כל השכבה כוסתה לבסוף באבן גיר נוספת. המשטחים החשופים של רדוול מקבלים את גונם האופייני האדום ממי גשם המחלחלים משכבות הסלע העשירות בתחמוצות ברזל של פצלי סופאי והרמיט השוכנים מעליה. הגאולוגים מחלקים תצורה זו לארבעה פרטים: "הורסשו מסה" (Horseshoe Mesa - "הר השולחן פרסת הסוס"), "מוּני פולס" (Mooney Falls - "מפלי מוּני"), "תנדר ספרינגס" (Thunder Springs - "מעיינות הרעם") ו"ויטמור וואש" (Whitmore Wash - "נחל אכזב ויטמור").
תצורת קניון סורפרייז (Surprise Canyon Formation - "קניון ההפתעה") - היא שכבת משקעים של פצלים בגוון אדום-סגלגל שהורבדה בשכבות מקוטעות של חול ואבן גיר מעל לתצורת רדוול (ראו 4c בשרטוט 1). היא נוצרה בשלהי קרבון מיסיסיפי וייתכן שממש בתחילת תקופת הקרבון הפנסילבני כשהאדמה שקעה ומי ים חדרה בזמן הגאות לשפכי הנהרות ומלאו את עמקי הנהרות במשקעים. תצורה זו קיימת רק בעדשות מבודדות שעוביין בין 15 ל-20 מטרים. קניון סורפרייז לא היה מוכר למדע עד 1973 וניתן להגיע אליו במסוק בלבד. בתצורה זו נתגלו מאובנים של גזעי עצים, חלקי צמחים אחרים וקונכיות של בעלי חיים ימיים. אי התאמה קיימת על גג תצורת קניון סורפרייז. במרבית המקומות בגרנד קניון כוללת אי התאמה גם את תצורת קניון סורפרייז שנסחפה, ואי ההתאמה מתחילה כבר בתצורת רדוול.

חבורת סופאי

בין חבורת סופאי (Supai Group) לתצורת רדוול שהושקעה לפניה מפרידה אי התאמה של 15 עד 20 מיליון שנים. חבורת סופאי הושקעה בשלהי קרבון מיסיסיפי במהלך כל הקרבון הפנסילבני ועד תחילת תור הפרם. בין לפני 320 מיליון שנים ללפני 270 מיליון שנים. הן משקעים ימיים והן משקעים יבשתיים של בוץ, טין, חול ומשקעים גירניים הורבדו על מישור חופי נרחב הדומה לחוף המפרץ בטקסס של ימינו. בערך בתקופה זו החלו להתרומם הרי הרוקי בקולורדו ובניו מקסיקו ונחלים הביאו משקעים שנסחפו מהם לאזור הגרנד קניון.

בחלקו המערבי של הקניון כוללות תצורות חבורת סופאי אבן גיר, המציינת שקיעה בים חמים ורדוד, בעוד שחלקו המערבי היה, קרוב לוודאי, דלתה בוצית של נהר קדום. תצורה זו כוללת אבני טין אדומות ופצלים, והיא מסתיימת בשכבות בגוון שחום של אבני חול שביחד מגיעות לעובי בין 180 ל-210 מטרים. פצלים מתחילת תור הפרם בחבורה זו התחמצנו וצבעם אדום זוהר. בחלקו המזרחי של הפארק מצויים בחבורה זו מאובנים של עקבות של דו-חיים, זוחלים וחלקי צמחים רבים, ובחלקו המערבי מצויים כמויות גדולות של מאובנים ימיים.

התצורות של חבורת סופאי, מהעתיקה ביותר עד הצעירה ביותר, הן:
תצורת וטאהומיגי (Watahomigi Formation ראו 5a בשרטוט 1) - תצורה יוצרת מדרון זו בנויה מאבן גיר אפורה הכוללת רצועות של צור, אבן חול ואבן טין סגולה. עובייה בין 30 ל-60 מטרים.
תצורת מנאקאצ'ה (Manakacha Formation ראו 5b בשרטוט 1) - תצורה יוצרת מדרון וצוקים זו בנויה מאבן חול אדומה ופצלים אדומים. עובייה הממוצע בגרנד קניון הוא 90 מטרים.
תצורת וסקוגיים (Wescogame Formation ראו 5c בשרטוט 1) - גונה של תצורה יוצרת מדרון ומדפים זו הוא אדום חיוור, והיא בנויה אבן חול ואבני טין. עובייה בין 30 ל-60 מטרים.
תצורת אספלנייד (Esplanade Formation ראו 5d בשרטוט 1) - גונה של תצורה יוצרת מדרון ומדפים זו הוא אדום חיוור, והיא בנויה אבן חול ואבני טין. עובייה בין 90 ל-167 מטרים.
אי התאמה מציינת את גג חבורת סופאי.

