[科普文章]瀑布—河流上跳动的音符

发布时间:2020-04-21

地球是我们生存的家园,如果把地球比喻成自然的母亲,那么河流就是流淌着的血液,在地球的演化史中奔腾不息,不断传送着物质和能量,维持着地球表层系统的生态平衡。与此同时,河流又是一种重要的地貌景观,外部与山岳、平原、峡谷有机融合,形成壮丽的山水画幅;内部又可衍生出河曲、湖泊、湿地、漫滩、壶穴等景观类型。但有一种形态,是河流上一道靓丽的景观,拍打着动人的节拍,给人以极强的震撼力和感染力,那就是瀑布。

瀑布是河流流经局部呈悬崖式河床时的一种河水倾泻现象。其形成离不开两个要素:一是河流,瀑布是水流运动的一种形式,河流为瀑布形成提供了物质基础,河流水量的大小是决定瀑布规模的核心因素,如我国著名的瀑布黄果树瀑布发育在贵州西南的白水河上,丰水期流量可达到100 m3s以上;发育在黄河干流的壶口瀑布,上游水面宽度约400米,形成“千里黄河一壶收”的恢宏气势。二是悬崖式河床,即河道上地形的急剧落差,能够将重力势能转化为水流的动能,是促进瀑布形成发育的动力源,加剧了外力对河床的侵蚀和掏空,加速了裂点(河床陡坡与缓坡的转折处)位置的转移,使得瀑布形态和规模不断变化,水流倾泻的位置不断“跳动”。至于地形落差产生的原因,有很多因素,包括:地形的天然落差,河床岩性的软弱差异,新构造的抬升运动,沉积与崩塌造成的河道堵塞,冰川作用以及气象与水文条件等等,也因此造成了瀑布不同的成因类型。

瀑布的形成与发育是河流演化史的一个重要体现,它随着河流曲线的变化动态的发展,受内外应力的共同影响,不断的改变位置、不停的变化形态,时空曲线有量的积累,也有质的爆发,最终消亡时又使河流趋于稳定。我们现在看到的瀑布只是它生命中短暂的一个节点,只要通过详细观察,就能对瀑布的特征和发育状态进行科学的认识。认识瀑布,首先要从它的形态结构来入手,一个发育成熟的瀑布主要有以下结构[1]

1.瀑崖:形成瀑布落差的崖体,为瀑布依存的主体结构,可理解为陡坎,一般通过瀑崖的高度、宽度与坡度三个参数来表征瀑布的规模。瀑崖的高度指示水位差,宽度指示丰水期时的河面宽度,坡度则说明了瀑布发育是否典型。其形态随着瀑布的演化不断变化,最明显的就是崖顶由直线逐渐过渡为折线或弧形,这是河流溯源侵蚀作用的结果(图1)。

2.跌水潭:瀑布水流在地面冲刷形成冲蚀坑,坑内积水形成潭,潭内部的水流漩涡及携带的砂、砾等物质能够继续对河床产生磨蚀和掏空作用,加速了瀑布的后退。水滴石穿,这在跌水潭的规模上同样体现,水潭的面积越大、深度越深,则说明了瀑布在此稳定的时间越长,而线状排列的潭(或坑)则能代表瀑布的移动轨迹。潭水通常较为清澈,可作为天然嬉戏玩耍的“浴场”。

图1 云南彝良小草坝银河飞瀑形态结构

3.溯源台阶:瀑布后退过程中遗留下来的早期河床及滩。在较坚硬的基岩河床地带,可形成一种顺河分布的三角形的基岩台阶,在碳酸盐岩地区有时形成面积较大的钙化滩。

4.瀑水钙华:在碳酸盐岩地区,受岩溶水水质及特殊地段的物理、化学、生物条件影响,强烈的水动力条件导致CO2脱气,崖壁上常沉积形成乳黄色的钙华层,多顺瀑布水流线往下增长,呈垂幔状、肺叶状等(图2)。瀑水钙华的堆叠常能架空形成较大空洞,如贵州黄果树瀑布的“水帘洞”,钙华段长度达到40余米。

图2 广西靖西三叠岭瀑布的肺叶状钙华

5.瀑布边槽:在由软硬岩层相间组成的基岩河床中,由于抗侵蚀能力的差异,使得水流侵蚀的速率不同,在瀑崖上较软的岩层易形成向内的凹槽,通过改造变成观赏瀑布的天然廊道,在不同高度的边槽可指示瀑布发育的重要阶段。

