GRAND CANYON – A FORMAÇÃO GEOLÓGICA DAS PRINCIPAIS PLATAFORMAS ROCHOSAS.

A geologia da área do Grand Canyon inclui uma das sequências mais completas e mais estudadas da terra. Existem cerca de 40 camadas de rochas sedimentares principais que estão expostas no Grand Canyon e em toda a área do Parque Nacional do Grand Canyon datada em cerca de 200 milhões (mais recente) e quase 2 bilhões de anos de idade para formação geológica mais antiga.

Grand Canyon. Clique para ampliar

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Aqui, faremos um detalhamento mais específico sobre cada uma das três principais regiões do Grand Canyon e suas camadas geológicas; 1) o embasamento rochoso de Vishnu (profundezas); 2) As plataformas Rochosas (a base), 3) as camadas Paleozóicas de rochas (os paredões)

Para entender melhor os detalhes da formação geológica do Grand Canyon seguiremos o esquema da imagem abaixo e posteriormente trataremos cada uma das três regiões e suas respectivas (ou principais) camadas. Começaremos de baixo para cima, ou seja, da formação geológica mais antiga (Vishnu) em direção a mais recente, no topo (Kaibab).

Camadas geológicas dos Grand Canyon

Camadas geológicas dos Grand Canyon

O embasamento Rochoso de Vishnu

O embasamento Rochoso de Vishnu é uma formação geológica datada entre 2,5 e 1,8 bilhões de anos, um período geológico denominado Pré-Cambriano. Nele, encontramos vestígios geológicos de areia, lama, lodo e cinzas vulcânicas estabelecidas em uma bacia marinha adjacente a um cinturão orogênico. (Harris et al, 1997). Orogênese é o conjunto de processos que levam à formação ou rejuvenescimento de montanhas ou cadeias de montanhas. No caso do Grand Canyon ele ocorreu entre 1,8 a 1,6 bilhões anos atrás, onde dois arcos insulares colidiram com o continente americano ainda nem formação (Kiver et al 1999).

Durante este processo de tectônia das placas, elas são comprimidas e enxertadas com sedimentos marinhos e posteriormente com a regressão do mar, ficam em ambiente terrestre. Mais tarde, essas rochas foram soterradas e sob pressão e calor sofreram o processo metamórfico. O resultado foi á formação do granito de Gorge, que é a base do complexo rochoso de Vishnu. Ele é um terreno formado pelo xisto de Vishnu de formação meta-sedimentar e os xistos meta-vulcânicos de Brahma e Rama, que foram formados entre 1.750 a 1.730 bilhões de anos atrás (Beus et al, 2003). Esta é a rocha resistente exposta no fundo do cânion.

Embasamento rochoso de Vishnu e outras formações geológicas

As 3 principais formações geológicas do Grand Canyon

Como as ilhas vulcânicas colidiram com o continente a cerca de 1,7 bilhões de anos atrás, isso acabou formando bolhas de magma que passaram pela zona de subducção e invadiram o granito de Gorge (Price, 1999). Estas bolhas foram lentamente se resfriando e formando o Granito de Zoroastro, que foi metamorfoseado em gnaisse.

A intrusão do granito ocorreu em três fases: duas durante o período de metamorfismo inicial da formação do embasamento de Vishnu, e um terceiro a cerca de 1,4 bilhões de anos atrás (Beus et al, 2003), acompanhado por falhamento em larga escala no sentido norte-sul, formando uma fenda parcial do continente. Essa falha em geologia é denominada de rift e corresponde a uma fenda linear onde a crosta e litosfera da Terra estão sendo puxadas.

No caso do Grand Canyon ela representa um exemplo de tectônica extensional (Chronic, 2004) onde a colisão expandiu o continente a partir da fronteira Wyoming-Colorado para o México e quase duplicou a espessura da crosta na região do Grand Canyon (Price, 1999). Parte desse espessamento criou elevações de 8 a 10 km que são as antigas Mazatzal Mountains (Tufts, 1998).

As erosões dos 300 milhões de anos subsequentes levou grande parte dos sedimentos expostos para bem longe das montanhas, reduzindo essas estruturas a pequenas colinas de algumas dezenas e/ou centenas de metros de altura (Kiver et al 1999).

