Водопады — одно из наиболее величественных явлений и интереснейшие
памятники природы — оказались, как ни странно, почти «белым пятном» в
географической литературе. В трудах по гидрологии, общей и динамической
геологии и геоморфологии ученые уделяют водопадам скромное внимание. В
капитальном труде
Н. И. Маккавеева «Русло реки и эрозия в ее бассейне» (1955) водопады
упоминаются мельком, в цитатах из произведений других авторов.
До недавнего времени в отечественной литературе имелась лишь
единственная работа, целиком посвященная водопадам, да и то сравнительно
небольшого района— «Водопады Карелии» С. В. Григорьева (1956). Но и она
стала библиографической редкостью. В 1979 г. на украинском языке вышла
книга А. П. Муранова «В мире водопадов. Легенды и правда о водопадах
мира». Родоначальником водопадоведов* был, несомненно, Иоганн Гербиний,
издавший в 1678 г. в Амстердаме на латинском языке «Рассуждения об
удивительных водопадах мира» (хранится в библиотеке Британского музея в
Лондоне). Зарубежная литература новейшего времени располагает, насколько
нам известно, единственной монографией английского автора Эдварда К.
Рэшлея «Среди водопадов мира» (Лондон, 1935), которая содержит описания
и фотографии многих крупнейших водопадов всех континентов. В Англии же в
1974 г. был издан альбом Риты М. Бартон «Водопады мира» (г. Труро). В
свою книгу «Необыкновенное и грозное в природе» ленинградский гидролог
А. П. Муранов включил главу «Водопады-великаны», а кельнский профессор —
геолог Мартин Шварцбах посвятил одну из глав своего труда «Великие
памятники природы», переведенного на русский язык в 1973 г., четырем
знаменитым водопадам — Игуасу, Виктории, Ниагарскому и Рейнскому.
Что же такое водопады?
Государственный общесоюзный стандарт «Гидрология суши: термины и
определения» (1973) не содержит определения водопада. В Большой
Советской Энциклопедии (3-е изд.) водопад определяется как «падение воды
в реке в местах резкого изменения высоты ее дна с образованием почти
отвесного уступа». Б. А. Аполлов в «Учении о реках»
(1963) называет водопадом «участок реки с большим падением, близким к
вертикальному». По Краткой географической энциклопедии, «водопад—падение
воды реки с уступа, пересекающего речное русло».
В некоторых работах встречается деление водопадов на два типа. К первому
относят водопады, у которых ширина падения воды превышает высоту, ко
второму—водопады, высота которых значительно превышает ширину. Такой
подход к определению типа нам представляется неправильным. Любой водопад
— сложное явление, арена и результат борьбы и взаимодействия Воды, Камня
и Атмосферы. Здесь протекают сложнейшие процессы гидроаэроионизации,
естественной флотации, непрестанной, не прекращающейся ни на секунду
эрозии. Действующие водопады по своей сути — природные perpetuum mobile
(вечные двигатели). Высота падения и ширина потока—два важнейших
фактора, определяющие любой водопад, но основу его как явления природы
составляет падение воды с уступа той или иной высоты, и поэтому основной
критерий при определении и оценке любого водопада—его высота.
По нашей классификации, водопадами первого типа следует считать те, у
которых высота превышает ширину потока, ко второму типу тогда отнесем
водопады, у которых высота меньше ширины. Не случайно в Карелии и Сибири
бытует с незапамятных времен диалектизм «падун», в котором опущено слово
«вода», но всем понятно, что речь идет именно в водопаде, т. е. о
падении воды. В большинстве известных энциклопедических,
картографических и литературных источников приводятся перечни, списки
водопадов, и там эти объекты располагаются по высоте.
Высота и ширина водопада не исчерпывают всех параметров, необходимых для
составления наиболее полной характеристики этого явления природы. Важно,
какое количество воды низвергается через гребень водопада— расход,
измеряемый в м3/с. Гидроэнергетиков в первую очередь интересует мощность
водопада, исчисляемая по формулам N=9,8Qh (теоретическая) и N=8,0Qh
(промышленная), где N — мощность, Q—расход воды и h—высота падения. С.
В. Григорьев предлагал проводить сравнительную оценку водопадов по
удельной водоносности, для исчисления которой рекомендовал брать
удельный расход воды, т. е. многолетний средний годовой расход,
отнесенный к единице ширины водопада.
Мы предлагаем считать водопадом низвержение воды с уступа под углом
более 45°; падение воды под углом менее 45° будет водоскатом
(стремниной, быстриной); водопад менее 1 м высотой, по нашему мнению,
следует относить к порогам; расход воды для водопада должен быть не
менее
1 м3/с. Затруднения вызывает определение сложных
водопадных систем. Ступенчатый крутопадающий поток (каскад) предлагается
считать единым водопадом, если в профиле протяженность горизонтальной
части уступа (уступов) меньше, короче предшествующего и последующего
отрезков вертикали. Необходимо также, на наш взгляд, учитывать толщину
слоя воды на г р е б н е, которая зависит от удельной водоносности,
глубину исполинового котла, скорость течения на изломе струи, а для
наиболее высоких — количество и площадь воды, находящейся в каждый
данный момент в «полете».
Чрезвычайно важным представляется изучение геологии района расположения
водопада, а следовательно, и пород, образующих гребень и выстилающих
ложе водопада. Совершенно очевидно, что водопады образуются лишь там,
где порода обладает такой твердостью, что способна выдержать вековое
эрозионное воздействие водных масс, иначе водопад выработает русло и
исчезнет.