הרמיט, קוקונינו, טורוויפ וקאיבאב
תצורת הרמיט (Hermit Formation), קרויה גם בטעות "פצלי הרמיט" (Hermit Shale) בשל זיהוי מוטעה של הגאולוג שזיהה אותה לראשונה - כמו חבורת סופאי שמתחתיה כך גם תצורה זו שמתור הפרם הורבדה ככל הנראה על מישור חופי נרחב (ראו 6a בשרטוט 1). היא מורכבת משכבות דקות מתחלפות של תחמוצת ברזל, בוץ וטין שהוסעו בנחלי מים מתוקים והורבדו באזור צחיח למחצה לפני כ-280 מיליון שנים. בתצורה זו נתגלו מאובנים של חרקים מכונפים, צמחים בעלי אצטרובלים, ושרכים כמו גם עקבות של חולייתנים. תצורה יוצרת מדרון זו בנויה מפצלים רכים שצבעם אדום עמוק ואבן בוץ ועובייה בין 30 ל-270 מטרים. התפתחות המדרון גורמת לעיתים להתמוטטות התצורות מעל תצורה זו ומדי פעם מתמוטטים גושי סלע שגודלם בין גודל מכונית לגודל בית ומתדרדרים למטה אל בימת טונטו. אי התאמה מסיימת גג תצורה זו.

תצורת אבן חול קוקונינו (Coconino Sandstone) - נוצרה לפני כ-275 מיליון שנים כאשר האזור הפך צחיח ודיונות חול עשויות קוורץ פלשו לתוך המדבר המתפשט (ראו 6b בשרטוט 1). חלק מתצורת קוקונינו מילאה בבוץ סדקים של תצורת פצלי הרמיט שמתחתיה, ותנאי המדבר שיצר את קוקונינו נמשכו בין 5 ל-10 מיליון שנים. תצורת קוקונינו כיום היא שכבה עבה יוצרת צוקים שגונה לבן זהוב עד גוון שמנת בסמוך לשפת הקניון. בדיונות החול המאובנות ניתן לראות תבניות שיכוב צולב של גרגירי חול מעוגלים, ממוינים היטב ונטולי ברק שמקורן בפעילות הרוח. בשכבה זו ניתן למצוא עקבות מאובנות של בעלי חיים דמוי לטאות ומה שנראה כמו עקבות של רב-רגליים ועקרבאים. עובייה מ-45 ועד 154 מטרים. אי התאמה מסיימת גג תצורה זו.
תצורת טורוויפ (Toroweap Formation) - התצורה הבאה בטור הסטרטיגרפי (ראו 6c בשרטוט 1). היא בנויה מאבן חול אדומה וצהובה ואבן גיר אפורה מעורבת בשכבות של גבס. תצורה זו הורבדה בים רדוד וחמים כאשר קו החוף פלש ליבשה ונסוג. הגיל הממוצע של שכבה זו הוא כ-273 מיליון שנים. זו שכבה יוצרת צוקים ומדפי סלע המכילה מאובנים של ברכיופודים, אלמוגים ורכיכות יחד עם בעלי חיים נוספים וצמחים יבשתיים שונים. תצורת טורוויפ מתחלקת לשלושת הפרטים הבאים:
סליגמן (Seligman) - שכבה יוצרת מדרון של אבן חול ואבן טין צהבהבות עד אדמדמות. עובייה בין 9 ל-17 מטרים.
קניון בריידי (Brady Canyon) - שכבה יוצרת צוקים של אבן גיר אפורה עם צור. עובייה מ-12 ועד 40 מטרים.
וודס רנץ' (Woods Ranch) - שכבה יוצרת מדרון של אבן טין ואבן חול עם שכבות של גבס בעובי של עד 3 מטרים בגוונים של אפור ואדום חיוור. עובייה מ-20 ועד 60 מטרים.
אי התאמה מסמנת גג תצורה זו.
תצורת אבן גיר קאיבאב (Kaibab Limestone) היא אחת התצורות הגבוהות ביותר ולפיכך הצעירה ביותר שניתן לראות באזור הגרנד קניון (ראו 6d בשרטוט 1). תצורה זו עוברת סחיפה היוצרת צוקים ומדפי סלע שעוביים בין 90 ל-120 מטרים. שכבה זו הורבדה בשלהי הפרם התחתון, לפני כ-270 מיליון שנים. תצורת קאיבאב הורבדה בחלקים העמוקים יותר של הים החמים והרדוד שבו הורבדה תצורת טורוויפ שמתחתיה. תצורה זו בנויה בדרך כלל מאבן גיר חולית על גג שכבה של אבן חול, אבל בכמה מקומות אבן החול ופצלים סמוכים לגג התצורה או אפילו מהווים אותה. זהו סלע בגוון שמנת עד לבן אפרפר שעליו עומדים המבקרים בפארק כאשר הם צופים בקניון משתי הגדות. זהו גם הסלע המכסה את מרבית רמת קאיבאב צפונית לקניון ואת רמת קוקונינו דרומית לו. בתצורה זו נתגלו שיני כרישים כמו גם שפע של מאובנים של חסרי חוליות ימיים כדוגמת ברכיופודים, אלמוגים, רכיכות, חבצלות ים ותולעים. תצורה זו נחלקת לשני פרטים: הריסברג (Harrisburg) ופוסיל מאונטיין (Fossil Mountain - הר "המאובנים"). גם תצורה זו מסתיימת באי התאמה.

