Йосемитский водопад является одним из самых знаменитых природных чудес в Калифорнии и по всей Северной Америке, привлекая посетителей со всего мира, чтобы увидеть его захватывающее погружение. Его чистая высота - общее падение 2425 футов - и драматическая обстановка окружающих гранитных скал делают его знаковой достопримечательностью Йосемитского национального парка. Понимание формирования и геологии Йосемитского водопада требует глубокого погружения в глубокую геологическую историю региона, где мощные ледниковые силы, тектонический подъем и неустанная работа воды на протяжении миллионов лет создали этот шедевр эрозии.

Геологическая основа долины Йосемити

Сама долина Йосемити является сценой, на которой выступает водопад Йосемити, и ее отличительная форма является ключом к пониманию происхождения водопада.Долина была в основном сформирована во время плейстоценовой эпохи, периода, который начался около 2,6 миллиона лет назад и известен своими повторяющимися оледенениями.Во время крупных ледниковых периодов, в частности, оледенения Шервина, Тахо и Тиоги, массивные ледники стекали из Высокой Сьерры в то, что сейчас является долиной Йосемити.

Эти ледники, иногда достигающие толщины более 3000 футов, действовали как огромные, медленно движущиеся реки льда. Они вырвали и истирали ранее существовавший V-образный речной каньон, превратив его в U-образный профиль, который определяет долину сегодня. Огромный масштаб этой ледниковой резьбы создал крутые, почти вертикальные гранитные стены - в том числе скалу, с которой падает Йосемитский водопад. Пол долины был расширен и углублен, в то время как притоки, которые когда-то текли прямо в реку, были оставлены висящими на сотни футов над новым дном долины. Эти «висящие долины» являются точно местами рождения знаковых водопадов Йосемити, включая Йосемитский водопад, Бридалвейлский водопад и Падение Риббона.

Последнее крупное ледниковое наступление, известное как оледенение Тиога, достигло пика около 20 000 лет назад и отступило примерно 10 000 лет назад. В то время как ледники давно ушли, их наследие постоянно выгравировано в ландшафт. U-образная долина, полированные гранитные поверхности, морены (столбы каменных обломков, оставленные льдом) и висячие долины, которые создают водопады, - все это прямые результаты этой мощной ледниковой истории. Долина, недавно открытая ледниковым рытьем, обеспечила твердый, устойчивый фундамент, который определил бы следующую фазу эволюции водопадов.

Происхождение гранитной породы

Сама субстанция Йосемитского водопада — его скалы и его скала — это гранит, интрузивная магматическая порода, которая рассказывает историю огромного тепла и давления глубоко внутри Земли. Этот гранит является частью Батолита Сьерра-Невада, массивного тела скалы, которая сформировалась в течение мезозойской эры, в основном в меловой период, примерно 105-85 миллионов лет назад. В то время плита Фараллона была субдукцией под Североамериканской плитой, генерируя интенсивное тепло и плавя кору глубоко под землей.

Огромные объемы расплавленной магмы, богатой кремнеземом, медленно поднимались и охлаждались. Поскольку она была окружена изоляционной породой, этот процесс охлаждения занял миллионы лет, позволяя расти крупным минеральным кристаллам. Эта медленная кристаллизация придает граниту его характерную крупнозернистую текстуру, состоящую в основном из кварца, полевого шпата и слюды, с меньшим количеством других минералов, таких как горнбленде. Конкретный тип гранита, лежащего в основе долины Йосемити и района Эль-Капитан, преимущественно богат горнбленде, который особенно устойчив к эрозии.

После затвердевания магмы регион пережил длительный период тектонического подъема, начавшегося в миоценовую эпоху, около 10 миллионов лет назад. Этот подъем поднял весь диапазон Сьерра-Невады, мягко наклонив его на запад. Подъём ускорил эрозионную силу рек и, позже, ледников, которые вырезали каньоны. По мере того, как возвышающаяся скала была разрезана, захороненный гранитный батолит эксгумировался и обнажился на поверхности. Замечательная долговечность этого гранита — это то, что так долго сохраняло крутые, драматические скалы Йосемити, позволяя им противостоять силам, которые могли бы уменьшить более мягкую скалу до мягких склонов.

Как формируется Yosemite

Конкретное образование Йосемитского водопада является классическим примером дифференциальной эрозии, действующей на объединенном гранитном ландшафте.В то время как водопады часто рассматриваются как единое целое, он состоит из трех отдельных секций, каждая со своей собственной геологической историей.

