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瀑布是如何形成这般迷人的现象的

瀑布是地球上最宏伟的景观之一:气势磅礴的水和物理的展示。但是这些层叠式的自然创作从何而来呢?

传统观点认为,瀑布是由外部力量形成的,比如地震、山体滑坡或海平面的变化,它们会极大地改变和破坏景观和河床。但事实证明,另一种内部驱动的力量可能也负有责任。

加州理工学院(Caltech)研究人员的一项新研究提出了一个激进的假设:瀑布是如何形成这些迷人的现象的。

研究人员说,瀑布的形成一直是个谜,其中一个原因是这些瀑布的形成是随着地质时间的推移而演变的。

从某种意义上说,这使得研究瀑布变得困难,因为瀑布是由外部因素塑造的。

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但是仅仅因为瀑布进化是一个很难研究的现象,并不意味着不可能理解它们。

“我们认为瀑布可以自生形成,”作者在论文中解释道,“这意味着在没有外部扰动或岩性控制的情况下,瀑布可以通过水流、泥沙输送和基岩切割之间的内部反馈形成。”

为了验证他们的想法,研究人员在他们的实验室里建造了一条迷你河:一条7.3米(约24英尺)长的水槽,由聚氨酯泡沫制成的“合成基岩”制成,倾斜到19.5%的坡度。

他们在水槽中放置小卵石代替天然的岩石沉积物,然后通过他们的虚拟瀑布不断地排水,本质上让自然顺其自然。

几小时后,持续不断的水流和岩石开始侵蚀松软的泡沫河床,而且不是以一种均匀的方式。

“沿着河床,分米尺度的侵蚀变化创造了重复的凸出基岩波峰和凹洼地,这些波峰和凹洼地的振幅增加,形成了循环的步骤,”研究小组写道。

“瀑布形成于较深的水池中,泥沙淤积在水池底部以防止侵蚀,而垂直切口在下游的下一个水池中继续,导致水池和下游相邻水池之间的溜槽变陡。”

实际上,这个微型模型显示,水流水力学、泥沙输移和基岩侵蚀的结合,本身就足以在可锻铸河床上形成起伏的形状,如果有足够的水落下,河床就会变成瀑布。

“大自然不喜欢事物是平的,”加州理工学院的团队成员之一乔尔·谢恩罗斯(Joel Scheingross)告诉《新科学家》杂志(New Scientist)。

一些地区受到的侵蚀更严重,而且更深,而另一些地区则停留在更浅的地方。”

当然,在实验室里进行7米长的模拟并不一定能证明世界上真实存在的瀑布也以同样的方式形成了自己的轨迹——但这足以表明这是可能的。

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正因如此,研究小组表示,对这一“内在形成过程”的进一步研究,可以帮助我们“区分自我形成的瀑布和外部强迫形成的瀑布,并有助于从景观中改进地球历史的重建”。

从最大程度上说,这些发现基本上意味着我们可能需要重新审视一系列关于瀑布、河流、湖泊以及所有其他受水影响的景观是如何以及为什么会这样的科学假设。

实际上,瀑布变得更加壮观。

“如果我们想要了解地球表面是如何随时间变化的,那么了解所有能够改变地球表面的不同过程是很重要的,”杜兰大学的地貌学家Nicole Gasparini告诉Gizmodo,他没有参与这项研究。

“这项研究让我们停下来,因为它表明,其中一些可能是自己形成的,与过去发生的事件无关。”

研究结果发表在《自然》杂志上。

sciencealert

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