青铜马弓手，量一弓手，安敢乱言 阅读原文 一、什么是瀑布： 瀑布（Waterfall），是指水流或冰流，从陡崖上倾泻而下，近似发生自由落体运动，而形成的垂直、或近乎垂直的水流或冰流的现象。 瀑布与河流 @Earth Portrait of a Planet-2018 这里强调水流或冰流需要近似“发生自由落体运动”，是为了与“急流”（Rapids）的概念区别，急流可以是河道坡度突然变陡形成的，但达不到近垂直流动，水流主要需要依托河道支撑。 瀑布（Waterfall）与急流（Rapids），（Corrigan，2007） “瀑”字的本义为急雨，“水濆起曰瀑也”，河水从陡崖崩落，远看如悬挂的白布，“瀑”字与“布”字，一动一静，一近一远，古人起名高妙。 黄君璧 - 溪山垂钓图 地质学中称瀑布为跌水，常与河流侵蚀作用、活动构造运动等地质作用密切相关。 因此，在坚硬的岩石抵抗侵蚀的部位，或断层等地质作用破坏河床的地方，容易形成瀑布。 通常，会在《地球科学概论》、《第四纪地质学》和《地貌学》等课程中，“河流作用”和“河流地貌”等章节会涉及“瀑布”的相关知识。 瀑布在河流演化过程中的角色，来自：Understanding Earth, 7th edition-W. H. Freeman (2014) 二、瀑布的成因 简要地说，当河道出现了陡崖，便形成了瀑布。 当然，有水流或冰流是前提，不然只能称为陡崖。 在此前提下，从地质学角度讨论瀑布的成因，其本质就是分析这些河道中陡崖的成因。 瀑布的形成是地球内外营力综合作用的结果。 但是受客观条件的差异，一个瀑布的形成往往是以一种地质营力为主导作用， 因此根据内外动力地质作用，分别概述瀑布成因： 2.1 内动力地质作用成因： 包括构造运动、火山活动等， （1）断裂作用 地壳构造活动形成断层，断层上下盘错动导致陡崖的形成，导致流水流经陡崖，形成瀑布。 逆断层成因瀑布示意图，网图侵删 着名的维多利亚瀑布，便是河流倾泻至裂谷而形成。 非洲赞比西河中游的维多利亚瀑布，@天空之城，@znhlee （2）构造抬升作用： 新构造活跃的地区，构造运动导致山体抬升的速度大于河流侵蚀速度，常会形成裂点，导致水流突然向下奔落形成瀑布。 裂点是由于河流侵蚀基准面下降所引起的河流的下切与溯源侵蚀过程中, 溯源侵蚀所达到的那一段河床向上的地貌陡坎或坡折。裂点型瀑布是由裂点导致河床的落差增加而形成的瀑布。 这里虽然将裂点型瀑布归到构造抬升作用，但其实是地壳的抬升运动、河流的侵蚀作用、崩塌作用以及地层岩性的差异共同造就了裂点型瀑布，只是构造抬升作用稍占上风而已。 河流与裂点（Earth Science2017-W. W. Norton & Robert Rauber） 还有一种情况，构造运动导致山体快速抬升，会出现主干河流的侵蚀速度远大于部分支流的情况，尤其是在岩性差异较大的地区。这样主干河流形成的 V 型谷，两侧岩壁较陡形成悬崖，侧向的支流汇入干流常形成峡谷型瀑布。例如下图美国黄石瀑布。 美国黄石瀑布（（Earth Science2017-W. W. Norton & Robert Rauber）） 美国黄石瀑布，@caraventurera （3）火山成因： 火山口积水通常会形成火山口湖，湖水溢出流经火山陡坡即可形成瀑布。 滕洪亮发育于长白山天池的长白瀑布，@视觉中国，@滕洪亮 （4）堰塞湖： 地震作用和火山熔岩堆积，常会形成堰塞湖，湖水溢出流经陡坡即可形成瀑布。 在火山熔岩堰塞湖基础上形成的黑龙江镜泊湖瀑布，@视觉中国，@清小汐 2.2 外动力地质作用成因：如侵蚀、溶蚀、河流袭夺和崩塌作用等 （1）河流侵蚀作用 构成河床的岩石存在岩性差异，或是发育节理。