6.崩塌体:瀑布的发育伴随着向上游的后退,过程中瀑崖崩塌形成大量的块石,有些河流无法搬运,遗留在原地形成大面积的堆积体。

瀑布是一种重要的水体地貌类地质遗迹,有其独特的美学价值,诗仙李白的“飞流直下三千尺,疑是银河落九天”描绘出了瀑布的形态之美,徐霞客也曾在《黔南日记》中描述黄果树瀑布“一溪悬捣,万练飞空”;形成瀑布的水流可以有不同的颜色,蒸腾的水汽幻化出彩虹,加之不同岩层与植被的背影映衬,常常焕发出色彩之美;水流撞击岩石时而婉转悠长、时而声似巨鼓,具有震撼和穿透力的韵律突显出音色之美;而其与深山、峡谷、河流、植被、生物共同构成的小区域生境,或展示苍茫高远,或展示山水之幽,或展示田园之谐,醉人心脾,意境之美无可替代(图3)。而且,由于瀑布水的互相激烈碰撞导致水分子裂解而产生大量的负离子,使瀑布成为自然系统中负离子含量最高的地方之一,具有极高的康养疗效,徜徉于山,漫步观瀑,陶冶人的情操,洗涤人的灵魂,让人的身心得到充分的休养。我国很多知名景区以瀑布作为核心景观,除了上面提到的黄果树大瀑布、黄河壶口瀑布和庐山瀑布外,贵州赤水瀑布、广西德天瀑布、四川九寨沟瀑布群、云南罗平九龙瀑布群、湖北宜昌三峡大瀑布以及黑龙江镜泊湖吊水楼瀑布等都是不同类型瀑布的典型代表,极具特色。

图3 瀑布之美

我国西南八省岩溶区是瀑布集中分布的重点区域,主要原因一是由于地处热带亚热带湿润气候,降水量大、河网密布;二是地处云贵高原以及我国二、三级地貌阶梯交接地带,天然的地势差以及新构造运动的差异抬升为瀑布的形成提供了良好的条件;三是地处广袤的岩溶区,地表水与地下水以各种不同的形式相互转换,使瀑布的成因类型更加多样化,比较特别的有洞口流入(或流出)型瀑布、地下河瀑布、钙华型瀑布、袭夺型瀑布等[2](图4)。与峰丛、峰林、石林和天坑等以“岩”为载体的大型岩溶地貌景观相比,瀑布是“水”的精灵,在地表与山石结伴,在地下成为洞穴的脉搏;既能以单体显示,高大者气势磅礴,又能够成群分布,小巧者委婉灵动,巧妙的展示了岩溶区水体景观稀有绝妙的自然现象以及罕见的自然美,我们可称之为“瀑布喀斯特”,具有重要的科学价值和美学观赏性,但相对于上述典型的岩溶景观,瀑布的调查研究与综合利用有待进一步提高。

图4 碳酸盐岩地区瀑布的典型类型

近年来,中国地质调查局岩溶地质研究所在西南岩溶区开展了一系列的地质遗迹调查工作,对乌蒙山云南昭通地区、西南沿边地区、湖南湘西等地区的瀑布进行了重点调查和评价,既有来自深山的新发现、也有对科学价值的新提升。在昭通地区,以盐津县三股水瀑布为核心地质遗迹已成功申报省级地质公园[3],对大关县黄连河瀑布群和彝良县小草坝瀑布群进行了系统评价,技术支持已有景区的建设,通过地质遗迹调查促进地区旅游发展,有力的推动了乌蒙山区脱贫攻坚工作(图5)。在中国—越南边境广西大新—靖西黑水河流域,对德天瀑布、通灵大瀑布和沙屯叠瀑等河流线上的瀑布及其他地质景观进行了系统的梳理,提出了以河流为纽带、以瀑布为关键、以峡谷和泉为核心、以峰丛为重点的地质景观集中区的保护与利用建议,对提升中越沿边开发开放经济带的旅游发展具有重要的意义。

图5 乌蒙山云南昭通地区典型瀑布

参考文献

[1]杨汉奎,朱文孝,黄仁海.云贵高原喀斯特瀑布的特征[J]. 中国岩溶,1984,289-96.

[2]张英骏,莫仲达. 黄果树瀑布成因初探[J]. 地理学报,1982373):303-314.

[3]邓亚东,史文强,罗书文,等.盐津县典型地质遗迹景观价值评价[J]. 桂林理工大学学报,2019393):599-605.