Водопад – это не только живописное творение природы, но ещё и "окно в прошлое". Изучение водопадов даёт учёным важные подсказки об изменениях климата и уровня моря, тектонической активности в том или иной регионе и так далее.
Однако в будущем такие данные, возможно, придётся переосмыслить. Новая работа американских учёных показала, что специалисты знают ещё далеко не всё о формировании водопадов.
Известно, что водопады могут формироваться вследствие изменений ландшафта в области, где протекает река. К примеру, в результате землетрясения может образоваться разлом или отвесная скала, от которой откололся кусок породы. Также водопад может стать следствием движения ледников и оползней. Кроме того, если река протекает на участке с мягкими осадочными породами, она может постепенно размыть его и образовать вертикальный склон, с которого начнёт падать вода.
Но водопад, вероятно, может образоваться и в отсутствие подобных факторов – в буквальном смысле сам собой. Река, текущая под уклоном по гладкой и однородной почве, может самостоятельно создавать водопады, которые напоминают систему каскадов.
Исследователи доказали эту теорию экспериментально. Они сконструировали из полиуретановой пены искусственное русло длиной 7,3 метра и шириной 0,3 метра, имеющее 20%-ный уклон.
В его верхнюю часть подавали поток воды с мелкой галькой, чтобы сымитировать течение реальной реки. Время от времени специалисты при помощи лазерного сканера проверяли, какие изменения произошли с поверхностью русла.
Оказалось, что каждый камешек покрупнее, несущейся по течению реки, работал как маленькое долото, разрушая русло, а совсем мелкая галька создала "эффект наждачной бумаги". Сперва на поверхности русла появились углубления в форме полумесяца, а затем началась "магия образования водопадов", рассказывают учёные.
"Природа не любит, чтобы вещи были плоскими. Некоторые области размываются чуть больше и глубже, другие остаются менее глубокими", – отмечает глава научной группы геолог Джоэл Шайнгросс (Joel Scheingross) из Университета Невады в Рино.
По его словам, те области, которые размывались наиболее интенсивно, со временем превращались в миниатюрные бассейны. Вода в них накапливалась, а всё пребывающий гравий создавал своего рода "насыпи", которые защищали пенополиуретан от эрозии.
Когда очередной бассейн переполнялся, а "насыпь" становились достаточно крупной, вода по ней начинала стекать, словно по ступеньке. Так запускалось формирование следующего бассейна на том участке, где пластмасса не была защищена "бронёй" из камешков. Углубления становились всё больше, поскольку высота падения воды и сила ударов гальки увеличивались. В итоге постепенно образовалась система каскадов.
В ходе эксперимента вода задерживалась в каждом бассейне примерно на 20 минут, пока не начиналось формирование нового. На образование "плавной водяной лестницы" ушло 2,4 часа, а на формирование водопадов – три часа. Если соотнести скорость разрушения пенополиуретана с длительностью разрушений различных пород, то 20 минут будут эквивалентны 10-10000 лет.
Команда полагает, что подобные процессы происходят и в природе, и теперь исследователи хотят отыскать водопады, формирование которых могло происходить по описанному сценарию.
"Если окажется, что эти типы водопадов широко распространены, то это, я думаю, изменит интерпретацию некоторых давно произошедших изменений климата и тектоники", – сообщил Шайнгросс в интервью порталу New Scientist.
В будущем команда намерена создать больше различных моделей, чтобы подробнее изучить процессы образования водопадов.
Подробнее об этом увлекательном исследовании рассказывается в статье, опубликованной в журнале Nature.
Кстати, ранее авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о "кровавом" водопаде в Антарктиде и удивительном природном явлении под названием "огнепад".