Роль дифференциальной эрозии

Не весь гранит создан равным. В Йосемитской долине есть вариации в составе и плотности трещин скалы. Сам водопад происходит там, где река Мерсед (от которой происходит Йосемитский водопад) сталкивается с крутой, висячей долиной. Утес, над которым падает вода, не является идеально гладким краем. Вместо этого он определяется серией вертикальных и горизонтальных трещин, известных как стыки. Эти стыки образовались, когда вышележащая скала была удалена, сняв давление на гранит и заставив его треснуть.

За десятки тысяч лет вода, особенно во время снегопадов и штормов, проникала в эти суставы. Циклы замораживания-оттепели вклинивали скалу в разные стороны, и от силы падения воды отрывались свободные блоки. Более слабые, более раздробленные зоны разрушались быстрее, чем окружающий массивный, нераздробленный гранит. Этот процесс постепенно вырезал скалу назад, создавая форму, которую мы видим сегодня. Падения - это не просто погружение; они являются активно разрушающейся особенностью, медленно отступающей вверх по течению.

Совместные и разрывные системы

Узор стыков в граните критический. В районе Йосемитского водопада крупный набор субвертикальных стыков выравнивается примерно север-юг и восток-запад. Эти стыки создавали плоскости слабости, которые направляли течение воды и позволяли формировать узкий, глубокий желоб Верхнего водопада и сложный каскад Срединных каскадов. Верхний водопад погружается на 1430 футов в единую свободно-выскакивающую каплю с края стыкового обрыва. Эта замечательная высота обусловлена тем, что скала там особенно массивная и стойкая, действующая как жесткая губа, над которой нагнетается вода. Погружение бассейна у его основания, глубокого бассейна, вырезанного силой падающей воды, медленно выкапывают в скалу, еще больше подрезая скалистую поверхность.

Три части падения

Полный каскад 2425 футов разделен следующим образом:

  • Верхний водопад:] Эта 1430-футовая одиночная капля является самой высокой секцией и самой фотографируемой. Вода течет из реки Мерсед, которая выходит из висячей долины. Липа Верхнего водопада состоит из особенно твердой, несвязанной гранитной скалы. Шлейф воды часто не попадает в основание скалы, а приземляется на талусный склон разбитой скалы внизу.
  • Средние каскады:] Между основанием Верхнего водопада и вершиной Нижнего водопада серия из четырёх меньших капель, известных как Средние каскады, опускается примерно на 675 футов. Этот участок характеризуется серией уступов и бассейнов, где вода течет по более раздробленной и разломленной зоне гранита. Каскады являются активными, движущимися частями реки, которые в значительной степени зависят от лежащих в основе суставных узоров.
  • Нижний водопад:] Заключительный участок представляет собой 320-футовый свободный водопад в глубокий, живописный бассейн. Нижний водопад является наиболее легко просматриваемой секцией от главной тропы. Погружение бассейна в его основании, окруженное отполированным гранитом и талусными блоками, знаменует собой текущий конец эрозивного путешествия водопада вниз по стене долины.

Гидрология водопадов

Йосемитский водопад — сезонный водопад, питаемый почти полностью снегом из высокогорья Сьерра-Невады.Водопады реки Мерсед ловят зимний снежный покров, который накапливается на высотах выше 8000 футов.По мере того, как начинается весенняя и летняя оттепель, обычно с апреля по июнь, река набухает, а Йосемитский водопад гремит на своем пике.В течение этих месяцев поток может превышать 600 кубических футов в секунду, создавая туман и рев, которые можно почувствовать на расстоянии.

К концу июля таяние снега уменьшается, и поток резко падает. К августу Верхний водопад может стать тонкой завесой или даже сухой струйкой, в то время как Нижний водопад может полностью прекратить течь. Этот сезонный ритм является определяющей характеристикой водопада и ключевым аспектом его связи с ландшафтом. Огромный объем воды в пиковый сезон приводит к большей части геоморфической работы - эрозии, переносу осадка и подрезанию скал.

Погружение бассейнов у основания Верхнего и Нижнего водопадов — это глубокие, турбулентные зоны, где рассеивается кинетическая энергия воды, а также места активной эрозии, где закрученная вода и фрагменты породы, которые она несет, измельчаются у скалы. Регулярные обвалы скал вносят свежий мусор в склоны талуса ниже, обеспечивая инструменты для продолжения истирания.

