1.科羅拉多河
科羅拉多河（Colorado River）發源於美國西部科羅拉多州中北部落基山脈，洪流奔瀉，經猶他州、亞利桑那州，由加利福尼亞州的加利福尼亞灣入海。全長2320km，流域面積63.7×104km2。流經7個州——懷俄明州、科羅拉多州、猶他州、新墨西哥州、內華達州、亞利桑那州和加利福尼亞州。
圖5-24 美國大峽谷的峽谷地貌
圖5-25 美國大峽谷的峰柱
圖5-26 美國大峽谷的峰墻
圖5-27 美國大峽谷的峰墻
科羅拉多河的源頭位於洛基山脈國家公園，在當地叫做綠河。綠河流量並不大，是由懷俄明州流向科羅拉多州的，並在洛磯山脈國家公園分岔，經過了許多險峻的峽谷，通過火焰峽谷（Flaming George）水庫之後就開始叫做科羅拉多河了。在科羅拉多高原上壹***有11條河流加入到這個水系，壹起切割出險峻的峽谷系統。
科羅拉多河向西南流到大理石峽谷南端之後突往西轉，斜穿過高原上的地層、褶皺和斷層，形成科羅拉多大峽谷。之後，科羅拉多河與壹條來自內華達州的維京河匯合，並突然轉向南方，出黑峽谷之後，通過南加州平原，由加利福尼亞灣入海。
南緣以淺色的和具有北美生物特征的植被（叢柏、矮松）為主。灰尾巴、白肚子、灰身體的Abert松鼠生存在這裏。大峽谷形成以前，這兩種現代松鼠的***同祖先是壹個生活在這裏高原上的黑白相間的松鼠。峽谷形成後，由於這種自然屏障，松鼠不能往來遷移，加之南北氣候不同，新的松鼠物種按照自然選擇得以進化——北部生活著深色的Kaibab松鼠，南部生活著淺色的Ablert松鼠。
2.地質特征
峽谷的巖石很老，但是峽谷本身卻很年輕。在河流近200萬年來的下切侵蝕作用下，峽谷的主體切割完成。由於下切作用而出露出來的古老巖石形成地質柱狀剖面，記載著約20億年的地質歷史。在大峽谷見到的沈積巖均是近水平的巖層，並且許多巖層貫穿整個科羅拉多高原。
河流系統的演化
科羅拉多河從落基山脈到加利福尼亞海灣綿延1450多英裏，川流不息。和其他大河壹樣，科羅拉多河也是適應不同時期的環境變化發育而來的，但科羅拉多河更為復雜。關於科羅拉多河的演化階段、支流流向、母流等問題，地質學家爭論了壹百多年，至今還沒有壹個讓人們普遍接受的假說。以下是河流演化過程中的壹些基本原理：
基準面 是指河流下切的極限面，海平面是所有河流下切的終極基準面。有時存在地方基準面，如：湖泊、水庫，或者內陸盆地也可以控制河流的下切能力。科羅拉多河流基準面受地面擡升尤其是更新世冰期的影響而變化。此外，河流的部分河段在其貫通之前，可能匯入內陸湖（臨時基準面）。
梯度 梯度較小的河流壹般不會有太大的能量。但是，如果壹個地區地殼擡升，就會使其梯度變大，水的流速變大。這種情況下，水流下切加快，其水量也會增加。有時在地殼擡升過程中，水流可以維持它的原始路線，在河床上下切出壹條狹溝。
溯源侵蝕和河流襲奪
當幹流下切侵蝕河床的時候，支流也通過溯源侵蝕來增加它們的長度。溯源侵蝕就是在每個山谷中不斷地向高地侵蝕。水系發育在易被侵蝕的巖層上，比如，不斷向源侵蝕的水系與臨近的水系相交叉，發生襲奪。地質學家們認為科羅拉多河在其演化成為壹條大河之前發生了多次的河流襲奪。但是它是怎樣發生的，在哪裏，什麽時候發生的，這些細節目前還不清楚。