השקעה במזוזואיקון 

בתחילת המזוזואיקון החל האזור להתרומם ונחלים החלו לחרוץ את האדמה החדשה שעלתה מעל פני הים. נחלים שזרמו בעמקים הנמוכים הנרחבים בתור הטריאס השקיעו סחף מהרמות הסמוכות, תוך יצירת תצורת מואנקופי (Moenkopi Formation) שעובייה הגיע ל-300 מטרים. התצורה עשויה משכבות אבן חול ושכבות פצלים עם שכבות גבס ביניהן. מחשופים של תצורת מואנקופי מצויים לאורך נהר הקולורדו ב"קניון מרבל" (Marble Canyon - "קניון השיש"), על הר סידר (Cedar Mountain - "הר הארז"; הר שולחן, בסמוך לגבול הדרום מזרחי של הפארק), וב"רד ביוט" (Red Butte - "הר כפתור אדום"; שוכן דרומית לכפר גרנד קניון). שרידים של קונגלומרט שינארמפ (Shinarump Conglomerate), הפרט התחתון (במרבית המקומות) של תצורת צ'ינלה (Chinle Formation), מצויים מעל לתצורת מואנקופי בסמוך לפסגת רד ביוט, אבל מתחת לקילוח לבה הצעיר הרבה יותר.

תצורות שעוביין הכללי הגיע בין 1,200 ל-1,500 מטרים הורבדו באזור במזוזואיקון ובקנוזואיקון, אבל הן נמחקו כמעט לחלוטין מהטור הסטרטיגרפי של הגרנד קניון על ידי סחיפה שהתרחשה אחרי בנייתן. ניתן לראות חלק מתצורות אלו בפארק הלאומי ציון ובפארק הלאומי ברייס קניון. יחד יוצרות יחידות סלע אלו את רצף הסלעים המכונה גרם המדרגות הגדול (Grand Staircase).

יצירת הקניון

התרוממות והתמתחות סמוכה

האורוגנזה הלרמידית השפיעה על מערב אמריקה הצפונית בכך שסייעה לבניית הקורדילרה האמריקנית. התרוממות קאיבאב, קמר מונומנט, הרי יואינטה, קמר סן רפאל והרי הרוקי התרוממו, לפחות חלקם, באורוגנזה הלרמידית. אירוע יוצר הרים זה החל בסמוך לסיום המזוזואיקון, לפני כ-75 מיליון שנים, ונמשך לתוך האאוקן - תקופה בתור השלישון. האורוגנזה נגרמה בשל הפחתה מול החוף המערבי של אמריקה הצפונית. העתקים ראשיים שכיוונם צפון-דרום וחוצים את הקניון הופעלו מחדש בשל התרוממות זו. רבים מהעתקים אלו הם מעידן העל של הפרקמבריון והם פעילים גם כיום. נחלים שניקזו את הרי הרוקי בתחילת תקופת המיוקן הסתיימו באגנים חסרי מוצא לים ביוטה, אריזונה ונבדה, אבל אין כל הוכחה לקיומו של נהר גדול.