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O Supergrupo geológico da Plataforma de Unkar

Esse supergrupo geológico do Grand Canyon é constituído por 4 tipos de formação geológica; Unkar,  Nankoweap, Chuar e Sixtymile.

Isso porque, ao longo do Pré-Cambriano, a extensão da placa tectônica e de placas menores foi se afastando do antigo continente de Laurentia diluindo sua crosta continental e formando grandes fendas por todo o continente (Price, 1999) Eventualmente, a região submersa de Laurentia foi inundada com um mar raso se estendia do Parque Nacional Glacier em Montana até o Grand Canyon e as montanhas de Uinta (Kiver et al 1999) resultando em um supergrupo de rochas sedimentares compostas por nove formações geológicas variadas que foram estabelecidas a partir de 1,2 bilhões até 740 milhões de anos atrás neste mar (Park Science).

A parte mais antiga do supergrupo é o Grupo Unkar, um acumulado rochoso resultado de uma variedade de ambientes marinhos. A primeira formação a ser fixada no Grupo Unkar foi a Formação Bass. Ela é constituída essencialmente de cascalhos de origem fluvial acumulados nos vales dos rios rasos. Mais tarde, foram litificadas em um conglomerado basal que é conhecido como o Hotauta (Harris et al, 1997) A Formação Bass ocorreu em um mar raso, perto da costa como uma mistura de calcário, arenito e xisto.

Alterações nos processos de diagênese ocorreram posteriormente na maior parte da rocha, entre 37 e 100m de espessura na rocha calcária em dolomita (Harris et al, 1997). Em uma datação média de 1,25 bilhões anos de idade, esta é a camada mais antiga exposta no Grand Canyon que contém fósseis de estromatólitos (Price, 1999). O xisto de Hakatai é formado por camadas finas de argilitas (formados por grãos finos de rocha sedimentar cujos constituintes originais eram argilas ou lamas) derivadas de regiões marinhas e xisto que, juntos, formam uma camada de 136 a 300m de espessura (Harris et al, 1997).

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Principais formações geológicas do Grand Canyon. Em evidência, a formação de Unkar

Esta formação indica um período de curta duração na regressão do litoral em uma área que deixou finas e planas camadas de lama que hoje apresentam uma coloração brilhante vermelho-alaranjado, cujo nome é a Red Canyon. O quartzito Shinumo é um tipo de rocha sedimentar marinha resistente, que foi corroída e formou a Inselberg (uma rocha isolada, ou pequena montanha que se eleva abruptamente de um nível levemente inclinado) que mais tarde se tornaram ilhas, ainda no Cambriano. Essas ilhas resistiram á ação das ondas tempo suficiente para serem re-enterradas por outros sedimentos no Período-Cambriano (Harris et al, 1997). A Formação Dox tem mais 910m de espessura e é feita de arenito com alguns folhelhos intercalados de argilita que foram depositadas em ambientes fluviais e de maré (Beus et al, 2003).

Estrias ondulatórias e outras características indicam que tal formação ficava próxima da costa. Afloramentos vermelhos e alaranjados são comuns nas partes orientais do cânion. Fósseis de estromatólitos e algas são encontradas nesta camada. A aproximadamente 1.070 bilhões anos o basalto de Cardenas constituiu a formação mais jovem do Grupo Unkar (Beus et al, 2003). Ele é formado por camadas de rocha basáltica castanha escura que fluíam como lava formando uma estrutura de 300 m de espessura (Harris et al, 1997).

A Formação Nankoweap é datada em 1050 bilhões de anos e é formada por arenito de granulação grossa que foi depositado em um mar raso em cima da superfície corroída do basalto de Cardenas (Harris et al, 1997). No Nankoweap só é exposta na parte oriental do Grand Canyon. Ainda há lacunas no registro geológico, discordâncias no que se refere á Formação de Nankoweap. Essas discordâncias, descontinuidades referem-se a incertezas a respeito do tempo exato em que ocorreram, pois há lacunas de tempo na geologia em que aparentemente não houve deposição, ou ela foi desgastada totalmente.