科羅拉多河演化過程中的主要因素有：
1）中生代晚期（6500萬年前），在落基山以及科羅拉多高原地區的河流源頭經歷了壹系列相對較快的擡升。科羅拉多高原總***擡升了5000～10000英尺。河流梯度變得更大，增加了河流的流速及侵蝕速率。
2）隨著海拔升高，降雨雪量也越來越多。在寒冷的更新世氣候下，冰川開始形成並不斷增長。越來越多的冰雪融水可以利用，河流流量也不斷增長。發源於落基山的河流在高原上流動時，具有巨大的侵蝕能量。
3）高原氣候比山嶽氣候要幹，因此，大水量快流速的河流將高原切割成深長的峽谷。由於在擡升的高原上降雨量較低，因此水量太少，不能拓寬斜坡上的河谷。
4）600萬年前，當加利福尼亞海灣張開的時候，這個較低的侵蝕基準面導致大峽谷地區發生快速的向源侵蝕。現在川流不息的科羅拉多河很可能就是在那個時期之後形成的。在海灣形成之前，發源於落基山的科羅拉多河或者說是其母河，流向海洋的另外壹個地方。
5）穿過Kaibab高原的東西向大峽谷段是不對稱的。由於在擡升過程中有壹個輕微的傾斜，所以河流更加靠近南邊。北緣受潮氣影響，剝失更多的沈積物，也迫使河流向南部靠近。在Kaibab高原上的侵蝕速率更大，因為降在河流北邊的雨水全部向南流，匯入大峽谷。在南緣，雨水和融水也向南流；當水流從峽谷出來時，侵蝕效果已經不那麽明顯了。
6）怎樣管制科羅拉多河將決定它在20世紀和21世紀中的演化進程。在1980年，Powell湖開始有能力蓄水。在它被填滿導致河水溢過大壩之前能有多長時間呢？如果河水溢過大壩，大壩則必然會被沖倒。
Glen Canyon大壩可控的平均排水量為12 200立方英尺
lft3=2.8316×10-2m3
/s。對比大壩建設前後的流量：流量在旱季高了1000立方英尺/s，在雨季低了325 000立方英尺/s。在Glen Canyon大壩下面匯入科羅拉多河的Paria河，給大峽谷帶來了泥沙、季節性的高水位以及偶爾的洪水。在小範圍上來說，小科羅拉多河在幹流向西彎的大拐彎上遊匯入，也帶來了同樣的東西。匯入的這些物質能量，即使再加上大壩放出來不攜帶泥沙的水，能量還是不夠大，不能將河底的泥沙沖走。同時，河岸邊的河漫灘又被季節性洪水帶來的泥沙所補充，這些洪水是由於雨季從Glen Canyon發電站放出來的水造成的。想恢復河流的正常水位已經是壹個不切實際的想法，因為科羅拉多河是整個西南部重要的地表水來源。合法分配給用戶的水比它所流走的水還要多。
大峽谷的火成巖和變質巖
當科羅拉多河在高原上下切得更深時，河流開始在古生代水平巖層下更古老的巖層上流動。火成巖和變質巖，都在大峽谷的Inner Gorge處出露出來，屬於前寒武紀，年齡超過6億年。最老的巖層，許多層狀頁巖、砂巖和其他沈積巖與大量的熔巖流互層，覆蓋在本區。大峽谷超群中的巖石在構造活動中由於壓力和熱量發生變質。壹些熔巖呈現出暗色的條帶並切穿了老的沈積巖層。地質學家稱侵入巖層中間的為巖床，切割古老的巖層的為巖墻（圖5-28）。長期的侵蝕搬運走了大量前寒武紀巖石。
