Водопад — это любая точка реки или ручья , где вода течет по вертикальному перепаду или серии крутых обрывов. Водопады также возникают там, где талая вода падает с края плоского айсберга или шельфового ледника .
Водопады могут образовываться несколькими способами, но наиболее распространенный метод образования заключается в том, что река течет по верхнему слою устойчивой коренной породы , а затем падает на более мягкую породу, которая разрушается быстрее, что приводит к все более высокому падению. Водопады изучались на предмет их воздействия на виды, живущие в них и вокруг них.
На протяжении многих лет у людей были особые отношения с водопадами: они путешествовали, чтобы увидеть их, исследовали и давали им названия. Они могут представлять собой серьезные препятствия для судоходства по рекам. Водопады являются религиозными объектами во многих культурах. С 18 века они стали уделять повышенное внимание как туристические направления, источники гидроэнергетики и , особенно с середины 20 века, как объекты исследований.
Водопад обычно определяется как точка в реке, где вода течет по крутому обрыву, близкому к вертикальному или прямо вертикальному. В 2000 году Мэбин уточнил, что «расстояние по горизонтали между выступом и небольшим бассейном должно составлять не более 25% высоты водопада». Существуют различные типы и методы классификации водопадов. [1] Некоторые ученые включили пороги в отдельный подраздел. [2] Что на самом деле представляет собой водопад, продолжают обсуждать. [3]
Водопады иногда взаимозаменяемо называют «каскадами» и «катарактами», хотя в некоторых источниках водопад указывается как более крупный и мощный водопад [1] [4] [5] , а каскад — как меньший. [6] Купель — это тип бассейна с ручьем , образовавшийся на дне водопада. [7] Водопад также можно назвать «ровом» или «силой». [8] [9]
Водопады обычно образуются в верхнем течении реки, где озера впадают в долины крутых гор. [10]
Иногда река течет по большому уступу в скалах, который мог образоваться линией разлома . Водопады могут возникать по краю ледниковой впадины , где ручей или река, впадающая в ледник, продолжает течь в долину после того, как ледник отступил или растаял. Большие водопады в долине Йосемити являются примером этого явления, которое называют висячей долиной . Другая причина, по которой могут образовываться висячие долины, заключается в том, что две реки сливаются, и одна течет быстрее другой. [10]
Когда теплая и холодная вода встречаются в ущелье океана, могут образовываться большие подводные водопады, поскольку холодная вода устремляется на дно. [11]
Модель образования водопада в покровной породе [12] утверждает, что река течет по устойчивой коренной породе , эрозия происходит медленно и в основном за счет воздействия переносимых водой отложений на породу, тогда как ниже по течению эрозия происходит быстрее. [10] [13] Поскольку водоток увеличивает свою скорость на краю водопада, он может вырвать материал из русла реки, если русло сломано или иным образом более подвержено эрозии. Гидравлические струи и гидравлические прыжки у подножия водопада могут создавать большие силы, вызывающие эрозию дна, [14], особенно когда силы усиливаются водными отложениями. Водопады в форме подковы фокусируют эрозию в центральной точке, что также усиливает изменение русла реки под водопадом. [15]
Процесс, известный как «обработка выбоин», включает локальную эрозию потенциально глубокой дыры в коренной породе из-за турбулентных водоворотов , вращающих камни на дне и высверливающих ее. Таким образом, песок и камни, переносимые водотоком, увеличивают способность к эрозии. [10] Это приводит к тому, что водопад глубже врезается в русло и отступает вверх по течению. Часто со временем водопад отступает назад, образуя каньон или ущелье ниже по течению, по мере того как он отступает вверх по течению, и он глубже врезается в гребень над ним. [16] Скорость отступления водопада может достигать полутора метров в год. [10]
Часто пласт горных пород чуть ниже более устойчивого шельфа будет более мягким, а это означает, что здесь будет происходить подрез из-за брызг, образуя неглубокое пещероподобное образование, известное как каменное укрытие под водопадом и за ним. В конце концов, выступающая на поверхность , более устойчивая покрывная порода разрушится под давлением, добавляя глыбы камня к основанию водопада. Эти каменные глыбы затем разбиваются на более мелкие валуны в результате истирания , когда они сталкиваются друг с другом, а также разрушают основание водопада в результате истирания , создавая глубокую лужу в ущелье ниже по течению. [17]