流水对软硬程度不同的岩石侵蚀作用不同，或是节理发育的地方更容易被流水侵蚀，这种侵蚀作用也会导致陡崖的出现，形成瀑布。 尼亚加拉瀑布侵蚀过程示意图（Earth Science2017-W. W. Norton & Robert Rauber） 岩槛型瀑布，河床基岩软、硬相间, 由于二者抗流水侵蚀能力的差异, 导致较坚硬的岩石形成陡坎, 而软弱岩石则被侵蚀成平台, 在河床上形成“岩槛”, 进而使流水产生落差而形成的瀑布。 岩槛型瀑布成因，（ALEXANDROWICZ Z. 1994；嵇少丞，2013） （2）冰川侵蚀作用 冰川侵蚀作用会形成 U 型谷，在冰川退去之后，U 型谷两侧会形成陡壁，两侧支流会跌落汇入 U 型谷的主干河流，从而形成悬河型瀑布。 冰川成因悬河型瀑布形成过程（Understanding Earth, 7th edition-W. H. Freeman (2014)） 冰川侵蚀作用会在高山形成冰斗湖，湖水溢出沿陡崖倾斜而下可形成瀑布。 冰川和冰原凿出冰斗和峡谷，@Patricia Corrigan，Waterfalls （3）溶蚀作用 在石灰岩发育的喀斯特地貌区，流水通过溶蚀碳酸盐岩也会形成陡崖，形成瀑布。 喀斯特地貌与瀑布（Earth Science2017-W. W. Norton & Robert Rauber） 落水洞型瀑布，图片源自@Vancouver Island University，转引自@星球研究所 （4）化学沈积型 多指钙华型瀑布，即流水中溶解的碳酸钙由于温度、压力的改变或生物作用的影响，溶解度降低而在河床中沈淀堆积成钙华台地，造成河床相对高差的加大而形成的瀑布。 钙华型瀑布形成剖面示意图（贾丽云，2012） 类似的作用还有硅华台地瀑布。 黄石公园热泉形成的硅华台地瀑布（Essentials of Geology, 13th Edition-Pearson -2016） （5）河流袭夺 河流袭夺的过程也会形成断崖，从而产生瀑布。 河流袭夺是指河流发育的过程中，相邻流域的两条河流溯源侵蚀的速度不同，侵蚀速度较快的低水位河流，其源头向分水岭伸展的速度也快，首先切穿分水岭，把分水岭另一侧的侵蚀速度慢的高水位河流上游抢夺过来。其中，在低水位河流向分水岭侵蚀的过程中，分水岭会产生断崖造成岩块崩塌，在这种情况下，加上高水位河流的侵蚀作用，有可能使之流经陡崖与低水位河流打通，这一过程会产生相对短暂的瀑布阶段。 河流袭夺（Earth Science2017-W. W. Norton & Robert Rauber） （6）崩塌陷落型 河床发生崩塌、陷落，出现陡崖，形成瀑布。 瀑布形成过程， @桔灯勘探 以上只是形成瀑布的条件，若要形成大瀑布，还需要另外满足以下条件： （1）水流的落差要大，这又与组成河床底部的岩石的化学成分、力学性质、软硬程度、产状等因素有关； 岩层产状与流水侵蚀作用的关系（ALEXANDROWICZ Z. 1994. ） 对于裂点型瀑布落差的大小与岩性和溯源侵蚀的时间有关。 由于构造运动引起地壳抬升、侵蚀基准面下降, 河流溯源侵蚀形成裂点, 裂点的形成又加剧了河流的溯源侵蚀作用, 从而增大瀑布陡坎的高度, 所以, 裂点型瀑布的高差与新构造运动的幅度和期次密切相关。 云台天瀑形成剖面示意图；1- 地壳抬升, 河流下切; 2- 溯源侵蚀; 3- 继续溯源侵蚀; 4- 形成云台天瀑; （2）河水流量要大，水面要宽，最好是常年不断流，瀑布才能壮观而又具有可持续性 因此，很多大型瀑布多发于在热带、亚热带或是径流量大的河流中下游地区。 ▲ 广西德天瀑布，亚洲最大的跨国瀑布。摄影 / 卢文，转引自@地道风物 三、瀑布的迁移与消亡 随着流水和陡崖的迁移与消亡，瀑布也随之迁移和消亡 因此，瀑布是暂时性地貌景观。 3.1 瀑布的迁移 （1）河流改道 河流改道，水流放弃原本流经的陡崖，转而流经另一部陡崖，会造成瀑布的迁移。 （2）侵蚀作用 河流的侵蚀作用，会导致瀑布向河流上游迁移。 （Lamb 2007 GSAB） 例如，尼亚加拉瀑布形成于 12500 年前，现在已经退缩了 11 公里，平均每年后退 1 米。 尼亚加拉瀑布在过去的三四百年间，已经向上游溯源后退了数百米（Understanding Earth, 7th edition-W. H. Freeman -2014）。 3.2 瀑布的消亡 流水和陡崖，二者缺一，瀑布便消亡，可以体现在两种时间尺度下。 （1）年 - 百年尺度： 流水消失，瀑布便消亡。 河流的水量季节性变化，河流改道或永久性干涸等原因，导致没有水流从陡崖经过，瀑布便不复存在了，它将仅是一个陡崖而已。 冬季，即将干涸的黄果树瀑布，网图侵删 （2）万年 - 百万年尺度 陡崖消失，瀑布便消亡。 当陡崖被水流等外动力地质作用侵蚀成一个陡坡，甚至是一个缓坡时，瀑布便也不复存在了。 河流侵蚀与瀑布消亡示意图（ALEXANDROWICZ Z. 1994. ） 尤其是河流裂点型瀑布，当地壳抬升运动减弱，主要的地质营力以外动力侵蚀作用为主时，裂点处的陡崖也会消失，转变为正常河道，瀑布也就消失了。 裂点的出现与消失（Essentials of Geology, 13th Edition-Pearson -2016） 四、瀑布的分类及实例 对于瀑布类型划分，罗正富（1990 年）做了较为全面的划分，主要包括八种划分方式： 4.1 按照水存在的状态划分： （1）水流型瀑布：我们通常指的瀑布都是水流型瀑布。有包括常年性水流瀑布、季节性水流瀑布和间歇性水流瀑布。 例如贵州黄平县的重安江瀑布便是间歇性水流瀑布，高 30m，平均流量 1.5m3/s，水量在 15 分钟内呈现零→小→大→小→零的周期性、间歇性变化。 瀑布 - 按水的存在形式分类，@地道风物 （2）冰川型瀑布：指常年性因冰川沿陡崖崩落形成的瀑布，例如四川的海螺沟冰川瀑布。 海螺沟大冰瀑布，摄影师@仇梦晗，转引自@星球研究所 （3）冰水交替型瀑布：指夏季为水流型瀑布，冬季为冰川型瀑布，多位于纬度较高或高山等寒冷地带。 ▲ 西藏那曲嘉黎县依噶冰川周围的瀑布。摄影@李珩。转引自@地道风物 ***** 火瀑布：每年二月中下旬，充足的冰雪融水，特定的太阳照射角度下，有可能看到这个火瀑布奇观，由于旁边山体的遮挡，日落光线像聚光灯一样只照射在这个细小的瀑布上，融化的雪水像熔岩一样落下。 美国加州约塞米蒂国家公园的马尾瀑布，@视觉中国，@Aidong 4.2 按照水文类型划分： （1）地表径流型瀑布：指流经地表的河流跌落陡崖形成的瀑布，此类最为常见，不胜枚举。 冰岛赛里雅兰瀑布（Seljalandsfoss, Iceland），图片来自天空之城摄影师@云风， （2）泉水型瀑布：地下泉水出露地表时从陡崖跌落形成的瀑布，还可以根据泉水的温度分为冷泉型和热泉型。例如云南龙陵县镇安乡的热全型瀑布水温最高可达 90℃。 地下水从不透水的岩层顶部的悬崖面渗出，在大峡谷侧壁的泉水型瀑布（Essentials of Geology, 13th Edition-Pearson -2016） （3）暗流型瀑布：指底下暗河或地下泉水，在地下形成的瀑布，常见于喀斯特地区。例如，浙江金华市的冰壶洞瀑布。 