圖5-28 深成巖體的巖漿侵入到沈積巖巖層
在距今約100多萬年的地質歷史時期，暗色的玄武巖巖漿沿著裂縫噴出流入大峽谷中（國家公園西部）。火山灰從峽谷邊緣的火山灰燼錐中吹出，落在地表。這些熔巖流和火山灰沈降層形成了公園較年輕的巖石。
不整合 在Inner Gorge中的火成巖和變質巖被侵蝕完之前，巖石單元由於造山運動分裂為大的塊體並以大約15°的傾角傾斜。但是表面還是相對比較平坦，因為那時本地區是海洋，古生代沈積巖層開始沈積。古生代和前寒武紀之間的接觸面或者接觸關系稱為不整合，代表了地質記錄的壹個沈積間斷。
3.科羅拉多大峽谷的形成時代
科羅拉多大峽谷開始形成的時代證據之壹是邊緣礫石。
沿科羅拉多高原的西南緣，大峽谷南北兩岸均分布有壹套河流相礫石層，稱為邊緣礫石（nim gravels）。礫石層覆蓋在高原的古生代－中生代地層之上，礫石成分有前寒武紀變質巖和火山巖。礫石成分和古流向研究顯示大峽谷南北兩岸的邊緣礫石均來自科羅拉多高原南部邊緣山區。可以推測，如果大峽谷和科羅拉多河當時已經存在，則這層邊緣礫石只會在大峽谷或科羅拉多河南岸找到，但現在在大峽谷南北兩邊都有分布，可見這層邊緣礫石形成早於大峽谷或科羅拉多河谷。同時，這層礫石被後來噴發的玄武巖所覆蓋，經絕對年齡測定，玄武巖年齡為6Ma，可見大峽谷和科羅拉多河谷的形成應晚於600萬年。另壹證據是科羅拉多河註入加利福尼亞海灣沈積的Bouse組，年齡約5Ma。
邊緣礫石和玄武巖測年說明，6Ma前科羅拉多河尚未形成。Bouse組沈積說明科羅拉多河5Ma前才流入加利福尼亞灣入海。而5～6Ma間的科羅拉多河，通過匯水流域貫通了落基山到加利福尼亞灣的河道。科羅拉多河造就大峽谷並深切至現今深度僅有500萬年。
4.河流如何切割侵蝕成峽谷
地殼上升和氣候變幹燥寒冷是形成大峽谷地貌景觀的兩個重要因素。
向源侵蝕和河流襲奪也是峽谷形成的重要因素。科羅拉多河由原先的多條支流變成壹條河流，如原為流向相反而源於同壹山脈的河流襲奪，特別是坡降較陡的河流向源頭加長至流域分水嶺地塊，能攜帶更多沈積物，河道加深較快，切入原為低坡降河道，使河水倒流納入前者，並變成新源頭，河流側流，流域反向。
隨著氣候變冷和幹旱，面狀侵蝕被河谷侵蝕所代替，1500萬年前西南部地區變得越來越強烈幹冷，500萬～600萬年變得愈加幹燥寒冷，此後河流向下深切成峽谷。現今深谷的地貌正是在這種幹冷氣候條件下逐漸成形。
科羅拉多河與壹些在大峽谷匯入其中的幹枯支遊的關系可理解為河道切入峽谷，多與主河道同壹水平，斜坡度匯入。為什麽這種缺水的小支流會形成主河道壹樣深的峽谷？答案只能是這些大小峽谷都是在稀有的暴雨洪水中大量碎屑磨蝕河道形成，雖在大峽谷幹枯支流95%的時間是不活躍的，但支流坡降大，能攜帶大量碎屑物並侵蝕剝磨河床基巖，可造成不亞於科羅拉多主河道的峽谷，如Tapeats溪流遠小於主流河道，但亦能形成深似科羅拉多大峽谷的峽谷，概因其坡降大，攜帶碎屑物多所致，但主流河道峽谷的深度是其極限。
大峽谷***有19種沈積巖組、2類結晶巖，其巖性、硬度、密度差異，對侵蝕抵抗能力也不相同，特別是對河道加寬意義重大，其他因素對峽谷加深更有意義。