登陆注册
10626700000002

第2章 追本溯源——瀑布是怎样形成的

1.什么是瀑布

瀑布(waterfall),是指河流或溪水经过河床纵断面悬着的陡坡或悬崖处时,成垂直或近乎垂直地倾泻而下的水流,瀑布,有时被称为河落,有时也被称为大瀑布,当超过很大的水量时,后者尤为常见。比较低、陡峭度较小的瀑布则称为小瀑布,这一名称常用来指沿河一系列小的跌落。

2.瀑布的形成

在地质学上,是由断层或凹陷等地质构造运动和火山喷发等地表变化造成河流的突然中断,另外流水对岩石的侵蚀和溶蚀也可以造成很大的地势差,从而形成为瀑布。

有的河段坡度更平缓,然而在河流坡降局部增加处相应出现湍流和河水,这些河段称急流。瀑布表示河水流动中的主要阻断。通常情况下,河流总是通过侵蚀和淤积过程来平整流动途中出现的障碍物。一段时间过后,河流长长的纵断面(也称之为坡度曲线)就会形成一条平滑的弧线,其特点为:河源处最陡,河口处较和缓。这条弧线被瀑布中断了,因此它们的存在就是为了证明侵蚀过程中的进展。

瀑布在地质学上被称为跌水,表现为河水流经断层、凹陷等地域时垂直地跌落。在河流的时段内,瀑布只是暂时性的,终有一天会消失。侵蚀作用的强度取决于特定瀑布的高度、流量,以及有关岩石的类型与构造,或是其他一些因素。在一定的情况下,瀑布的位置会因悬崖或陡坎被水流冲刷而向上游方向逐渐消退;而在其他情况下,这种侵蚀作用又倾向于向下深切,并斜切包括瀑布在内的整个河段。时间久了,这些因素的其中一个或两个都会起作用,河流的趋势是消灭任何可能形成的瀑布。

在河流的作用下,必然会形成一个相对平滑、凹面向上的纵剖面。以至于当这些河流侵蚀工具的碎石不存在的时候,可用于瀑布基底侵蚀的能量也是很大的。跌水潭存在于跌水的下方,是在河槽中掘蚀出的盆地。它与瀑布的大小相关,也与流量和高度相关,这是其特征之一。在特定的情况下,跌水潭的深度与造成瀑布的陡崖高度极为相似。跌水潭必然会造成陡崖坡面的坍塌和瀑布后退的现象。造成跌水的悬崖在水流的强大的冲击力下不断地坍塌,使得瀑布向上游方向后退并降低高度,因此瀑布终有一天会消失。

对于瀑布的成因,大多数人认为一条河流翻过一个悬崖峭壁,就形成了瀑布。事实上瀑布的形成有三种方式:第一种就像尼亚加拉瀑布,它的形成是由于尼亚加拉河水翻过白云石的岩壁,直落入下面的一个大水池里,翻滚飞流的水流长时间地浸蚀页岩,淘空了白云岩的岩洞,一块块的白云岩崩落而下,使得悬崖变得更加陡峭。

瀑布形成的第二种方式:在古代有一大块被熔化的岩石从下面挤上来。时间久了,岩石也就慢慢地变硬了,随后在河道中就形成了一堵墙。我国的黄石瀑布(即庐山瀑布)就是这种方式形成的典型瀑布。

其三,是由于古代的冰川切入山谷之中,使得两侧形成悬崖峭壁,也就因此形成了瀑布。

另外,地球表面的运动使得高原的高度增加,河流就位于其边缘地带,这就是高原瀑布的形成原因。

不过,形成瀑布必须有以下几个条件。其中最为常见的原因是岩石类型的差异。当河流跨越许多岩石边界的时候,如果从坚硬的岩石河床流向比较柔软的岩石河床,相对而言较软的岩石河床的侵蚀会更快一些,并且在这两种类型岩石相接处的坡度会更加陡峭。当河流改变方向并露出不同的岩石河床间的相接处时,就会出现这种情况。尼加拉加瀑布就是这种情况下形成的,它是美国与加拿大之间的一部分疆界,在其河床上有一块斑驳的白云石顶板岩石,压在一连串较软的页岩和沙岩之上。

