Géologie de la région de Zion et de Kolob

thumb|Le parc national de Zion sur une carte des États-Unis. La géologie de la région des canyons de Zion et de Kolob est composée de neuf formations géologiques superposées. Elles sont visibles dans le parc national de Zion, au sud-ouest de l'Utah, aux États-Unis. Cet empilement de roches représente 150 millions d'années de sédimentation datant en grande partie du MésozoïqueHarris 1997, 34.

Cette superposition de couches géologiques fait partie de l'un des plus grands empilements, le Grand Staircase, dont les couches les plus anciennes sont visibles dans le Grand Canyon ; les couches intermédiaires dans le parc national de Zion et les plus récentes dans le parc de Bryce Canyon.

Les dépôts de sédiments, qui sont à la base des roches sédimentaires dans la région de Zion, se sont formés dans des mers chaudes pour celles de Kaibab et de Moenkopi, dans des lacs et des rivières pour celles de Chinle, Moenave, et Kayenta, dans des déserts pour celles de Navajo et de Temple Cap et dans un environnement côtier pour celles de Carmel.

Cet empilement de sédiments, qui s'est formé au cours de millions d'années, s'est soulevé lentement par la suite lors de l'orogenèse du plateau du Colorado, causée par le mouvement des plaques tectoniques. L'érosion due aux cours d'eau a ensuite creusé des canyons dans ces roches, mettant au jour ces strates successives. Le canyon de Zion a été creusé par le bras nord de la rivière Virgin. Des coulées de laves et cônes volcaniques se sont également ajoutés à l'ensemble. Dans le parc de Zion, les roches les plus récentes sont visibles dans les canyons de Kolob tandis que les plus anciennes se trouvent dans le canyon de Zion. Le plateau est délimité à l'est par la faille de Sévier et à l'ouest par la faille Hurricane. thumb|upright=2|Canyons de Kolob. L'érosion a permis de mettre au jour les roches rouges et orange des formations géologiques.

Grand Staircase

thumb|200px|Coupe stratigraphique de la région du parc.

On pourrait comparer le Grand Staircase (Grand Escalier) à un gigantesque livre dont chacune des pages serait une formation géologique différente. Les premières pages de ce livre seraient les plus anciennes et les dernières les plus récentes. En étudiant ces formations, les géologues peuvent retracer l'histoire géologique de la région. Les premières pages sont lisibles au niveau du Grand Canyon et les dernières à Bryce Canyon.

Les couches géologiques les plus récentes visibles dans le Grand Canyon sont les plus anciennes visibles dans le canyon de Zion. La plus ancienne à Zion, avec ses 240 millions d'années, est la formation de KaibabNPS. La plus jeune à Zion, avec environ 60 millions d'années, se retrouve au bas des couches présentes dans Bryce Canyon.

Il y a environ 270 millions d'années, durant le Permien, la région de Zion était un bassin sédimentaire relativement plat dans une mer située à proximité du bord occidental d'un supercontinent dénommé PangéeNPS et ZNHA, 2004. Les montagnes environnantes apportaient par érosion des sédiments qui se déposaient dans le bassin. Avec le temps, ces sédiments se sont transformés en roches appartenant à la formation de Toroweap visible dans le Grand Canyon. Cette formation n'est pas visible dans le parc de Zion mais constitue le socle rocheux sur lequel les formations de Zion reposent.

Dépôts de sédiments Calcaire de Kaibab À la fin du Permien, le bassin de Toroweap était recouvert par le vaste océan chaud de Panthalassa et, plus particulièrement, par la mer Kaibab. À cette époque, l'Utah et le Wyoming étaient proches de l'équateur du côté occidental de la PangéeGraham2006, 28.

thumb|left|Hurricane Cliffs et formation de Kaibab. Il y a environ 260 millions d'années, les roches calcaires jaune-gris et riches en fossiles commencent à se former dans une mer sous un climat tropicalLeach, 2000, 16. En cette période, des éponges de mer, comme la Actinocoelia meandrina, proliféraient. Elles se faisaient ensuite recouvrir par des sédiments. La silice, qui compose leur intérieur, se dissout avant de se recristalliser en formant des couches colorées et claires de silex. Dans le parc, cette formation est visible au niveau des collines Hurricane Cliffs, près des canyons de Kolob mais aussi le long de la voie Interstate 15 à proximité du parcHarris 1997, 35.

Plus à l'ouest, un complexe d'îles en arc se forme au-dessus d'une zone de subduction. Plus à l'est, ce qui est à l'origine de l'ouest du Colorado actuel, se trouve un massif montagneux similaire au massif himalayen actuel et dénommé borde la zone. Les recoupements entre la formation de Kaibab et le grès dénommé White Rim Sandstone, que l'on trouve à l'est dans le parc national de Capitol Reef, laissent à penser que le faciès marin de Kaibab s'est par moments déplacé plus à l'est à la suite d'une élévation du niveau de la mer ou à la suite d'une transgression. Lorsque la mer s'est retirée, la roche calcaire du fond marin est exposée à l'érosion, ce qui explique une topographie karstique allant jusque de profondeur.

Formation de Moenkopi thumb|Formation de Moenkopi Des volcans entrent en éruption au début du Trias à l'ouest de la zone (la région frontalière entre la Californie et le Nevada est ce qui reste de cette zone). Il y a environ 230 millions d'années, la zone de Zion est occupée par un milieu marin peu profond et par des estuaires fluviaux à la suite du retrait océanique qui prévalait jusque-là. Des dépôts de gypse, d'argile, de boues et de sables se constituent durant cette période. Cette couche sédimentaire, qui peut atteindre environ d'épaisseur, porte le nom de Formation de MoenkopiGORP. Les fossiles d'animaux et de plantes trouvés dans cette couche rocheuse indiquent que la région subissait un climat tropical chaud et humide avec probablement des moussonsGraham 2006, 29.

