2010年，该研究的两位作者——加州大学伯克利分校的大卫·舒斯特(左)和约塞米蒂公园的地质学家格雷格·斯托克(右)——从约塞米蒂山谷的边缘收集了岩石样本，那里的花岗岩在过去5000万年里只是缓慢地侵蚀。远处是摩塞德河上游河谷。前加州大学伯克利分校研究生约翰尼·韦伯(Johnny Webb)在该中心工作。图片来源:加州大学伯克利分校的Kurt Cuffey
加州约塞米蒂谷有多少年的历史?
第一次来到约塞米蒂谷的游客会惊讶地看着酋长岩陡峭的花岗岩墙和半圆顶被切割得干干净的表面，或许隐约地明白，一定是雨水和冰川花了很长时间才切割和塑造了这一景观。但这花了多长时间?
这一切是不是始于五千万年前，当山谷中切割的花岗岩第一次暴露在自然环境中?内华达山脉南部的峡谷开始形成是在3000万年前吗?这个山谷是在大约500万年前Sierra向西倾斜的时候才开始形成的，还是在200万到300万年前寒冷气候下形成的冰川占了它形成的大部分?
来自加州大学伯克利分校的地质学家使用了一种新的岩石分析技术来得到更精确的答案，他们得出的结论是约塞米蒂谷惊人的深度大部分是在1000万年前被切割的，很可能更近——在最近的500万年之内。这使最古老的估计减少了约4000万年。
他们发现河流最初雕刻了一个已经存在的浅山谷，最近河流和冰都起了作用。
从约塞米蒂国家公园的冰川点看到的特纳亚峡谷(中)和约塞米蒂山谷的一部分(前景)。特纳亚河很可能在大约500万到1000万年前开始冲刷半圆顶下面的花岗岩峡谷(中右)，冰川大约在250万年前到达，塑造了经典的冰川山谷轮廓。图片来源:格雷格·斯托克/国家公园管理局
虽然科学家们无法做出更精确的估计，但这是首次基于对约塞米蒂境内及附近花岗岩的实验研究，而不是基于内华达山脉其他地方的情况进行推断。
“约塞米蒂谷是地球上最著名的地形特征之一，”加州大学伯克利分校地理学、地球和行星科学教授冰川学家库尔特·库菲说。“当然，如果你去约塞米蒂公园看指示牌，他们会告诉你它什么时候变成了深峡谷。但在这个项目之前，关于这个山谷形成深峡谷时的年龄的每一个说法都只是基于假设和推测。”
约塞米蒂国家公园的地质学家格雷格·斯托克承认，关于公园标志性花岗岩地形的起源的故事有些模糊，因为地质学家们仍然无法就大约8000到1亿年前Sierra标志性花岗岩在地下形成以来发生了什么达成一致意见，该花岗岩形成于一个看起来与今天大不相同的山脉下10公里(6英里)处。
“我们知道，1亿年前，当花岗岩在深处形成时，Sierra是一个高山。它是一个火山链，看起来可能有点像南美洲的安第斯山脉，”斯托克说。“真正的问题是，从那时起，海拔高度是通过侵蚀下降的，还是下降了一些，然后最近又上升了。在这一点上，基于我职业生涯的大部分时间所做的研究，并得到这项研究的支持，我看到了许多证据，表明最近的抬升发生在过去500万年的某个时候。”
与此同时，内华达山脉东部的地震断层形成了几公里高的陡坡，使西部的斜坡和河流变陡，导致它们更快地切割山谷。
库菲、加州大学伯克利分校的地球化学家大卫·舒斯特和他们的同事，包括斯托克，最近在《美国地质学会公报》杂志上发表了这一发现。
岩石的冷却时间
舒斯特是一位地球和行星科学教授，他在15年前开发了一种技术，当时他认为这种技术可能有助于解释约塞米蒂山谷的起源。自从他和库菲小时候第一次看到约塞米蒂以来，这一技术就一直吸引着他们。舒斯特是加州人，从小就去过那里。库菲来自宾夕法尼亚州中部，15岁时第一次来到这个公园。
他们所记得的大部分知识是，这个山谷是由冰川雕刻而成的，而忽略了大约250万年前冰河时代冰川到达更新世之前发生的事情。