Todas as formações da Formação de Chuar foram depositadas em ambientes marinhos costeiros rasas entre 1 bilhão de anos e 700 milhões de anos atrás. A Formação Galeros é constituída principalmente de uma coloração esverdeada composta de inter-camadas de arenito, calcário e xisto. Muitos estromatólitos fossilizados são encontrados em Galeros. A Formação Kwagunt consiste em xisto preto e vermelho e argilitas roxas com pouco calcário. Alguns bolsões isolados de arenito avermelhado são encontrados, neles também há muitos fósseis de estromatólitos (Beus et al, 2003).

A Formação Sixtymile é feita de arenito de cor castanho dourado com algumas pequenas seções de xisto. A cerca de 800 milhões de anos atrás todo esse supergrupo foi inclinado a 15° e o bloco criou uma falha descontinua no Grand Canyon dando origem a processos orogênicos. Algumas das unidades de bloco desceram e outros subiram, enquanto movimento das falhas correram do norte para o sul deu origem as montanhas (Harris et al, 1997). Nos últimos 100 milhões de anos a erosão lavou a maioria das rochas da formação de Chuar e junto com ela parte da formação de Unkar, expondo o quartzito Shinumo. As cadeias de montanhas foram reduzidas a “pequenos” montes, e salvo alguns pontos, com 3.700m. Em outros pontos alguns desses grupos rochosos foram totalmente removidos, expondo as rochas do embasamento abaixo (Price, 1999).

Todas as rochas que foram depositadas em cima do Grand Canyon, ou seja, acima desse supergrupo rochoso do Pré-Cambriano foram de alguma forma, eventualmente removidas, criando discordâncias em 460 milhões de anos de história geológica que foram perdidas na área (Kiver et al 1999). Por essa razão algumas estruturas geológicas não são totalmente compreendidas.

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Porção Paleozóica (Plataforma de Tonto)

Durante a era Paleozóica, a parte ocidental, que viria a formar a América do Norte, estava próxima do equador. Nesse momento da história, eventos marcantes foram registrados na geologia, como a “explosão cambriana da vida”, a origem dos planos corporais básicos dos invertebrados atuais, dos trilobitas (que eram abundantes) e o clima quente (Kiver et al 1999). O oceano começava a voltar para a área de Grand Canyon na porção oeste a cerca de 550 milhões de anos atrás (Harris et al, 1997) depositando simultaneamente as três importantes formações que os geólogos classificam como Tonto Group; Tapeats Sandstone, Bright Angel e Muav.

Formação de Tonto

Formação de Tonto

A Formação de Tapeats Sandstone é constitutída de arenito e datada em 525 milhões anos de idade. Apresenta uma granulação grossa e conglomerados de areia que foram depositados continuamente (Park Science). Ondulações são comuns nas porções superiores, apresentando uma coloração marrom escura nas camadas finas. Muitos fósseis e trilhas de pegadas de trilobitas, além de braquiópodes foram encontrados. Hoje, ele forma um penhasco  de 30 a 100 m de espessura (Beus et al, 2003).

A Formação de Bright Angel é datada em 515 milhões anos de idade e é constituída basicamente de xistos derivados de argilitas entremeadas com pequenas seções de arenito e calcário, com algumas camas finas de dolomita (Park Science). Ele foi formado principalmente pela deposição de lama do mar e contém fósseis de braquiópodes e trilobitas. Muitos fósseis de vermes também ocorrem. Essa formação apresenta vários tons de verde com alguns poucos acastanhados e cinza. De fato, ela é um declive de 82 a 137m de espessura (Beus et al, 2003) onde a glauconita da o nome a essa coloração (Price, 1999).

A Formação de Muav é constituída principalmente de calcário datado em 505 milhões anos de idade, com coloração acinzentada.  Essa camada é pobre em fósseis de trilobitas e braquiópodes. A parte ocidental do cânion tem uma sequência muito mais espessa da formação Muav do que a parte oriental. E os penhascos de Muav variam entre 41 e 252m de espessura (Beus et al, 2003).

Estas três formações foram estabelecidas por um período de 30 milhões anos de tempo no Cambriano.  Os trilobitas e braquiópodes são os fósseis mais comumente relatados neste grupo. Sabemos que o litoral foi avançando terra a dentro depositando um material mais fino em cima de sedimentos mais grosseiros. Hoje, este grupo todo compõe a Plataforma Tonto que é comumente vista seguindo o rio Colorado, em que as formações de Tapeats e Muav criam falésias  enquanto que a plataforma do xisto de Bright Angel forma suas encostas (Harris et al, 1997).

