Table of Contents
Формирование и геология водопада Игуасу: как природные силы создали мировую достопримечательность
Водопад Игуасу, расположенный вдоль границы между Аргентиной и Бразилией, является одной из самых впечатляющих систем водопадов на Земле. Охватывая почти 2700 метров (1,7 мили) через реку Игуасу, с примерно 275 отдельными каскадами, падающими между 60 и 82 метрами, водопады привлекают миллионы посетителей каждый год. Но за этим захватывающим зрелищем скрывается глубокая геологическая история, которая тянется на сотни миллионов лет. Формирование водопада Игуасу - это не внезапное событие, а медленное, мощное повествование о вулканических извержениях, тектонических движениях, изменениях климата и неустанной эрозии. Понимание этих сил показывает, как это природное чудо появилось и почему оно продолжает развиваться сегодня.
Название Игуасу происходит от слов гуарани у (вода) и гуасу (большой), означающих «великая вода». Это уместно, учитывая, что средняя скорость потока водопадов колеблется от 1500 кубических метров в секунду в сухой сезон до более 12 000 кубических метров в секунду во время сильных дождей. Тем не менее, объем воды сам по себе не объясняет драматическую форму водопада. Настоящая история лежит под поверхностью, в слоистых скалах и древних ландшафтах, которые были сформированы в течение эонов.
Плато Парана: фундамент, построенный огнем и осадком
Водопад Игуасу является частью плато Парана, обширной геологической особенности, которая простирается через южную Бразилию, Парагвай, Уругвай и северную Аргентину. Это плато было сформировано в результате сочетания вулканической активности и осадка в течение примерно 400 миллионов лет. Подвальные породы региона восходят к докембрийской эпохе, но наиболее значительные образования для водопадов - слои, построенные во время мезозойской эры, когда суперконтинент Гондвана распадался.
Вулканическая активность и формирование Серра-Гераля
Около 132—134 миллионов лет назад массивные извержения вулканов произошли на территории нынешней Южной Америки, совпав с открытием Южного Атлантического океана. Эти извержения были частью Парана-Этендека Большой Игнезийской провинции, одного из крупнейших базальтовых потоков в геологической истории.Лава вылилась на площадь около 1,2 миллиона квадратных километров, укладывая слой за слоем на глубины, превышающие 1000 метров во многих местах.
Базальтовые слои, образующиеся в результате этих извержений, относятся к Серра-Геральской Формации. Это образование состоит из нескольких потоков толеитового базальта, типа лавы, которая относительно низка в кремнеземе и легко течет. Каждый отдельный поток затвердевает, создавая толстые, устойчивые слои темной мелкозернистой породы. Эти базальтовые слои образуют капрок, который придает водопаду Игуасу свой отличительный ступенчатый профиль и его устойчивую устойчивость к эрозии.
Под базальтом также присутствуют более старые осадочные породы из Ботукату Формации. Эти песчаники были отложены в юрский и ранний меловые периоды, когда регион был обширной пустыней песчаных дюн. Песчаники Ботукату намного мягче и легче эродируются, чем лежащий базальт. Этот контраст между твердым капроком и мягкой подстилающей породой имеет решающее значение для понимания того, как формировались водопады.
Тектонический подъем и создание плато
Извержения, создавшие базальтовые слои, сопровождались тектоническими силами, которые подняли весь регион. По мере того, как южноамериканская плита двигалась на запад и открывался Атлантический океан, бассейн Парана подвергался давлению вверх. Этот тектонический подъем поднял древний ландшафт, чтобы сформировать плато Парана, мягко наклонив его на запад. Поднятие увеличило градиент реки Игуасу, давая ему более эрозивную энергию, чтобы со временем врезаться в плато.
Сочетание резистентного базальтового капрока, более мягкого песчаника под ним и закрученного речного градиента подготовило почву для создания одного из самых драматических водопадов в мире, но сам процесс занял бы миллионы лет и включал бы медленную, терпеливую работу воды и осадка.
Узнайте больше о геологической истории бассейна Парана на ScienceDirect.
