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 (термин предложен А. Б. Дитмаром) 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 гребне, 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. Салыннган, 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 обилия 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 Гука, Уайроа, Хвангареи, Уатанги). Уникально происхождение замечательных водопадов Плитвичских озер в Динарском 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 (СаСО3). По одному из них, выпадение происходит в результате смешивания известковых и доломитовых вод, по-другому — кальцефильные мхи и водоросли, поглощая углекислый газ (СО2) 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 обязательно 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». 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.