Ao contrário das unidades abaixo (que correspondem ao Proterozóico) as camadas da plataforma Tonto são basicamente horizontais. O xisto de Bright Angel forma uma barreira para a água subterrânea que escoa para baixo e, assim, direciona-a através da sobreposição Muav para alimentar nascentes do interior do granito de Gorge.

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Porção Paleozóica (Plataforma Redwall)

As próximas formações correspondem a dois períodos da história geológica, o Ordoviciano e Siluriano, e que estão faltando na sequência Grand Canyon (Kiver et al 1999). Os geólogos não sabem se os sedimentos foram depositados nesses períodos e mais tarde foram removidos pela erosão ou se eles nunca foram depositados (Harris et al, 1997). De qualquer maneira, esta pausa na história geológica da área se estende por cerca de 65 milhões de anos. Um tipo de inconformidade foi formada (Kiver et al 1999). Essas desconformidades mostram características de erosão, tais como vales, colinas e penhascos que são depois cobertos por sedimentos mais jovens. Na figura mostrada no início deste texto, a plataforma carrega apenas o nome de Redwall e não esta divida com suas três principais formações (Temple Butte, Redwall e Surprise Canyon).

Datações do Grand Canyon

Datações do Grand Canyon. Permiano, entre 299 e 251 milhões de anos. Pennsylvaniano, entre 318 e 299 milhões de anos. Mississippiano (período do Carbonífero) entre 359 e 318 milhões de anos. Devoniano, entre 416 e 359 milhões de anos. Cambriano, entre 542 e 488 milhões de anos atrás.

Os geólogos sabem que os canais mais profundos dessa plataforma foram esculpidos no topo da rocha calcária de Muav (Harris et al, 1997). Provavelmente as correntes de água do rio foram responsáveis por essas esculturas, embora a corrente marinha possa também ser a responsável.

De qualquer maneira, essas depressões foram preenchidas com rocha calcária trazidas por água doce a cerca de 385 milhões de anos atrás, no Devoniano Médio, em uma formação que os geólogos chamam de Temple Butte formada principalmente de calcário (Park Science).

Marble Canyon é o nome de uma seção do cânion do rio Colorado no norte do Arizona. Este local exibe canais de cor púrpura. Nessa formação, o calcário forma falésias na parte ocidental do parque, onde ele é cinza com regiões com dolomita cor creme. Fósseis de animais com coluna vertebral são encontrados nesta formação; placas ósseas de peixes de água doce na parte oriental e numerosos fósseis de peixes marinhos na parte ocidental são encontrados. A Formação de Temple Butte tem entre 30 e 137m de espessura (Harris et al, 1997).

A próxima formação, localizada logo acima é a formação do penhasco de Redwall Limestone, que tem de 120 a 240m de espessura e é composta por grossas camadas de material calcário escuro, marrom ligeiramente azulado e/ou cinza, além da dolomita com nódulos de silex brancos misturados. De acordo com os dados geológicos, ali havia um mar tropical raso quando o continente ainda era próximo a região do equador e foi migrando nos 40 milhões de anos seguintes (Price, 1999). Muitos crinóides fossilizados, braquiópodes, briozoários, corais-de-chifre, nautiloides, esponjas e trilobitas (e tantos outros organismos complexos) foram encontradas na formação de Redwall (Harris et al, 1997).

Com o tempo, a região do Grand Canyon foi lentamente elevada e o Redwall foi parcialmente erodido. Análises topográficas demonstram que essas erosões foram preenchidas com mais calcário (Chronic, 2004) e a superfície exposta de Redwall obtém sua cor característica devido a água da chuva pingando das rochas ricas em ferro provenientes do xisto Supai e Heremit que situam-se acima deste grupo geológico (Harris et al, 1997).

A Formação Surprise Canyon é uma camada sedimentar de xisto vermelho-púrpura que forma camadas descontínuas de areia e cal acima do Redwall. Esta formação só existe de formas isoladas e mede de 15 a 122m de espessura (Beus et al, 2003). Essa formação era desconhecida para a ciência até 1973 e pode ser alcançado apenas por helicóptero dada sua altura. Muitos registros fósseis de materiais vegetais e conchas marinhas são encontradas nesta formação (Harris et al, 1997). Uma discordância marca o topo da formação de Surprise Canyon e na maioria dos lugares esta discordância foi inteiramente removida expondo a formação Redwall subjacente.