第二个瀑布形成的条件是,在河床上有许多条状的坚硬岩石。以尼罗河最为典型,在那里形成了许多大瀑布,由于尼罗河水已经对河床进行了充分的侵蚀,致使坚硬的结晶质基底岩露了出来。

在数量众多的瀑布之中只有很少一部分是由岩层的特性形成的,最为常见的是由陆地的结构和形状形成的。例如,隆起的高地玄武岩能够形成坚硬的台地,河水就有可能在它的边缘产生瀑布,北爱尔兰的玄武岩就是这样的情况。用一个规模更大的瀑布来看,非洲南半部的岩石外表结构是一块高度很大的高地,周围是陡坡。在这样的情况下,该地区大部分主要的河流都出现了瀑布和急流。刚果河上的李文斯敦瀑布和橘河上的奥赫拉比斯瀑布就是这样形成的。通常情况下,随着山区地形坡度越来越大,瀑布的数量也随之增多。

然而,河水侵蚀和地质特征并不是形成瀑布的单一因素。沿着断层进行的构造运动会将坚硬和软性岩石聚集在一起,共同形成瀑布。河床海平面的急剧下降会加强下蚀作用,并使河床上的裂点向上游方向后撤(也可以说成,坡度的急剧变化标志着河床基准水面的变化)。依据海平面、河水流动和地质特征(以及其他因素),河落或急流极有可能在河床上出现裂点的地方得到进一步发展。冰川作用现已形成很多瀑布,由于冰蚀作用,那里的河谷深度在不断增加,而支流河谷被留在较陡的河谷两侧较高处。在美国加利福尼亚州有一座由冰川作用形成的约塞米蒂瀑布,从高为436米的一个悬谷跌落下来。

从河流的时间角度来看,瀑布只是一种短暂的现象,终有一天会消失。其侵蚀速度是由已知瀑布的落差、水量、岩石的种类、结构以及其他一些因素决定的。在某些情况下,由于悬崖或陡坡的溯源侵蚀而使瀑布向上游退缩;然而有时侵蚀也会产生下切作用而将瀑布所在的整个河段夷为平地。

瀑布的形成即使没有作为河流侵蚀工具的碎石出现,其基部也能够获得极大的侵蚀能量。这是因为对于一些水量和落差大的瀑布来说,其特征之一就是由瀑布跌落底部淘蚀成的深潭。有时此潭的深度与产生瀑布峭壁的高度所差无几。深潭最终造成峭壁表面坍塌和瀑布的后退。在一些地方,瀑布的后退也是一个明显的特点。

3.瀑布群的形成

瀑布群如此让人为之惊叹,它到底是如何形成的呢?

瀑布群的成因,尤以大峡谷河床瀑布群的形成为典型,是在内外营力共同的作用下导致地形差异,由此表现出河流水作用的一种阶段性河床地貌的表现。其形成原因应该是综合性的、复杂的。当然在分析其形成原因时,会有主要与次要之分,也可以说成是在一些特定的条件下受到共同的作用,在某一时间段上的一种必然表现。大峡谷河床瀑布群,就是在短距离、高坡降、大水量这样的情况下,由于流水水动力作用选择一定的地质构造部位能量释放的一种必然表现形式,同时也是河流发育溯源侵蚀在现阶段时间内、在特定的地形部位表现出的一种必然结果。

然而,每一个瀑布群的形成原因是有差异的,需要很详细的工作,或对其进行具体分析。例如,西兴拉到帕隆藏布汇入口20余千米的河床上:

其一,在短距离内河道作S形或直角形的急拐弯转折,较大的主体瀑布和相对集中的瀑布群最容易出现在河床S形拐弯的弯部和直角形转折的弯部这种地形突然转折变化、应力相对集中作用的部位。例如,落差最大的藏布巴东Ⅰ号、Ⅱ号瀑布就出现在河床S形拐弯部位。