לפני כ-18 מיליון שנים החלו כוחות מתיחה לגרום להידקקות ולהנמכה של האזור שממערב לקניון תוך יצירת פרובינציית אגן ורכס. אגנים (גראבנים) שקעו, ורכסי הרים (הורסטים) התרוממו בין העתקים הישנים והחדשים שכיוונם צפון-דרום. עם זאת, מסיבות שטרם נמצא להן הסבר מספק, נשארו שכבות הסלע של רמת קולורדו בדרך כלל במצב מאוזן במהלך שני האירועים שתוארו לעיל אף על פי שהם התרוממו לגובה שמעל ל-3.5 קילומטרים בשתי פעימות. חריגה מעובדה זו הייתה להשפעה הקלה שגרמו ההתרוממויות, הקמרים והרכסים שנוצרו בשלבים המוקדמים של האורוגנזה הלרמידית. לדוגמה, תצורות שנחשפו בגדה הדרומית של הקניון נמוכות בכ-240 מטרים מאותן תצורות בגדה הצפונית, וזאת משום שהגדה הצפונית קרובה יותר לחלק הגבוה של התרוממות קאיבאב. חלקו המערבי ביותר של הקניון מסתיים באחד ההעתקים של פרובינציית אגן ורכס, ה"גרנד וואש" (Grand Wash), שגם מסמן את הגבול שבין שני האזורים הגאולוגיים.

ההתרוממות בשל האורוגנזה הלרמידית ויצירת פרובינציית אגן ורכס הגדילה את השיפוע של הנחלים הזורמים מערבה מרמת קולורדו. נחלים אלו חתרו כלפי מזרח ערוצים עמוקים בשולי רמת קולורדו והשקיעו את הסחף בתוך אזור המתרחב של האגן והרכס.

הולדת נהר הקולורדו וחציבת הקניון
לפני 10 עד 6 מיליון שנים החלה היווצרותו של מפרץ קליפורניה, השוכן דרומית לקניון והמרוחק ממנו, בתהליך של ביקוע. בערך אותו זמן החלו השוליים של רמת קולורדו לשקוע מעט. שני התהליכים שינו ככל הנראה את כיוונם של נחלים רבים כלפי האזור השוקע והשיפוע הגדול יותר גרם להם להתחתר לעומק מהר יותר. לפני בין 5.5 ל-5 מיליון שנים גרמה סחיפה לאחור לצפון ולמזרח לאיחוד נחלים אלו לנהר עיקרי אחד הניזון מיובלי משנה. נהר זה, האב הקדמון של נהר הקולורדו, החל למלא את הזרוע הצפונית של המפרץ, שבמקור הגיעה כמעט עד סכר הובר, באמצעות השקעת הסחף.

במקביל, פלגים זרמו מהרמות במרכז אריזונה צפונה ולרוחב מה שכיום הוא מערב הגרנד קניון, וככל הנראה הזינו נהר גדול יותר. המנגנון שבו לכד נהר הקולורדו התחתון הקדום אגן ניקוז זה ואת הניקוז של מרבית יתרת רמת קולורדו אינו ידוע. הסברים אפשריים הם סחיפה לאחור או שנפרץ סכר טבעי על אגם או נהר. נראה שהקולורדו התחתון לכד בסופו של דבר את נהר הקולורדו העליון שמימיו התנקזו לאגן פנימי, במקום כלשהו מערבית להתרוממות קאיבאב. אגן הניקוז הגדול הרבה יותר, והשיפוע התלול יותר סייעו להאיץ את ההתחתרות לעומק.