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Porção Paleozóica (Plataforma de Supai)

Existe uma discordância de 15 a 20 milhões anos que separa a Plataforma de Supai e a de Redwall. Essa formação foi depositada no final do período geológico Mississippiano, a aproximadamente 320, e se estendeu até o Pennsylvaniano, a cerca 270 milhões de anos atrás (Price, 1999). Ambos os depósitos são formados por lama marinha e não-marinha, além de areia e sedimentos calcários marinhos que foram concretizados em uma ampla planície costeira. Nesse período as Montanhas Rochosas ancestrais começaram a emergir no Colorado e no Novo México. Córregos trouxeram erodido a partir delas para a área do Grand Canyon (Chronic, 2004).

Plataforma de Supai e suas formações geológicas

Plataforma de Supai e suas formações geológicas

As formações de Supai na parte ocidental do cânion contém um calcário indicativo de um mar quente e pouco profundo, enquanto a parte oriental foi, provavelmente, um delta lamacento de rio. Esta formação é constituída por siltitos vermelhos e xistos cobertos por camadas de arenito de cor castanho dourado que juntas atingem uma espessura de cerca de 200m. O xisto das formações do Permiano deste grupo foram oxidados para uma cor vermelha brilhante. Os fósseis de pegadas de anfíbios, répteis e plantas abundantes são encontrados na parte oriental e um número crescente de fósseis marinhos são encontrados na parte ocidental (Harris et al, 1997).

As formações do Grupo Supai tem pequenas discordâncias em cada transição, mas seguem uma sequencia específica: 1) Watahomigi, constituída de rocha calcária de formação e inclinação cinzenta com algumas bandas de silex vermelho, arenito e siltitos roxos de 30 a 90m de espessura; 2) Manakacha é um penhasco de arenito vermelho pálido e xisto vermelho com uma inclinação de 90m de espessura; 3) Wescogame é uma elevação de arenito vermelho pálido e siltitos que com uma espessura de 30 a 60m; 4) Esplanade é outra elevação com formação de arenito vermelho pálido e siltitos com uma espessura de 60 a 200m de variação (Beus et al, 2003).

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Porção Paleozóica (Formações Heremit, Coconino, Toroweap e Kaibab)

A Formação de Supai fica abaixo da Formação Heremit, datada do Permiano. Provavelmente foi depositado em uma planície costeira ampla (Price, 1999) e apresenta um alternância de óxido de ferro em finas camadas com lama e lodo depositados por riachos de água doce em um ambiente semi-árido de cerca de 280 milhões de anos (Park Science). Os fósseis mais comuns são de insetos alados e plantas coníferas, bem como camadas com animais vertebrados. (Kiver et al 1999) Trata-se de uma rocha de xisto profunda, vermelho de cerca de 30 a 274m de espessura (Beus et al, 2003).

A Formação de Coconino apresenta arenito que se formou a cerca de 275 milhões de anos atrás em uma área seca com dunas de areia de quartzo que invadiram um deserto em crescimento (Park Science). Algumas estruturas sedimentares formadas como a seca de sedimentos lodosos se formaram nessa formação, em locais profundos subjacentes ao xisto de Heremit. Esse deserto de Coconino durou de 5 a 10 milhões de anos (Price, 1999).

Hoje, essa formação tem cerca de 17 a 183m e apresenta uma coloração branca e dourada grossa, um declive creme próximo a borda do cânion (Beus et al, 2003).

Eolians, que são correntes de ventos criaram padrões de estratificação cruzada de cor fosca, bem ordenados e arredondados. Sendo assim, é possível encontrar paleodunas fossilizadas (Kiver et al 1999 e Blakey, 1990) com muitos fósseis de lagartos, artrópodes milípedes e escorpiões (Chronic, 2004). Uma pequena discordância marca o início desta formação.