其二,短距离内峡谷基岩河床深槽形态发生束放变化的转折部位,容易出现较大瀑布。例如,绒扎瀑布就是从相对较宽的河床到突然收窄的河床跌落下去进入更深更窄的基岩河槽。在此需要注意的是,在任何一个巨大瀑布下面一定有深潭,且必然会改变河床谷地的形态和水流作用的性质,这种差异是相辅相成的,也可以说成是瀑布地形形成过程的一部分。例如,藏布巴东瀑布跌落下去就形成一个很大很大的三角状瀑槽,瀑水在其中急速回旋翻滚,形成一个三角形池,并呈现牛奶状乳白色的水流,然后再跌落下去。

其三,从藏布巴东Ⅱ号瀑布出现部位的卫星影像图进行分析,这里的变质岩接近东西走向,两岸形状是连续的,瀑布的出现主要是由于河床的急拐弯和束放导致营力相对集中作用所出现的差异。在绒扎瀑布,张文敬教授曾介绍说,瀑布的出现与其坐落在横向岩层中石英岩脉这样坚硬岩性地层的出现有很大关系。

其四,藏布巴东Ⅱ号瀑布,也就是大峡谷中最大的瀑布(高35米)以下一系列小规模的瀑布和跌水的出现,与河床有许多大块崩塌堆积的堵塞有关系。在整个大峡谷中,一些河床小瀑布与跌水险滩,很多都与强大的支沟泥石流堆积于干流主河床上,只有一小部分改变了河床坡降造成的差异,这也是有关系的。

其五,据季建清博士介绍,大拐弯峡谷构造复杂之处在于弧弯在不同板块之间,这里出现的是花岗质的构造糜棱岩带,通过裂变径迹的测年显示,这里自15万年来上升量已经达到每年30毫米,对于地球上的上升地区来说,这里是最为强烈地之一。在这里地幔物质上涌是“高温、低密、低磁、负重力、多地震、强构造运动”的地球“热点”地区。总而言之,这里地壳(物质)的变形是非常强烈的(在大峡谷瀑布群所在变形地体上留有许多构造变形的证据)。在大峡谷核心无人区段就有因变形(无论快速或缓慢的)产生大规模山体的滑塌移动入峡谷中,堵塞和改变了河床地形,这与瀑布群出现有很大的关系。

由此看来,大峡谷河床瀑布群的形成首要条件是在内外营力作用的综合基础上,对于其他的瀑布来说,只能具体问题具体分析。在这样世界最大的峡谷中这样巨大的水力作用和强烈构造运动作用地区,瀑布的变化性也就决定了大峡谷瀑布必然具有年青性、群体性和复杂性的特点。

同类推荐
  • 海洋中无处不在的科学(认识海洋系列丛书)

    海洋中无处不在的科学(认识海洋系列丛书)

    海洋中发生的自然过程,按照内秉属性,大体上可分为物理过程、化学过程、地质过程和生物过程四类,每一类又是由许多个别过程所组成的系统。对这四类过程的研究,相应地形成了海洋科学中相对独立的四个基础分支学科:海洋物理学、海洋化学、海洋地质学和海洋生物学。
  • 有个圆咕隆咚的家伙叫地球

    有个圆咕隆咚的家伙叫地球

    神秘的百慕大、金字塔,神奇的恐龙世界,千奇百怪的动植物,还有遥远的太空及外星人,以及历史上数不清的传奇人物和故事,对孩子来说,都有着莫大的吸引力。 根据调查研究表明,中、小学生对历史知识、生物知识、未解之谜等特别感兴趣,而探究这方面的知识,有利于孩子增加阅读量,加强知识的储备,更重要的是孩子能主动寻找问题的答案,对小学生思维的训练和潜能开发起着重要的影响。
  • 动物与海洋

    动物与海洋

    海洋占地球表面积的71%,它孕育了种类繁多且数量庞大的生物资源。海洋动物是海洋中异养型生物的总称。它门类繁多,各门类的形态结构和生理特点有很大差异。本书介绍了各种海洋动物的生活习性,性格特点和生存环境,以及海洋生物作为人类所依赖的最主要、最直接的资源,怎样在提高海洋生产力的同时加强海洋环境的保护。
  • 生活的科学