Река Игуасу и длительная работа по эрозии
Река Игуасу берет свое начало в прибрежном горном массиве Серра-ду-Мар в Бразилии и течет на запад примерно на 1320 километров, прежде чем присоединиться к реке Парана. Его путешествие проходит через плато Парана, где он сталкивается с слоистыми базальтовыми и песчаниковыми образованиями. Эрозивная сила реки, обусловленная градиентом, созданным тектоническим подъемом, вырезала ландшафт на протяжении миллионов лет.
Дифференциальная эрозия: ключ к форме водопада
Наиболее важным геологическим процессом в образовании водопада Игуасу является дифференцированная эрозия. Жесткий базальтовый капрок очень устойчив к эрозии, в то время как лежащий в основе песчаник и более слабые базальтовые слои гораздо более уязвимы. По мере того, как река Игуасу течет по плато, она постепенно изнашивает более мягкие породы под базальтом. в форме подковы или в форме полумесяца утес, с более твердым капроком, образующим губу водопада.
Подрезание более мягких слоев под капроком приводит к тому, что базальт становится неподдерживаемым, что приводит к периодическому коллапсу. Эти события коллапса являются естественной частью эволюции водопада. Со временем водопад отступает вверх по течению, процесс, известный как головная эрозия . Исследования показывают, что водопад Игуасу мигрировал вверх по течению на десятки километров за последние несколько миллионов лет, оставляя после себя глубокий, узкий каньон в качестве доказательства его прохождения.
Каньон реки Игуасу
Вниз по течению от водопадов река Игуасу протекает через эффектный каньон длиной примерно 2,5 километра и глубиной до 90 метров. Этот каньон был полностью вырезан отступающим водопадом. По мере того, как водопады двигались вверх по течению, река приспособилась к нижнему базовому уровню, вырубив ущелье в плато. Стены каньона обнажают слоистые базальтовые и песчаниковые образования, обеспечивая четкую визуальную запись геологической истории региона.
Ширина каньона относительно узкая по сравнению с большим объемом воды, которую он несет. Это связано с тем, что базальтовый капрок ограничивает боковую эрозию, заставляя реку фокусировать свою энергию вниз. Результатом является драматическое, крутое ущелье, характерное для водопадов, образованных на устойчивых слоях скал.
Глотка дьявола: геологический шедевр
Наиболее известным участком водопада Игуасу является Горло Дьявола (Garganta do Diabo на португальском языке, Garganta del Diablo на испанском языке). Эта U-образная пропасть высотой 82 метра, шириной 150 метров и длиной 700 метров. Она несет около 40-50% от общего потока реки Игуасу, создавая громовой каскад воды, который можно почувствовать и услышать с больших расстояний.
Горло Дьявола образовалось на стыке двух основных линий разломов, пересекавших тропу реки. Эти разломы, связанные с тектоническими силами, поднявшими плато, создавали зоны ослабленной скалы. Река эксплуатировала эти слабости, ускоряя процесс эрозии и создавая более глубокую, более концентрированную пропасть, чем в других местах вдоль водопадов. Горло Дьявола продолжает развиваться по мере того, как река уносит осадок и блоки базальта в пропасть.
Исследуйте дополнительные подробности о Горле Дьявола и географии водопадов в Мировом Атласе.
Роль климата в формировании водопадов Игуасу
Климат сыграл значительную роль в развитии водопада Игуасу, влияя как на скорость эрозии, так и на появление водопадов в любой момент времени. Регион испытывает влажный субтропический климат с обильными осадками, распределенными в течение года. Среднегодовое количество осадков составляет от 1500 до 2000 миллиметров, при этом самые влажные месяцы обычно с октября по март.
Вариации в потоке воды
Объем воды, протекающей над водопадом Игуасу, резко варьируется в зависимости от сезонных осадков. В сухой сезон (с апреля по сентябрь) скорость потока может упасть до 1500 кубических метров в секунду. Во влажный сезон, особенно после сильных штормов, поток может превышать 12 000 кубических метров в секунду. Это десятикратное изменение потока оказывает непосредственное влияние на скорость эрозии.