Любопытное явление отмечено П. А. Барановым. Породы в ложе некоторых
водопадов, представленные песчаниками, содержащими титан и марганец, под
действием воды твердеют, как бетон. Таковы водопады в Африке, в горах
Фута-Джаллон на р. Саму (Гвинея). Крупный вклад в изучение процессов
эрозии (и коррозии) гребней и ложа водопадов сделан Н. А. Гвоздецким.
Водопады — исключительно многообразные явления природы. Два отмеченных
выше типа—лишь крайние точки в удивительно широком по разнообразию ряду
самых не похожих друг на друга каскадов. Особое место занимают так
называемые щелевые водопады, где река, будучи зажата скалами большой
мощности, не низвергается с уступа, а прорывается через сравнительно
узкую щель в крепчайшей породе. Таков водопад Кабарега (бывший Мёрчисон)
на р. Виктория-Нил в Уганде (Африка), где река низвергается с
40-метровой высоты, прорываясь меж двух стометровых скал; у нас—это
Чертова Мельница в Архызе (Западный Кавказ). Видимо, щелевые водопады
следует выделить в самостоятельный, третий тип.
На земле не много мест, где отмечаются целые скопления «водных
бриллиантов». У нас на Кавказе, в Западном лесничестве Тебердинского
государственного заповедника (Архыз), есть Долина тридцати водопадов в
ущелье р. Салын-нган, притоке р. Кизгыч. В Японии, в национальном парке
Йосино-Кумано на п-ове Кии (о. Хонсю), в долину Осугидани обрушивается
сто водопадов, один из которых называют водопадом Света (!); Норвегию же
из-за обйлия водопадов называют Страной водопадов, а маленькое
высокогорное королевство Лесото в Южной Африке—даже Страной трех тысяч
водопадов.
Своим происхождением на равнинах водопады обязаны тектоническим
движениям земной коры, эрозионной деятельности рек, встречающих на своем
пути породы неодинаковой твердости, или сложному горному рельефу, а
также тем случаям, когда русло реки перегораживается в результате
горных’ обвалов или потоками лавы при вулканическом извержении. Так, в
Новой Зеландии потоки лавы, заполнившие русла рек, привели к образованию
многих водопадов Северного острова (водопады Г ука, Уайроа, Хвангареи,
Уатанги). Уникально происхождение замечательных водопадов Плитвичских
озер в Дйнарском Карсте, в Югославии (Социалистическая Республика
Хорватия). Река Матица, представляющая верховья р. Кораны, протекает по
горной долине, сложенной известняковыми породами. На протяжении 8 км
река пронизывает шестнадцать озер, подпруженных барьерами из травертина
(известкового туфа). Вода реки и озер насыщена кальцием. Н. А.
Гвоздецкий приводит два объяснения причин осаждения известкового туфа (СаСОэ).
По одному из них, выпадение происходит в результате смешивания
известковых и доломитовых вод, по другому— кальцефильные мхи и
водоросли, поглощая углекислый газ (С02) из воды в течение многих веков,
способствуют выпадению травертина, отмирают сами и образуют запруды,
которые наращиваются от берегов к стрежню. Вероятнее всего, причина
генезиса плотин двуедина, так как оба процесса протекают одновременно.
Экзотические природные плотины-уступы преодолеваются водами, падение
которых создало 140 водопадов редкой красоты. Общий перепад высот
Плитвичских озер и каскадов—156 м. Аналогично происхождение одного из
красивейших водопадов Югославии и Европы — водопада Скрадински-бук на р.
Крка, впадающей в Адриатическое море (Гвоздецкий, 1970, с. 131,
144—146).
Водопады типа Плитвичских, наращивающие свои гребни, М. Шварцбах относит
к конструктивным (созидающим); таких в мире ничтожно мало.
Низвергающиеся массы воды, как правило, производят огромную работу:
разрушают русло и отступают вверх по течению рек («пятящаяся» эрозия);
такие водопады, срабатывающие свой гребень,— а их большинство— М.
Шварцбах называет деструктивными (разрушающими).
У подножий водопадов вращением огромных камней и силой удара водяных
струй образуются исполиновые котлы. Некоторые исследователи называют их
«исполинскими», «эрозионными» (от латинского erodere — разъедать) или «эворзионными»
(eversio — разрушение, выворачивание). Нам представляется наиболее
удачным термин «исполиновые», т. е. «котлы исполинов». Исполиновые котлы
с течением времени, соединяясь друг с другом, иногда преобразовываются в
ущелья. При этом каньоны могут возникать не обяза-тельно продольные, по
стрежню, но и поперечные — в зависимости от ряда условий, и в
особенности от характера залегания и твердости пород, лежащих у подножия
водопада. «Некоторые узкие ущелья горных рек ясно показывают скульптурой
своих стен, что они образовались в результате слияния между собой
множества исполиновых котлов» (86). Глубина котлов некоторых водопадов
очень значительна и часто равняется их высоте, как, например, у Ниагары
— 50 м высота падения воды, такова же и глубина ее исполинового котла.
Любой водопад — это источник звука—от нежнейшего журчания до
громоподобных раскатов. Шум Ниагары днем слышен на расстоянии до 2 км,
ночью—до семи. Тот факт, что слышимость водопадов ночью «в три раза
сильнее, чем днем», подмечен еще Гумбольдтом. Установлено, что великие
водопады — мощные, постоянно действующие генераторы инфразвуковых
колебаний. Профессором В. И. Арабаджи выдвинута гипотеза о том, что
инфразвук, излучаемый большими водопадами, служит ориентиром для птиц во
время миграций.
Даже краткое ознакомление с параметрами водопадов показывает, что их
изучение находится на стыке целого ряда наук: географии, гидрологии,
геологии, курортологии и многих других, и поэтому более детальное
исследование их обещает новые открытия.