溶蚀作用与瀑布，@Essentials of Geology, 13th Edition-Pearson (2016) （4）溶洞型瀑布：指溶洞中的地下暗河流出洞口向下跌落成为瀑布，与暗流型瀑布的差别是，溶洞型瀑布水流来自地下暗河，瀑布暴露在地上。例如四川盐边箭河仙人洞瀑布，广东神锋关石林瀑布等。 广东神锋关石林溶洞型瀑布，网图侵删 （6）天窗型瀑布：天窗是指地下河或溶洞顶部通向地表的透光部分。地表径流落入天窗形成瀑布，例如黎巴嫩的巴塔拉峡谷瀑布，瀑布穿过三层天窗。 黎巴嫩，巴塔拉峡谷瀑布(Baatara gorge waterfall)，网图侵删 （7）落水洞型瀑布：指地表径流沿岩溶地貌的落水洞壁倾泻形成的瀑布，例如贵州银链坠瀑布。 银链坠瀑布，图源@视觉中国，摄影师@丁逸峰 4.3 按成因分类： 具体形成过程见本文第二部分：“瀑布的成因”。 （1）内动力成因瀑布类型 A. 断层崖型：例如四川九寨沟珍珠滩和诺日朗瀑布 诺日朗瀑布，图源@视觉中国 B．裂点型：例如浙江北雁荡山的三折瀑。 浙江北雁荡山的三折瀑，图源@视觉中国 C. 峡谷型：例如贵州兴义的马岭河峡谷瀑布，美国黄石河瀑布等。 贵州马岭河峡谷瀑布，图源@视觉中国 D．悬河型：例如梵净山淘金河 U 型谷侧壁悬谷形成的瀑布. E．熔岩堰塞型：例如黑龙江镜泊湖的吊水楼瀑布，是熔岩堵塞牡丹江形成的瀑布 ▲ 镜泊湖瀑布。摄影@闻家麟 F．火山口湖型：例如长白山天池瀑布 ▲ 长白山瀑布。摄影@王馨平 G．地震堰塞湖型：例如四川茂县叠溪瀑布，汶川地震造成的唐家山堰塞湖等。 唐家山堰塞湖，网图侵删 （2）外动力成因瀑布类型 A．流水侵蚀型：例如重庆北碚磨滩高坑崖瀑布，壶口瀑布等。 壶口瀑布，天空之城摄影网站用户@七道阳光 B. 冰川侵蚀瀑布：例如新西兰萨瑟兰瀑布和奎尔湖。 例如新西兰萨瑟兰瀑布和奎尔湖，图源@必应壁纸 C．溶蚀型：广泛发育于喀斯特地貌区 云南罗平九龙瀑布，摄影@罗炜 D．溶蚀 - 沈积型：四川松潘县的扎嘎瀑布 ▲ 扎嘎瀑布。摄影@黄雪峰，转引自@地道风物 E．崩塌陷落型：例如云南腾冲叠水河瀑布。 云南腾冲叠水河瀑布，@视觉中国 F. 河流袭夺型：例如贵州滴水滩瀑布等。 贵州滴水滩瀑布与坝陵河，@视觉中国 4.4 按河床岩石性质分类： 按照形成瀑布河流河床的岩性划分 （1）碳酸盐岩型：广泛发育于喀斯特地貌区，例如贵州黄果树瀑布. 黄果树瀑布。摄影@李钟明 （2）砂岩型：例如世界上最高的瀑布——安赫尔瀑布，黄河壶口瀑布等。 委内瑞拉的安赫尔瀑布，@天空之城 （3）火山岩型：例如玄武岩之上的长白山天池瀑布，冰岛史瓦提瀑布等。 冰岛 史瓦提瀑布（Svartifoss Waterfall, Iceland）图源@Cassie Boca *** 还有发育在其他岩浆岩或变质岩上的瀑布，例如着名的优胜美地瀑布，被称为“新娘的婚纱”，就是发育在花岗岩崖壁上的瀑布。不一一叙述。 优胜美地瀑布，摄影师@Scott Wei 4.5. 按瀑布面形态分类： （1）幕帘型：瀑布面状如幕帘，此类瀑布最多，例如黄果树瀑布，冰岛 Skogafoss 瀑布等。 Skogafoss waterfall，冰岛，@视觉中国 （2）分流形 水流受陡崖形状，或是被突出于河心的岩石分割成许多股瀑布，如南美洲伊瓜苏瀑布，幅宽 4000m，常被河心岩石分隔成数百股小瀑布，但从整体看它仍是一个瀑布。 南美洲伊瓜苏瀑布，网图侵删 夏威夷泪墙，网图侵删 （3）新月形 河流中央水流较两侧流量大，流速更快，因此侵蚀作用也存在差异，常形成瀑布面内凹的新月形瀑布。例如北美尼亚加拉瀑布呈马蹄形。 