    生活的科学

    科学早已渗入我们的日常生活,并无时不刻的影响和改变我们的生活,我们渴望我们的生活更加幸福、更加快乐……生活中处处有科学,科学魅力无处不在。本书分居住的科学、交通的科学、饮食的科学、穿着的科学、生活中的高新技术五部分内容。
  • 生物:生物发展研究

    生物:生物发展研究

    本书分为早期生物学、动植物分类和明清生物学等三部分,介绍了甲骨文中的动植物知识、早期动植物地理分布、早期的食物链记载、早期资源保护的记载、古代的动植物分类、古代动植物分类专谱等内容。
热门推荐
  • 道破太初

    道破太初

    万载枯骨,再入轮回,看仙生仙灭!百劫消身,踏破星空,掌道生道起!星空之上本无道,只有在一世又一世轮回中挣扎求生之人。若心中无执念,只能在天道下苟且求生,然而天道法则早已被远古大能作为征服星空手段。太古大巫被天道强者迫害追杀,秩序混乱不堪。每一个新的起点,也是一道一道横贯在眼前不可逾越的阻碍,且看叶扬如何带着心中的执念,崩灭太初,重建天道!修道境界:炼气、筑基、金丹、元婴、化神——第二步修炼境界:闻道、问道、悟道、合道、执道!读者交流群:274989597欢迎大家进入!
  • 黄金帝國

    黄金帝國

    有人说青春是短暂的,还没来得及回味以逝去,但他却不这样认为,走出校园的他踏入了这个脚下埋有黄金的丛林,在适者生存的法则下,他嗜着血,踏着伤,怀揣着理想朝心中的黄金顶端走去。
  • 校园之异能少年

    校园之异能少年

    高中生,张峰。无意间获得了一股神秘的力量,自己也没有想到生活发生了很大的改变~~~~~
  • 魔殇之子

    魔殇之子

    “为什么?为什么要将我卡在中间,卡在人魔神的战争中。”魔族有慈祥的父亲,神族有温柔的母亲,人族有善良的妻子,宁得陈浩不知所措....
  • 奇术老师

    奇术老师

    新书【金鳞岂是池中物】已经上传,这是一部让大家爽到爆的小说,有直通车,大家可以去收藏、推荐、
  • 闪婚暖爱:赖上霸道总裁

    闪婚暖爱:赖上霸道总裁

    十年前,他们的缘分就已注定,而十年后,他们奉家族之命闪婚。婚后,一边是妖孽总裁的暖宠,一边是儿时的青梅竹马,她的心却不偏不倚地倾斜在她的冷面总裁身上。两人从疏远到亲密,打情骂俏又是生死相守,他们的爱情,是一见钟情或是日久生情。可当两人的前任分别回归,两人的婚姻面临危机,霸道总裁霸气宣告:他萧煜诚认定的人,这辈子都不准跑掉!暖婚宠爱,在爱情毒药面前,相爱便成了唯一的解药。男女主智商情商双在线,暖宠不虐,揭秘豪门爱恨情仇,解锁相爱的一百种虐狗方式。
  • 能晶机甲

    能晶机甲

    杨轩自小在机甲驾驶方面极有天分,尚未得到电子脑之时,便能在白甲战中,以一敌百。但是,在他十六岁的时候,这一切都被改变了,被装在物资箱里投放到蓝星的他,又将如何面对现状?
  • TFBOYS之樱花柠蝶

    TFBOYS之樱花柠蝶

    当三位调皮可爱的女孩,碰撞上情窦初开的三只,会擦出怎样的火花呢?不管怎样,我都要和你在一起。------by小凯有你,真好!------by雨樱和你抢零食是件很美好的事!------by王源我会和你一直走下去,直到死去。------by柠悠不管你在哪,我都会找到你!------by千玺和你在一起,我很幸福!------by蝶汐
  • 无限的最强从者

    无限的最强从者

    这只是一个老不死从棺材里爬出来玩养成的故事。……新人新书求推荐收藏。
  • 帝灵御天

    帝灵御天

    后宫佳丽三千人,累死皇上有大臣。后宫佳丽三千人,铁杵磨成绣花针。楚天一朝不慎,离奇穿越,开始了超级泡妞系统的坑神之路…当凌绝巅峰时,蓦然回首,已是武凌异世星空,纵横七界无双!