Более высокие скорости течения несут больше осадка и более крупные породы, которые выступают в качестве абразивных инструментов, изнашивающих русла рек и стены каньона.В геологических масштабах периоды повышенного количества осадков ускорили отступление водопадов и углубление каньона.Наоборот, более сухие периоды замедлили эрозию, позволив водопадам временно стабилизироваться до того, как следующий влажный цикл возобновил процесс.
Палеоклимат и эволюция водопадов
Реконструкция климата в южной части Южной Америки показывает, что за последние несколько миллионов лет в регионе произошли многочисленные сдвиги между влажными и сухими условиями. В ледниковые периоды плейстоцена глобальные температуры были более прохладными, а характер осадков отличался от сегодняшнего. Данные с речных террас и отложений осадков свидетельствуют о том, что река Игуасу в течение некоторых ледниковых периодов несла в себе меньше воды, замедляя скорость эрозии головы.
В межледниковые периоды более высокие температуры и увеличение осадков, вероятно, способствовали увеличению потока реки и эрозионной мощности. Эти колебания, вызванные климатом, в скорости эрозии регистрируются в форме и положении каньона и самих водопадов. Поэтому текущая конфигурация водопада Игуасу является продуктом не только основной структуры породы, но и истории климата, которая модулировала энергию реки в течение сотен тысяч лет.
Сравнение водопадов Игуасу с другими крупными водопадами
Понимание геологии водопадов Игуасу становится ещё богаче по сравнению с другими великими водопадами мира.Каждый крупный водопад обязан своим существованием уникальному сочетанию типов горных пород, тектонической истории и эрозионных процессов.
Игуасу против Ниагарского водопада
Ниагарский водопад, расположенный на границе США и Канады, имеет некоторые сходства с водопадом Игуасу. Оба водопада являются капроковыми, обложенными более мягкими, более эродируемыми слоями. В Ниагаре капрок представляет собой доломитный известняк, а подстилающие породы — сланцевый и песчаный. Оба водопада подвергаются активной эрозии головой, отступая вверх по течению с течением времени. Однако Ниагарский водопад имеет гораздо более высокую скорость течения и разрушается с большей скоростью (примерно 1 метр в год) по сравнению с Игуасу, который разрушается медленнее из-за большей устойчивости его базальтового капрока.
Игуасу против водопада Виктория
Водопад Виктория, на реке Замбези между Замбией и Зимбабве, является еще одним водопадом капрок, но его геология различна. Капрок на водопаде Виктория является базальтом из вулканической провинции Кару, который по составу похож на базальт в Игуасу. Однако водопад Виктория сформировался в другой тектонической обстановке, вдоль линии разлома, которая создала внезапное падение градиента реки. Ширина водопада Виктория (около 1700 метров) сопоставима с Игуасу, но водопад Виктория выше (108 метров) и несет воду в одном канале, а не в нескольких каскадах.
Что делает водопад Игуасу уникальным геологически
То, что отличает водопад Игуасу, — это не только его размер, но и сложность его геологической структуры.Взаимодействие множественных базальтовых потоков с различной степенью сцепления и наличие мягких слоев песчаника под ним создает сильно нерегулярную скалистую поверхность со многими отдельными каскадами.Кривая форма водопада с Горлом Дьявола в центре контролируется пересекающимися линиями разломов, которые являются прямым результатом тектонических сил, которые сформировали плато Парана.Ни один другой крупный водопад в мире не демонстрирует такое сочетание вулканического капрока, геометрии, контролируемой разломами, и обширных множественных каскадов.
Подробнее о геологическом различии водопада Игуасу на National Geographic.
См. запись Britannica для водопада Игуасу для дополнительного фона.
Текущая эволюция водопада Игуасу
Водопад Игуасу не является статичным памятником. Он активно меняется, хотя и в темпе, незаметном для человеческого наблюдения. Водопады продолжают разрушать окружающую скалу, отступая вверх по течению с расчетной скоростью от 1 до 2 сантиметров в год. Хотя это медленнее, чем отступление Ниагарского водопада, это означает, что в течение следующего миллиона лет водопады значительно сместятся с их нынешнего положения.