בתקופות של עידני הקרח במהלך הפליסטוקן, החל מלפני שלושה ועד לפני שני מיליון שנים, היה האקלים באזור קר ולח יותר. המשקעים המוגברים האיצו את עוצמת זרימת המים ואת קיבולת הסחיפה של הנחלים (בייחוד בזמן הפשרת השלגים באביב ובשיטפונות בזק בקיץ). כמות המשקעים הגדולה יותר בתקופה זו גם הרחיבה מאוד את השטחים שבהם גדלו יערות העד. בעוד שבתקופתנו צומחים יערות העד החל מרום של 2,100 מטרים ומעלה, גדלו אז היערות גם עמוק בתוך הקניון. עם ספיקת מים גדולה בהרבה התחתר הקולרדו מהר יותר מאשר קודם לכן, והחל לחצוב במהירות את הגרנד קניון לפני כ-2 מיליון שנים, והגיע כמעט עד לעומק הנוכחי לפני כ-1.2 מיליון שנים.

כיוונו הכללי של הקניון הגדול של נהר הקולורדו הוא בערך ממזרח למערב למשך כ-447 קילומטרים, בין אגם פאוול לאגם מיד. לאורך מרחק זה צונח נהר הקולורדו כ-600 מטרים וסחף בדרכו כ-4,200 קילומטרים מעוקבים של משקעים על מנת לייצר את הקניון. בחלק זה חוצה הנהר את התרוממות קאיבאב בגובה של 3,000 מטרים וחוצה שבע רמות (רמות קאיבאב (Kaibab Plateau), קנאב (Kanab Plateau) ושיוויטס (Shivwits Plateau) תוחמות את חלקו הצפוני של הקניון ורמת קוקונינו (Coconino Plateau) תוחמת את חלקו הדרומי). כל אחת מרמות אלו תחומות בהעתקים ובמונוקלינות שכיוונם מצפון לדרום שנוצרו או שהופעלו מחדש במהלך האורוגנזה הלרמידית. פלגי מים שזרמו לתוך נהר הקולורדו ניצלו העתקים אלו על מנת לחצוב קניוני משנה, כדוגמת קניון ברייט אנג'ל (Bright Angel Canyon - "קניון המלאך הזוהר"). כל אזור הגרנד קניון משתפל מעדנות כלפי דרום, ולכן פלגי מים על הגדה הצפונית זורמים לתוך הקניון ופלגי מים על הגדה הדרומית זורמים ממנו והלאה. משום כך קניוני המשנה בצדו הצפוני של הגרנד קניון גדולים יותר מאלו שבצדו הדרומי.

פעילות געשית סוכרת את הקניון החדש 

פעילות געשית החלה בשדה הגעשי יואינקארט (Uinkaret volcanic field - במערב הגרנד קניון) לפני כ-3 מיליון שנים. מעל ל-150 קילוחי לבה בזלתית סכרו את נהר הקולורדו לפחות 13 פעמים, מלפני 725,000 שנים ועד לפני 100,000 שנים. סכרי הלבה נוצרו בדרך כלל תוך כמה שבועות. אורכם נע בין 19 ל-138 קילומטרים, גובהם בין 45 ל-600 מטרים (עבה יותר במעלה הזרם ודק יותר במורד הזרם) ונפחם נע בין 0.13 ל-5 קילומטרים מעוקבים.

אורך החיים של הסכרים ויכולתם לאגור את מי נהר הקולורדו באגמים גדולים שנויים במחלוקת בין החוקרים. על פי אחת ההשערות נאגרו מים מנהר הקולורדו מאחורי הסכרים באגמים נרחבים שהגיעו עד העיירה מואב (Moab) שבמדינת יוטה. מים מהאגמים שמאחורי הסכרים החלו להישפך מעל סכרים שגובהם בין נע 46 ל-120 מטרים תוך יומיים עד 17 ימים, אבל במקרה הקיצוני ביותר החלו מים להישפך אחרי 22 שנים.