Formações Heremit, Coconino, Toroweap e Kaibab

Formações Heremit, Coconino, Toroweap e Kaibab

A coluna geológica seguinte tem 60m de espessura e é chamada de Formação Toroweap. Trata-se de uma formação de arenito vermelho e amarelo e também há inter-camadas de calcário cinza com gipsita. A formação foi depositada em um mar quente e raso como o litoral invadido e que regrediu neste local. A idade média da rocha é cerca de 273 milhões de anos. Na encosta é possível encontrar fósseis de braquiópodes, corais e moluscos, juntamente com outros animais e várias plantas terrestres (Harris et al, 1997). Toroweap é dividida em três seguintes setores: Seligman que é de cor amarelada a avermelhada, formada por arenito; Brady Canyon é formado por um calcário cinza exposto nos penhasco com variedades de quartzo; Wood Ranch é constituída por um siltito pálido, rocha dolomítica e arenito de cor vermelho e cinza. Uma ligeira discordância marca o início desta formação. Um dos pontos mais altos e, portanto, mais jovens, na formação do Grand Canyon é o do Calcário Kaibab que esta erodido em falésias de 90 a 100m de espessura (Beus et al, 2003) e foi estabelecido no último período do Permiano, a cerca de 270 milhões de anos (Park Science).

Kaibab foi depositada nas partes em que houve um avanço de mar com temperaturas quentes e pouco profundo, onde o Toroweap subjacente foi formado. A formação é tipicamente feita de rocha calcária, areia assentada em cima de uma camada de arenito, e em alguns lugares há o arenito e xisto bem próximos a parte superior (Grand Canyon Rock Layers).

Ele tem uma coloração creme esbranquiçada e acinzentada que os visitantes do parque passeiam e visualizam o cânion. Ela é a rocha de superfície que cobre grande parte do platô de Kaibab, a norte do cânion e o platô de Coconino ao sul. Muitos dentes de tubarão foram encontrados nesta formação, bem como fósseis de invertebrados marinhos, braquiópodes, corais, moluscos, os lírios do mar, e vermes.

Desta forma, todo o imenso Grand Canyon tem grande parte de sua histórica conhecida graças ao conhecimento obtido pela geologia ao estudar sua formação rochosa.
Este tipo de pesquisa auxilia a entender a dinâmica de processos geológicos que moldam a crosta terrestre, placas continentais inteiras e permite-nos estudar também formas de vida passada graças a presença de fósseis.

Os dados geológicos obtidos ainda compactuam com a teoria da evolução ao mostrar a diversidade de formas de vida nas camadas subsequentes conforme se analisa o cânion de baixo para cima. Esses registros mostram a complexidade de organismos vivos, como eles se dispõem nas camadas mais antigas em direção as mais recentes e combinam com os mesmos dados encontrados em diferentes locais do planeta. A sequência de fósseis e a diferença de datas entre as camadas geológicas demonstram que tais processos de deposição ocorreram em períodos distintos, e mostra indivíduos fossilizados em diferentes níveis de complexidade. Alguns organismos foram fossilizados integralmente e outros deixaram apenas vestígios (chamados de icnofósseis) como pegadas de lagartos ou de artrópodes. Isso mostra períodos geológicos distintos com conjuntos faunísticos distintos sendo fossilizados em momentos históricos distintos e registrando o avanço e a dinâmica dos oceanos ao longo das Eras da história de nosso planeta.

Victor Rossetti

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Referências

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.
Beus, Stanley S.; Morales, Michael, eds. (2003). Grand Canyon Geology (2nd ed.). New York, Oxford: Oxford University Press.
Price, L. Greer (1999). Geology of the Grand Canyon. Grand Canyon, Arizona: Grand Canyon Association.
Chronic, Halka (2004). Pages of Stone: Geology of the Grand Canyon and Plateau Country National Parks and Monuments (2nd ed.). The Mountaineers Books.
Tufts, Lorraine Salem (1998). Secrets in The Grand Canyon, Zion and Bryce Canyon National Parks (3rd ed.). North Palm Beach, Florida: National Photographic Collections.
Blakey, Ronald C. (1990). “Stratigraphy and geologic history of Pennsylvanian and Permian rocks, Mogollon Rim region, central Arizona and vicinity”. Geological Society of America Bulletin 102 (9): 1189–217.
Ribokas, Bob. “Grand Canyon Rock Layers”
Park Science

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