Почему водопады отступают вверх по реке: у них нет постоянного адреса
Ниагарский водопад стоит не там, где начинал. Двенадцать с лишним тысяч лет назад он падал с края Ниагарского уступа у нынешних Льюистона и Куинстона, а сегодня его гребень находится примерно в 11 километрах выше по течению. Ущелье длиной в одиннадцать километров — это не то, во что водопад упирается. Это след, который он за собой оставил.
Водопад — это не место, а движущаяся ступенька
В геоморфологии такую ступеньку называют кникпойнтом: резким перепадом в продольном профиле реки. Появляется он, когда что-то ломает равновесие — падает уровень моря или озера, поднимается блок земной коры, река врезается в породу другой прочности.
Река после этого работает на восстановление плавного профиля и стачивает ступеньку. Но стачивает не сверху вниз, а с обрыва внутрь — то есть уступ не понижается, а пятится вверх по течению. Отсюда правило, которое неочевидно, пока не увидишь: ущелье ниже водопада всегда моложе водопада, потому что водопад его сам и прорезал.
Классика: козырёк, подкоп и обвал
Хрестоматийный механизм требует слоёного пирога из пород разной прочности, и Ниагара — его учебный образец.
Сверху лежит локпортский доломит — прочный, эрозии сопротивляется. Под ним рочестерский сланец — мягкий. Вода падает через доломитовый козырёк, а внизу брызги, водоворот и постоянная сырость выедают сланец, и за струёй растёт ниша.
Ниша растёт до тех пор, пока нависающая доломитовая плита не перестаёт держать собственный вес. Тогда она обрушивается, и гребень водопада разом отскакивает на несколько метров вверх по течению. Процесс не плавный: водопад стоит на месте годами, а потом делает шаг.
Тот же принцип работает на базальтовых водопадах, где роль козырька играет плотная верхушка застывшего лавового потока.
Второй механизм: бур под струёй
Слоёный пирог есть не везде, а водопады отступают и в однородной породе. Значит, есть и другой способ.
Работы Шайнгросса и Лэмба (2017) описывают его так: падающая струя несёт песок и гальку, и эта смесь работает как абразивная дрель. Под водопадом вырабатывается котёл, стенки котла подмывают уступ сверху по течению, водопад сползает в свежую яму и начинает сверлить следующую. В однородной породе такое последовательное бурение котлов оказывается более эффективным способом отступания, чем классический подкоп с обвалом.
У процесса есть встроенный тормоз: чем глубже котёл, тем слабее до его дна доходят удары обломков, и в какой-то момент на дне начинает копиться осадок, защищающий породу. Яма перестаёт углубляться — и работа переходит на стенки.
Скорость, которую человек изменил на порядок
Ниагару меряют дольше всех водопадов планеты: первую точную съёмку сделал Джеймс Холл в 1842 году, повторную — Гроув Карл Гилберт в 1905-м.
Век назад скорость отступания составляла около метра в год. Сейчас — около 0,1 метра в год, то есть в десять раз меньше. Причина в основном рукотворная: от половины до двух третей стока Ниагары отводят выше водопада на гидроэлектростанции. Меньше воды — меньше энергии на разрушение козырька.
Строго говоря, это единственный случай, когда люди замедлили геологический процесс континентального масштаба намеренно и с измеримым результатом. Правда, целью была не сохранность водопада, а электричество.
Ущелье как архив: восемь адресов Виктории
Если водопад отступает, то весь его маршрут записан ниже по течению. Читать эту запись лучше всего на Виктории.
Река Замбези там режет базальты Батока возрастом около 180 миллионов лет. Базальт прочный, но пронизан трещинами, забитыми мягким осадочным материалом — песчаниками и глинами. Вода находит эти трещины и выедает их первыми, поэтому ущелье внизу идёт не прямо, а зигзагом: широтные отрезки соединены короткими поперечными.
Ниже водопада лежат восемь ущелий, и каждое — бывшая позиция Виктории. Водопад дошёл до очередной трещины, прорвал её и переехал. Нынешний обрыв — просто последний адрес в списке, и он тоже не окончательный.
Чем это кончается
Отступание идёт, пока есть что отступать. Кникпойнт движется вверх по течению до истока реки или до места, где ступенька окончательно сглаживается в общий профиль. Дальше водопада не остаётся — остаётся долина.
Поэтому у водопадов срок жизни короче, чем у рек, на которых они стоят, и намного короче, чем у пород, через которые они падают. Любой водопад — временное состояние реки, застигнутое нами в середине.