הסכר הגדול ביותר המכונה סכר פרוספקט (Prospect Dam) נוצר לפני 1.2 מיליון שנים וגובהו הגיע ל-690 מטרים מתחתית הקניון, 1,200 מטרים מעל פני הים. שטח פניו של האגם שנוצר מאחורי הסכר היה עצום, גדול בהרבה מאגם פאוול שמאחורי סכר קניון גלן של ימינו, וגובה פניו היה כ-90 מטרים מעל לקצה העליון של סכר קניון גלן. משערים על סמך כמויות המים שזורמות כיום בנהר שהאגם התמלא תוך 22 שנים. המים החלו אז להישפך מעל הסכר תוך יצירת מפל בגובה של כ-700 מטרים. אין כיום אף נהר שספיקתו דומה לקולורדו או גבוהה ממנו היוצר מפל שגובהו מתקרב לממדים אלו. מהרגע שהמים החלו להישפך מעל לסכר גרמה עוצמת המים הנופלים למערבולות בבסיס הסכר לכרסומו ולהתמוטטותו בסופו של דבר, כפי שניתן לראות כיום במפלי ניאגרה. החוקרים אינם יודעים מה קרה במורד הנהר במשך 22 השנים עד שהמים החלו להישפך מעל קצה הסכר. האם הערוץ היה יבש לחלוטין בתקופה זו או שהעובדה שסכר הלבה נוצר על קרקעית הנהר העשויה חצץ וחול אפשרה למעט מים לחלחל ולזרום במורד הנהר.

במקביל החל סחף לשקוע באגמים שמאחורי הסכרים. סחף מילא אגם שמאחורי סכר שגובהו 45 מטרים בקצת יותר מעשרה חודשים, ואגם מאחורי סכר בגובה 350 מטרים ב-345 שנים. הסחף מילא אגם מאחורי הסכר הגבוה ביותר שנוצר תוך 3,000 שנים. אשדות של מים זרמו מעל לסכר בעוד שמפלי מים היגרו במעלה הנהר לצידו. ההנחה המקובלת היא שמרבית סכרי הלבה החזיקו מעמד בין 10,000 ל-20,000 שנים. עם זאת, קיימים חוקרים הסבורים שסכרי הלבה היו הרבה יותר ארעיים, והתמוטטו אפילו לפני שמים החלו לזרום מעליהם. על פי המודל של חוקרים אלו הסכרים התמוטטו בשל זרימת המים דרך סדקים בסכרים וסביב הבסיסים של הסכרים, דרך סחף ומשקעי נהר המאפשרים למים לחלחל דרכם.

מאז התמוטטות סכרים אלו התחתר נהר הקולורדו לעומק של לא יותר מ-50 מטרים בסלעים של רמת קולורדו.

מחקר גאולוגי מתמשך והשפעת הפעילות האנושית 

סוף עידני הקרח של הפליסטוקן ותחילת ההולוקן גרמו לשינוי האקלים, מעתיר משקעים לאקלים יבש צחיח-למחצה, בדומה לאקלים של האזור כיום. הקיטון הניכר בכמות המים הזורמים בנהר צמצמה מאוד את יכולת הסחיפה שלו. תהליכים של תנועת בלית הפכו הרבה יותר חשובים יחסית מאשר בעבר. התחולל תהליך של יצירת צוקים תלולים והתרחבות נוספת של הגרנד קניון ומערכת קניוני המשנה שלו. בממוצע מגיעות לנהר הקולורדו שתי מפולות סלעים בשנה מקניוני המשנה תוך יצירת או הרחבת אשדות. סוג זה של תנועת בלית הוא הדרך העיקרית שבה הקניונים הצדדיים הקטנים והתלולים משנעים משקעים, אבל תוך כדי כך משחק סוג זה תפקיד עיקרי בחציבת הקניונים הגדולים.

זרימת המים בנהר הקולורדו ווסתה החל מ-1963 לאחר הקמת סכר קניון גלן וסכרים נוספים במעלה הזרם. קודם להקמת הסכר נעה ספיקת מי נהר הקולורדו בין 20 ל-2,800 מ"ק בשנייה, כאשר פעם אחת בשלהי המאה ה-19 הגיע ספיקת מי נהר הקולרדו בשיטפון ל-8,500 מ"ק לשנייה. קצב פליטת המים מסכר גלן אינו עולה על 1,360 מ"ק לשנייה, למעט במצבים בהם קיים חשש שהמים באגם פאוול יגיעו לגובה שיגרום להם להישפך מעבר לסכר, או שיש צורך להוריד את גובה פני המים באגם פאוול מסיבה אחרת. מאז 1991 ננקטים אמצעי שימור זמניים. פליטת המים מהסכר הוגבלה ל-570 מ"ק בשנייה, אף על פי שתחנת הכוח בסכר מסוגלת להתמודד עם 370 מ"ק בשנייה נוספים.