“考虑到当时的科学文献，我小时候从山谷里的标志中学到的东西并不完全正确。尽管如此，地形被解释为被冰显著改变了，”Shuster说。“我们试图在这里做的一件事是，如何用地代学工具来量化它，而不是基于地貌编造一个故事。”
Shuster的技术被称为氦-4/氦-3热计时法，该技术基于矿物中天然氦-4的空间分布，通过与人工产生的均匀氦-3分布进行比较，重建了岩石样品的温度历史。因为温度随着地下深度的增加而增加，温度历史可以告诉我们，当景观被侵蚀时，岩石何时被露出来。
舒斯特说:“岩石的温度是表面下降的函数。”“这非常类似于拆掉羽绒被——下面的岩石逐渐变冷。这种随着时间推移岩石冷却的进展是我们从地球化学和热计时学中得到的。”
人们预计，暴露在Sierra广阔高地上的花岗岩基岩应该显示出长期的表面温度较低的历史，因为它们比最近暴露在Tenaya峡谷底部的基岩长数千万年，Tenaya峡谷从东北部流入约塞米蒂山谷。
在伯克利地质年代学中心(Berkeley Geochronology Center)进行的这些实验表明，虽然来自高地的岩石接近地表已有约5000万年的历史，但Tenaya峡谷底部的基岩最近才暴露出来。从特纳亚峡谷底部——从半圆顶底部裸露的基岩区域——获得的岩石温度历史表明，1000万年前它位于地下1公里多的地方，很可能只有500万年前。这意味着从那时起有一公里的岩石被侵蚀掉了。
“人们从Tioga路和Tuolumne草地的部分地区熟悉的高地表面——这是一个非常古老的景观，”库菲说，他是海洋、地球和气候科学马丁杰出主席。“问题是:那深深的峡谷呢?它是非常古老，还是相对年轻?我们在研究中发现，我们最大的贡献，是它相当年轻。最好的猜测是在最近的300万到400万年前，但可能早在1000万年前开始快速切口。”
基础研究
地质学家们从附近的高地和特纳亚峡谷底部收集了花岗岩基岩的样本，但没有从约塞米蒂山谷本身的基岩底部收集样本。约塞米蒂山谷本身埋在约500米(1/3英里)深的沉积物下，这些沉积物形成了今天的谷底。但由于这两者是同时形成的，人们可以从特纳亚峡谷的冲刷时间推断约塞米蒂谷的形成时间。
“约塞米蒂谷的简史是，有某种山谷存在了数千万年——一个与古内华达山脉有关的河流雕刻的峡谷。然后，在过去的500万年左右，通过向西倾斜，山脉重新隆起，导致河流变陡，并加深了它们所在的峡谷，”斯托克说。“所以，这可能会挖出约塞米蒂山谷的更多地方，并开始形成Tenaya峡谷。然后在过去的200到300万年里，随着气候变冷，冰川从特纳亚峡谷进入约塞米蒂山谷，它们进一步雕刻了岩石，加深了山谷。在约塞米蒂谷的例子中，它大大扩大了范围。所以，这里有一个古老的约塞米蒂谷的组成部分。但我认为，最近的研究表明，更多的地形是年轻的，而不是古老的。”
斯托克担任公园地质学家的职位已有17年，是公园的首位地质学家。他说，这项新研究将修改公园讲述约塞米蒂谷地质历史的方式。
“从某种意义上来说，这项新研究的时机是完美的，在未来几年里，我们希望完全重做冰川点的地质小屋展示。我很高兴能在这些展示中包含这些新结果。”“这里是讲述这个故事的绝佳地点，因为从这里可以俯瞰特纳亚峡谷。”
参考文献:Kurt M. Cuffey, Alka Tripathy-Lang, Matthew Fox, Greg M. Stock和David L. Shuster，《美国约塞米蒂谷晚新生代的深化》，2022年10月19日，美国地质学会公报。DOI: 10.1130 / B36497.1