俯视马蹄型的尼亚加拉大瀑布（Natural Wonders of the World-DK Publishing (2017)） （4）人字形 水流分成两股倾泻而下，形如“人”字型，例如黄山人字形瀑布，郭沫若写诗道：“果然大块假文章，瞬见 飞泉百丈长，岩上大书一人字，天公表示要投降”。 黄山人字瀑布，网图侵删 4.6 按瀑布纵剖面形态分类： （1）单级型：水流一次向下跌落而成的瀑布，例如四川扎嘎瀑布，重庆四面山水口寺瀑布等。 ▲ 重庆四面山水口寺瀑布。摄影@李琼 （2）双级型：水流经过两次跌落而成的瀑布，例如贵州纳雍县吊水岩瀑布，河南焦作云台山青龙峡中叠翠瀑等。 Fossá Waterfall - The Faroe Islands，@视觉中国 河南焦作云台山青龙峡中叠翠瀑形成剖面示意图（贾丽云，2012） （3）多级型：水流经过多次跌落而成的瀑布，又称阶梯型瀑布。例如贵州滴水潭瀑布。 贵州滴水潭瀑布，图源@视觉中国 （4）多级多层型：又称叠层型，瀑布层层叠叠，大瀑布中又套小瀑布，彼此相连、重叠而成。例如德天瀑布。 黄巧，2017 （5）悬崖型：瀑布所依附的陡崖近乎垂直，例如浙江北雁荡山大龙湫瀑布。 大龙湫瀑布，@视觉中国 从左到右依次为：陡坡型；悬崖型；内凹型，网图侵删 （6）陡坡型：瀑布所依附的陡崖坡度在 70-90°之间，并非完全垂直，例如密云云蒙山华心坨瀑布 陡坡型瀑布，黄山山涧中的瀑布，@视觉中国 （7）内凹型：指的是陡崖面向内凹，瀑布后形成洞穴，例如花果山水帘洞，黄果树瀑布，福建灵通山瀑布等。 福建灵通山飞瀑 - 内凹型，摄影@冯木波，转引&地道风物 4.7 按瀑布颜色分类： （1）单色型：例如黄河壶口瀑布为黄色。 浊浪排空 - 壶口瀑布，网图侵删 （2）多色型：即一个瀑布出现两种水色，如江西三清山川桥瀑布，由于水流经过两种不同颜色的岩石，呈现红、白两色瀑布；台湾新北瑞芳黄金瀑布呈现出黄、白两色。 ▲ 台湾新北瑞芳黄金瀑布。摄影@谢墨，转引@地道风物 4.8 按瀑布组合特点分类： （1）单体型：又称孤立型，即瀑布呈单个出现，主要分布在大型河流干流或直流的中上游。例如安赫尔、尼亚加拉、壶口瀑布等。 Seljalandsfoss Waterfall, Iceland，@Robert Lukeman 美国华盛顿，帕卢斯瀑布(Palouse Falls)，@Dave Hoefler （2）群体型：瀑布在优先区域内成群出现，构成瀑布群。这类瀑布主要分布在地形起伏大、地势高差悬殊 的山岳地区。例如江西庐山有 12 个瀑布构成瀑布群，其中三叠泉瀑布被誉为“庐山第一奇观”；广东肇庆鼎湖山有 8 个瀑布组成瀑布群；四川九寨沟有 12 个瀑布组成瀑布群。 罗平九龙瀑布群，@视觉中国，@天空之城 结语： 瀑布分类方式多样，取决于所选择的分类标准， 同一个瀑布，按照不同标准，可归为多种类型。 瀑布成因复杂，是内、外地质营力共同作用的结果， 在地质历史时期内，是一种短暂的地貌景观。 地球的内动力与外动力地质作用，此消彼长，不断抗衡， 它在此间产生、迁移、扩大、减小，直到消亡。 在瀑布短暂的一生中， 飞流不断击打岩石，奏响山河的青春之歌。 “今古长如白练飞，一条界破青山色”。 瀑布，或如长虹贯日，或似阔云横江，或势若奔雷，或如丝如绢， 多姿多彩的瀑布，构成了地球各地无数幅有声的画卷。 @天空之城，@Manish Mamtani Lake Sørvágsvatn & Bøsdalafossur Waterfall（@天空之城，@ctbehrend） 参考文献： [1]ALEXANDROWICZ Z. 1994. 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