Коллапс и регенерация
Процесс обрушения породы является естественной частью эволюции водопадов. По мере эрозии более мягкого песчаника под базальтом базальтовый капрок теряет опору и в конечном итоге отрывается большими блоками. Эти блоки падают в бассейн для погружения ниже, где они разбиваются на более мелкие кусочки силой воды. Погружение бассейнов у основания водопадов может быть более 30 метров глубиной, что свидетельствует о силе падающей воды и постоянном вспенивании обломков породы.
Периодически крупные коллапсы могут изменять форму водопадов. В одном случае может отпасть большая часть скалистой поверхности, временно изменяя течение воды и появление водопадов. После такого события река постепенно меняет обнажённую скалу, и водопады продолжают медленное отступление.
Человеческие и экологические факторы
Строительство плотины Итайпу на реке Парана, ниже по течению от водопада Игуасу, ввело регулирующее влияние на речную систему. Эксплуатация плотины может смягчить течение реки Парана, что в свою очередь влияет на базовый уровень реки Игуасу. Пока прямое влияние на темпы эрозии на водопадах все еще изучается, ясно, что крупномасштабные инфраструктурные проекты могут влиять на транспорт осадочных пород и естественную динамику речных систем.
Со стороны сохранения окружающая экосистема, Национальный парк Игуасу и Национальный парк Игуасу являются объектами Всемирного наследия ЮНЕСКО. Леса и реки, которые поддерживают водопады, являются домом для богатого разнообразия дикой природы, включая туканов, ягуаров и сотни видов бабочек. Продолжающееся здоровье этой экосистемы тесно связано с геологическими процессами, которые поддерживают поток реки и структуру водопада.
Будущее водопада Игуасу: геологический прогноз
Заглядывая вперед, долгосрочная траектория водопада Игуасу формируется теми же силами, которые его создали. Плато будет продолжать медленно подниматься, движимое глубокими тектоническими движениями южноамериканской плиты. Река продолжит разрушать базальт и песчаник, а водопады будут продолжать мигрировать вверх по течению.
Исходя из нынешних темпов эрозии и геологической структуры, ученые подсчитали, что водопад Игуасу отступит еще на несколько километров, прежде чем река столкнется с серьезным изменением типа или структуры породы. В конце концов, водопад может достичь региона, где более тонкий капрок или где более мягкие породы доминируют на более высокой высоте, что приведет к снижению высоты и величия водопадов. Однако это займет миллионы лет, к этому времени ландшафт Южной Америки будет выглядеть очень иначе, чем сегодня.
На данный момент водопад Игуасу остается яркой демонстрацией силы природных сил — вулканических извержений, которые построили плато более ста миллионов лет назад, тектонических сил, которые подняли его, и стойкого действия воды, которая вырезала его в впечатляющую форму, которую мы видим сегодня. Каждая капля воды, которая погружается над скалой, является крошечным долотом в обширном и продолжающемся скульптурном процессе, напоминая нам, что даже самые знаковые достопримечательности находятся в стадии разработки.
Заключение: Незаконченный шедевр природы
Водопад Игуасу — это не просто туристическая достопримечательность или природное чудо; это живая геологическая лаборатория, где силы вулканизма, тектоники, эрозии и климата сошлись в течение глубокого времени, чтобы произвести что-то необыкновенное. Базальтовый капрок, заложенный в обширных лавовых потоках во время распада Гондваны, обеспечивает прочный щит. Старый песчаник под ним предлагает более слабый фундамент, ожидающий высечения. Река Игуасу поставляет энергию, а подъем плато обеспечивает градиент. Вместе они создали более 270 отдельных каскадов, расположенных в широком, подковообразном амфитеатре, которому нет равных на Земле.
Каждый визит к водопаду Игуасу - это взгляд на геологический процесс, который все еще разворачивается. Туман, поднимающийся из водоемов, громовой грохот воды, случайный крах падающих скал и постоянно меняющиеся узоры света и спрея - все это признаки развивающегося ландшафта. Понимая формирование и геологию водопада Игуасу, мы получаем более глубокое понимание медленной, мощной и творческой работы, которую природные силы выполняют в течение миллионов лет.