Ручьи могут становиться шире и мельче прямо над водопадами из-за перетекания через каменный уступ, и обычно сразу под водопадом остается глубокая область из-за кинетической энергии воды, ударяющейся о дно. Однако исследование систематики водопадов показало, что водопады могут быть шире или уже над или под водопадом, поэтому при правильных геологических и гидрологических условиях возможно практически все. [18] Водопады обычно образуются в каменистой местности из-за эрозии. После длительного периода полного формирования вода, падающая с уступа, отступит, образуя горизонтальную яму, параллельную стене водопада. В конце концов, по мере того, как яма становится глубже, водопад обрушивается, и на его месте появляется крутой участок русла реки. [10] Помимо постепенных процессов, таких как эрозия, движение земли, вызванное землетрясениями , оползнями или вулканами , может привести к образованию водопадов. [17]
Водопады являются важным фактором, определяющим распространение лотосных организмов, таких как рыбы и водные беспозвоночные, поскольку они могут ограничивать распространение вдоль ручьев. Присутствие или отсутствие определенных видов может иметь каскадные экологические последствия и, таким образом, вызывать различия в трофических режимах над и под водопадами. Некоторые водные растения и насекомые также специализируются на среде самого водопада. [19] [20] Исследование водопадов Агбоким , проведенное в 2012 году , показало, что они сохраняют биоразнообразие в гораздо большей степени, чем считалось ранее. [21]
Водопады также влияют на наземные виды. Они создают в непосредственной близости от себя небольшой микроклимат, характеризующийся более прохладными температурами и более высокой влажностью, чем в окружающем регионе, что может способствовать развитию разнообразных сообществ мхов и печеночников . Виды этих растений могут иметь разрозненные популяции в зонах водопадов, вдали от их основного ареала. [22]
Водопады служат укрытием для гнездования нескольких видов птиц, таких как черный стриж и белогорлая оляпка . Эти виды преимущественно гнездятся в пространстве за падающей водой, что считается стратегией предотвращения нападения хищников. [23]
Некоторые водопады также отличаются тем, что они не текут непрерывно. Эфемерные водопады текут только после дождя или значительного таяния снега. [27] [28] [29] Водопады также можно найти под землей [30] и в океанах. [11]
Географ Эндрю Гуди написал в 2020 году, что водопады «на удивление ограничены в исследованиях». [31] Александр фон Гумбольдт писал о них в 1820-х годах. [32] Конкретная область исследования водопадов не имеет названия, и в опубликованной литературе она описывается как «разбросанная», [33] хотя изучение водопадов популярно описывать как «водопадологию». [34] Ранняя статья, написанная о водопадах, была опубликована в 1884 году Уильямом Моррисом Дэвисом , геологом, известным как «отец американской географии». В 1930-х годах Эдвард Рэшли опубликовал новаторскую работу о водопадах. [2] В 1942 году Оскар фон Энгельн писал об отсутствии исследований водопадов: [35]
Водопады больше, чем любой другой геоморфологический объект, привлекают и удерживают интерес широкой публики. Из-за такого популярного одобрения некоторые исследователи систематической геоморфологии не уделяют водопадам серьезного внимания. Такое отношение не заслуживает похвалы. Водопады являются важным объектом геоморфических исследований.
Еще в 1985 году один ученый почувствовал, что «водопады остаются очень игнорируемым аспектом изучения рек». [36] Исследования водопадов резко возросли во второй половине 20-го века. Существует множество путеводителей по водопадам, а Всемирная база данных водопадов — это веб-сайт, на котором каталогизированы тысячи водопадов. [2]
Многие исследователи посещали водопады. [31] Европейские исследователи записали водопады, с которыми они столкнулись. В 1493 году Христофор Колумб заметил водопад Карбет в Гваделупе , который, вероятно, был первым водопадом, который европейцы зарегистрировали в Америке. В конце 1600-х годов Луи Хеннепин посетил Северную Америку, предоставив ранние описания Ниагарского водопада и водопада Святого Антония . Географ Брайан Дж. Хадсон утверждает, что до 1700-х годов водопадам редко давали конкретные названия. Тенденция европейцев давать конкретные названия водопадам сочеталась с усилением научного внимания к природе, ростом романтизма и увеличением значения гидроэнергетики с промышленной революцией . Европейские исследователи часто игнорировали названия, данные коренными народами, в пользу «европейского» имени; например, Дэвид Ливингстон назвал водопад Виктория в честь королевы Виктории , хотя он уже был известен как Моси-оа-Тунья. Многие водопады имеют описательные названия, которые могут происходить от реки, на которой они находятся, мест, рядом с которыми они находятся, их особенностей или событий, произошедших рядом с ними. [2]