Текущие геологические процессы

Йосемитский водопад не является статическим памятником, он является динамической особенностью живого ландшафта.Несколько процессов продолжают формировать его облик и структуру и сегодня.

Скаты и накопление Талуса:] Скалы, окружающие Йосемитский водопад, подвержены постоянной активности камнепадов. Цикл замораживания-оттаивания является основным драйвером: вода просачивается в суставы и трещины, затем замерзает и расширяется, сшивая блоки. Сейсмическая активность от многих небольших землетрясений в регионе также вызывает падения. Эти скальные водопады накапливаются у основания скал, образуя талусовые склоны. Эти склоны являются не только признаком продолжающейся эрозии, но и служат защитным фартуком, поглощая воздействие будущих камнепадов и замедляя отступление скалистой поверхности. Талус у основания Верхнего водопада является заметной особенностью, состоящей из сломанных угловых гранитных блоков.

Погода и уборка:] Химическое и механическое выветривание гранитной поверхности непрерывно. Дождь, таяние снега и вода в самом водопаде слегка кислые, медленно растворяя минералы полевого шпата. Этот процесс ослабляет породу с течением времени. Гидравлическое действие падающей воды — отвесная сила воды, воздействующей на скалу — является мощным эрозивным агентом. Вода, вынужденная в трещины давлением погружения, оказывает огромную силу, выщипывая свободные блоки из основы бассейна погружения и обрыва.

Долгосрочное будущее:] В течение десятков тысяч лет водопады будут продолжать разрушаться и отступать вверх по течению, медленно разъедая висящую долину выше. Скорость отступления медленная, оценивается в дюймы за столетие, но она неумолима. В конце концов, водопады могут стать каскадом, а не явным падением, или висящая долина может быть сведена к более низкому уровню, уменьшая высоту водопадов. Окончательная судьба Йосемитского водопада будет определяться взаимодействием совместных узоров, прочностью скал и продолжающимся подъемом диапазона.

Сравнение с другими Йосемитскими водопадами

Йосемитский водопад не одинок в долине. Падение Бридалвейла (620 футов) и Падение Риббона (1 612 футов, самая высокая однокапельная в Северной Америке) также окунаются из висящих долин. Контраст между ними подчеркивает геологические вариации. Падение Риббона, например, протекает по гораздо более узкой, более глубокой стыковой расщелине, в то время как Падение Бридалвейла шире и протекает по менее раздробленной поверхности. Различия в высоте в первую очередь зависят от того, насколько первоначальный пол висящей долины был углублен придаточной ледниковой активностью. Сами водопады являются эрозионными особенностями, которые все активно подвергаются тем же процессам, но с разными скоростями, продиктованными местной геологией.

Посещение водопада Йосемити глазами геолога

Посетители Йосемитского национального парка могут лично познакомиться с геологией водопада Йосемити на тропе Йосемитского водопада. Этот напряженный 7,2-мильный поход в оба конца поднимается на 2700 футов вверх по стене долины. Когда вы поднимаетесь, вы идете прямо по обнаженному граниту, видя полированные поверхности, четкие узоры суставов и свидетельства камнепадов. Тропа предлагает вид на Верхний и Нижний водопады, а на вершине вы стоите на губе Верхнего водопада и смотрите через долину. Эта перспектива показывает чистый масштаб ледниковой резьбы и висящую долину, из которой происходят водопады.

Для более доступного вида, асфальтированная петля на полу долины ведет вас к основанию Нижнего водопада. Отсюда вы можете почувствовать туман и наблюдать бассейн для погружений и окружающие талу. Служба национальных парков предоставляет отличные интерпретационные материалы на тропах и в центрах для посетителей.

Геологи продолжают изучать эти образования. Геологическая служба США (USGS) располагает обширными ресурсами по геологии парка, включая подробные карты и анализ гранита. Кроме того, геология Йосемити является классическим тематическим исследованием в ледниковой геоморфологии и формировании батолита, часто цитируемым в учебниках и научной литературе, опубликованных такими организациями, как Геологическое общество Америки.

Подводя итог, Йосемити Фолс — шедевр геологического времени, созданный взаимодействием долговечности гранита, рысканием древних ледников и упорной работой воды.Его красота не случайна; это предсказуемый результат миллионов лет поднятия, эрозии и неустанной резьбы по ландшафту Сьерра-Невады.