ויסות זרימת הנהר באמצעות סכרים הקטינה את יכולתו לשחוק סלעים בכך שכמות הסחף שהוא נושא צומצמה במידה ניכרת. סכרים על הקולורדו גם שינו את אופי המים בנהר. בעוד שבעבר היו מי הנהר חמימים ובוציים, כיום המים צלולים וטמפרטורת המים אחידה - 8 °C כל השנה. מדי פעם נערכים ניסיונות בשיטפונות מבוקרים על מנת לחקור את ההשפעות על סחיפת המשקעים והרבדתם. כך למשל בשנים 1996 ו-2004 נפתחו המגופים של סכר גלן למשך תקופה קצרה וקצב ספיקת המים הגיע ל-1,360 מ"ק לשנייה.

הגרנד קניון שוכן בקצה הדרומי של הרצועה הסייסמית המכונה "מערב בין ההרים" (Intermountain West). במהלך המאה ה-20 התחוללו באזור הגרנד קניון לפחות 35 רעידות אדמה שעוצמתן גדולה מ-3.0 בסולם ריכטר, מתוכן, חמש מעל עוצמה 5.0. רעידת האדמה החזקה ביותר הייתה רעידה שעוצמתה 6.2 שהתחוללה בינואר 1906. העתקים ראשיים שכיוונם צפון-דרום החוצים את הקניון הם (ממזרח למערב), ה"גרנד וואש" (Grand Wash), הוריקן (Hurricane) וטורוויפ (Toroweap). שברים ראשיים בכיוון צפון מזרח שחוצים את הקניון כוללים את "וסט קאיבאב" (West Kaibab - "קאיבאב מערבי") ו"ברייט אנג'ל" (Bright Angel), בעוד ששברים שכיוונם צפון מערב כוללים את גרנדוויו-פנטום (Grandview—Phantom). מרבית רעידות האדמה מתחוללות ברצועה הצרה שכיוונה צפון מערב בין מערכות ההעתקים של "מסה ביוט" (Mesa Butte - " גבעת מסה") ו"וסט קאיבאב". אירועים אלו הם ככל הנראה התמתחות של הקרום שנעה מזרחה ובסופו של דבר תעבור מעבר לאזור הגרנד קניון.

ציר הזמן של הגרנד קניון 

לוח זמנים (מיליוני שנים)

לקריאה נוספת
Beus, Stanely S.; Morales, Michael, eds. (2003). Grand Canyon Geology (2nd ed.). New York, Oxford: Oxford University Press. .
Chronic, Halka (2004). Pages of Stone: Geology of the Grand Canyon and Plateau Country National Parks and Monuments (2nd ed.). The Mountaineers Books. .
Harris, Ann G.; Tuttle, Esther; Tuttle, Sherwood D. (1997). Geology of National Parks (5th ed.). Iowa: Kendall/Hunt Publishing. .
Kiver, Eugene P.; Harris, David V. (1999). Geology of U.S. Parklands (5th ed.). New York: John Wiley & Sons. .
Tufts, Lorraine Salem (1998). Secrets in The Grand Canyon, Zion and Bryce Canyon National Parks (3rd ed.). North Palm Beach, Florida: National Photographic Collections. .
Powell, James Lawrence (2005). Grand Canyon: Solving Earth's Grandest Puzzle. Pi Press. .
Ribokas, Bob (2000). "Grand Canyon Rock Layers". Grand Canyon Explorer. Retrieved 2005-03-20.
Price, L. Greer (1999). Geology of the Grand Canyon. Grand Canyon, Arizona: Grand Canyon Association. .
Rudd, Connie (1990). Grand Canyon The Continuing Story. KC Publishing, Inc.. .

קישורים חיצוניים 

 How Did the Layers of the Grand Canyon Form?
 Geology of Grand Canyon National Park, North Rim
 The Grand Age of Rocks: The Numeric Ages for Rocks Exposed within Grand Canyon
 Grand Canyon Rock Layers
 Overview of Grand Canyon Geology and Rock Formations - תמונות וקישורים לשכבות הסלע השונות

הערות שוליים 

ארצות הברית: גאולוגיה
אריזונה: גאולוגיה
נהר הקולורדו