La base de la formation, dénommée Red Canyon Conglomerate, s'est enfoncée par endroits dans des fosses trouées naturellement dans les roches calcaires sous-jacentes de Kaibab. Certaines de ces fosses peuvent atteindre jusqu'à de profondeurBiek et al., 2003 114. Le milieu était en fait situé à la limite du niveau de la mer et de la terre. Par moments, il était sous-marin lorsque le niveau de la mer augmentait et était inversement en dehors de l'eau en cas de baisse de niveau des mers. Cette succession d'épisodes marins/terrestres se retrouve dans les sous-couches (dénommées membres) de la formation. Au niveau de Zion, ces membres sont dénommés Timpoweap, Virgin limestone et Shnabkaib.

Ces couches rocheuses colorées de rouge, brun et rose sont visibles dans les canyons de Kolob et sur les bords de la Utah State Route 9 entre Rockville et Virgin. Le sommet de la formation se trouve sur cette route dans le parc, à la sortie du Parunweap Canyon.

Formation de Chinle Par la suite, à la fin du Trias, la zone fut soulevée par le mouvement des plaques tectoniques et la formation de Moenkopi fut exposée à l'érosion. La zone devint alors une sorte de grand bassin intérieur alimenté en eau et en sédiments par des rivières en provenance du nord et du nord-ouest. Ces sédiments couplés à des cendres volcaniques constituent la formation de Chinle. La zone de contact irrégulière entre la formation sous-jacente de Moenkopi et celle de Chinle est visible entre Rockville et Grafton.

left|thumb|Formation de Chinle Les géologues ont mis en évidence dans la roche de cette formation du bois pétrifié et des fossiles d'animaux adaptés à un environnement marécageux. On y a retrouvé ainsi des phytosaures, des dipneustes et des bivalves lacustres. Les plantes sont représentées par des conifères, des Cycadophytes, des fougères et des prêlesBiek et al., 2003, 115. Les roches sont également composées de minéraux contenant de l'uranium. Elles ont des colorations pourpre, rose, bleue, blanche, jaune, grise et rouge et contiennent aussi du gypse, du calcaire, du grès et du quartz. La coloration provient des oxydes de fer et de manganèse et de sulfure de cuivre.

Le sable, les graviers et les arbres qui forment les dépôts sédimentaires ont, ensuite, été cimentés par la présence de silice en solution en provenance des volcans situés plus à l'ouestHarris1997, 38.

Le membre de la formation, qui est constitué de bois pétrifié, est visible dans le parc national de Zion mais surtout dans le parc national de la forêt pétrifiée.

Formations de Moenave et de Kayenta Au début du Jurassique, un soulèvement de la zone ne lui a plus permis d'être dans un lieu de sédimentation pendant environ 10 millions d'années. Ensuite, la sédimentation a repris son cours pour former la formation de Moenave. Cette formation est créée par des incursions périodiques de la mer à partir du nord mais également par des sédiments en provenance de rivières, de lacs et de plaines.

thumb|Formation de Moenave. Le plus vieux membre de cette formation (Dinosaur Canyon Member) a une coloration rougeâtre et peut atteindre une épaisseur de 40 à . Il est composé de couches fines d'argiles, de mudstone et de grès.

Le second membre de la formation, de couleur brun-rougeâtre pâle, a une épaisseur de 20 à . Les sédiments se sont déposés dans de bien plus grands cours d'eau ou lacs que dans le précédent membre. On y a découvert des fossiles de poissons d'eau douce semblables à des esturgeons.

Le troisième membre, dénommé Whitmore Point, est peu épais. Il est constitué de mudstone et d'argile. Le bas des collines rouges visibles à partir du Zion Human History Museum appartient à ce membre.

thumb|left|Formation de Kayenta. Avec une épaisseur variant entre 60 et , la formation de Kayenta est composée de sables et d'argiles déposés au début du Jurassique. L'environnement à l'époque peut se décrire par une succession de périodes semi-arides et tropicales. Les rivières de la zone coulent en général dans en direction de l'ouest ou du sud-ouestGraham2006, 30. Des dinosaures de type sauropodes ont été découverts dans ces roches. À cette époque, les montagnes en Californie et dans le Nevada se formaient alors que la zone se déplaçait davantage vers le nord en s'éloignant de la zone équatoriale. Ces montagnes constituaient un mur qui captait une grande partie des précipitations et qui rendaient la zone plus aride et désertique. La coloration de la roche, rouge et mauve, est visible dans le parc national de Zion.

Formation de Navajo thumb|120px|Formation de Navajo. Vers le milieu du Jurassique, il y a entre 190 et 136 millions d'années, s'est formée la formation de NavajoTufts, 1998, 43. Le climat devient de plus en plus aride dans la région pour être finalement désertique sur près de . Des dunes se forment alors dans la région du canyon de Zion il y a environ 175 millions d'années, et ce durant environ 10 millions d'années. L'épaisseur du sable atteint près de de haut au niveau du Temple of Sinawava

Ce sable est constitué à 98 % de grains translucides de quartz. Il provient des zones côtières situées plus au sud-ouest au niveau du Nevada. Ce sable s'est transformé, au fil du temps, en grès presque blanc pâle ou rouge. Ce grès est également composé de carbonate de calcium, ce qui le rend poreux et peu résistant pour du grès. La plus grande nappe aquifère de la région est située dans le grès de NavajoGraham, 2006, 12. Il s'agit de la plus grande formation présente dans le parc national de Zion.

Formations de Temple Cap et de Carmel thumb|left|Formation de Temple Cap reposant au-dessus du grès de Navajo.