Некоторые страны, которые были колонизированы европейскими странами, предприняли шаги по возвращению названий водопадам, ранее переименованным европейскими исследователями. [2] Исследование водопадов продолжается; Впервые о катаракте Гокта было объявлено миру в 2006 году. [37]
Водопады могут стать серьезным препятствием для путешествий. Иногда каналы строят для того, чтобы их обойти, в других случаях приходится физически переносить предметы или строить железную дорогу . [17] [38] В 1885 году географ Джордж Чисхолм писал, что «самый яркий пример влияния водопадов и порогов на замедление развития цивилизации, несомненно, представлен африканским континентом, «тьма» которого почти полностью по этой причине». [39]
Водопады часто посещают люди просто для того, чтобы их увидеть. Хадсон предполагает, что они являются хорошими туристическими объектами, потому что обычно считаются красивыми и относительно редки. [40] Мероприятия на водопадах могут включать купание, плавание, фотографирование, рафтинг , каньонинг, спуск на веревке , скалолазание и ледолазание . [35] Водопады также могут быть местами для выработки гидроэлектроэнергии и открывают хорошие возможности для рыбалки. [41] Известно, что богатые люди посещали такие места, как водопады, по крайней мере, еще в Древнем Риме и Китае . Однако многие водопады были по существу недоступны из-за опасной местности вокруг них, пока не начали вноситься улучшения, такие как тропы к водопадам, которые стали обычным явлением в Соединенном Королевстве и Америке в 1800-х годах и продолжались в 1900-х годах и в 21 веке. Отдаленные водопады теперь часто посещают самолетами. [40]
Человеческое развитие также поставило под угрозу многие водопады. Например, водопад Гуайра , когда-то один из самых мощных водопадов в мире, был затоплен в 1982 году из-за искусственной плотины, как и водопад Рипон в 1952 году. И наоборот, в результате уровень воды в других водопадах значительно снизился. отвода ресурсов для гидроэлектроэнергии , таких как Тиссестренген в Норвегии. [42] Развитие территорий вокруг водопадов как туристических достопримечательностей также разрушило природную среду вокруг многих из них. [40]
Водопады включены в тридцать восемь объектов всемирного наследия [31], а многие другие находятся под защитой правительств. [43]
Водопады играют роль во многих культурах как религиозные объекты и объекты искусства и музыки. [31] [43]
Многие художники рисовали водопады, и они упоминаются во многих песнях, например, в песнях народа Калули в Папуа-Новой Гвинее . Майкл Харнер назвал свое исследование дживароанцев Эквадора « Хиваро: люди священных водопадов». [43] Такие художники, как художники из школы реки Гудзон , а также Дж. М. У. Тернер и Джон Селл Котман, нарисовали особенно примечательные картины водопадов в 19 веке. [44]
Одна из версий синтоистской церемонии очищения мисоги предполагает стояние под водопадом в ритуальной одежде. [45] В Японии водопад Нати является местом паломничества, как и водопад возле Тирупати , Индия, и Со-д'О , Гаити. [43] Отавало используют водопад Пигучи как часть ритуала Чурру, который служит церемонией совершеннолетия. [46] Многие водопады в Африке были местами поклонения коренных народов и получили свои имена от богов местной религии. [21]
«В китайской традиции водопад символизирует» время осени , инь и власть китайского дракона над водой, исходящую от первых двух. [47]
В мире тысячи водопадов, но точное их количество не подсчитано. Всемирная база данных водопадов насчитывает 7827 водопадов по состоянию на 2013 год, но это, вероятно, неполное число; как отмечает Хадсон, более 90% их объявлений находятся в Северной Америке. Издано множество путеводителей по местным водопадам. [3] Также нет единого мнения о том, как измерять высоту водопада, [1] или даже о том, что она собой представляет. [3] Водопад Анхель в Венесуэле — самый высокий водопад в мире , водопад Кхоне Фафенг в Лаосе — самый широкий, [17] и водопад Инга на реке Конго — самый большой по скорости потока , [48] а Сухой водопад в Вашингтоне находятся самые большие подтвержденные водопады за всю историю. [49] Самый высокий известный подземный водопад находится в пещере Вртоглавица в Словении . [50] Катаракта Датского пролива представляет собой подводное переполнение , которое можно считать «водопадом» в очень широком использовании этого термина; если так, то это самый большой известный водопад. [11]
Искусственные водопады – это водные сооружения или фонтаны , имитирующие природный водопад. [51] Каската делле Марморе — самый высокий искусственно построенный водопад на высоте 541 фут (165 м). [52]
Большинство первых железных дорог Канады представляли собой переправочные железные дороги, предназначенные для обслуживания речного транспорта и его переправы через пороги.
