河流的目的

河流的目的

数十亿年来，流水为争夺对大陆的统治权而与板块运动进行角力。当板块碰撞使地壳变厚并升高时，河流就会侵蚀、削平地壳。利用气候提供的水源，这些河水将被侵蚀的物质运输入海。这一过程的细节，塑造了地表的样貌，也决定了河流流淌的模式。

如果你驾车冲上坑洼不平的山脉，很可能会开到山谷里去。随着车越开越高，河谷越来越窄，你就能看到河水的影子了。你的目光很可能会锁定在一块崎岖不平、石头遍野的砾石平原和景色如画、急冲而下的瀑布上。河岸上没有农田——这些铺满了石头的走廊，看起来又残破又原始，更适合土拨鼠生存，不适合农民耕地。

车继续往上开，满是砾石的山谷逐渐下沉，沉到了你的脚下。路穿过了山脉，好似在睥睨那些不断升高的山峰。河水缓缓流入了山谷。

最后这块充满碎石的河谷，很可能会收窄，继而消失。你越走越高，到了发夹弯附近，可能会经过几个漂亮的瀑布和珍珠一般的湖泊，这里正是以前山脉冰河曾出现的地方。当到达山口时，也许你可以在冷风中匆忙地拍下几张照片，再重新上路。这条路又开始下陷，一个新的充满砾石的河谷映入你的眼帘。当你从山的另一边下去，开到另一个充满砾石的河谷的时候，眼前的风景会不断重复，就如镜像一般。

你曾拍过照的山口正是流域分水岭，它的位置刚好在两条河争夺山脉高地，抢夺对方领地的前线地段。雨、雪和重力都能将山脉的侧面削掉一块。侵蚀性极强的上游流水，像刀子一样往山上砍。河水将山脉冲碎成山石，卷着它们冲到海里。要是有一天，板块不再增高山脊，河水就会占上风。这还需要几千万甚至几亿年的光景，但河水最终会胜出。

在湖泊和瀑布之下，山谷变宽，被埋在砾石下面，河流又再次展现出它们的力量。这里正是山路和山谷相接的地方，山路随着平缓的斜坡，通向下方的平原。所有的河流都会受到周遭的地形和地质条件的限制。但在这些限制之中，河流可以通过改变当地的环境来施加影响。这一原因似乎特别具有目的性：为了一块接一块地运走那些被侵蚀的山脉碎石，根据沉积物和水源的多寡，以最省的能源实现搬运。(https://www.daowen.com)

河流为了达到这一目的，会调整河床的坡度。河水流经瀑布，干净且坚硬的基石缓慢地向下移动。然而，一旦溪流或是河水聚集到充足的材料，得以沉淀沉积物，它就能立刻占领周边的环境。河水沉积了携带物，也冲走了一部分——这些动作，都是为了调整河床的坡度，便于将鹅卵石、砾石和沙子冲到下游。

若是这些滑到河水中的瓦石碎砾体积很大——它们有可能是沿着碎石山谷流进河流的——河水会将坡度变得更陡，增加流速和牵引力，推着石头往前流。随着石头流向下游，它们会碎裂成更小的鹅卵石，接着是砾石，再就是碎砂和细砂。与此同时，河水会将河床变得更缓，调整到合适的角度，将更小、更轻、更易搬运的沉积混合物推向下游。河水一边沉积，一边也开始曲折而行，形成了一些倾斜的、缓缓下沉的马蹄形的弯和曲，它们在低洼的河谷极为常见。在高度差相同的情况下，河流所出现的弯曲路径延长了河流的长度，因而减缓了它的坡度。

这一过程的物理效应很复杂，而且所需的数学计算十分精密。因而，即使经过了数十年的研究，它依然是个活跃的研究领域。身为理论物理学家和诺贝尔奖获得者的爱因斯坦，对这一主题的研究十分着迷，但他认为研究这些问题太难了，因此转而投身天文学。他的儿子，汉斯·阿尔伯特·爱因斯坦，则在加州大学伯克利分校专攻这一领域，一辈子都在探究他父亲未竟的研究方向，即提供更为完善的数学性诠释，以此解释河流如何能将沉积物运往下游。

理想的河流状态是均衡河流，有很多河流接近这一状态，但并未达到。美国地质学家约瑟夫·胡佛·麦金曾在其具有开创性的论文中这样论述：“经过几年的时间，河流巧妙地调整了坡度，若能辅以充足的排水量，配合当下河道的特点，便能产生适当的流速，得以运输上游的所有沉积物。”这一想法的起源，可以追溯到19世纪晚期，现代地貌学（即研究地形和其如何被创造的学问）的共同创始人G.K.吉尔伯特和威廉·莫里斯·戴维的作品。

均衡河流呈现出经典的纵向上凹剖面，意味着从河流上游到入海口，河流的坡度会逐渐变得平缓，就像曲线柔和的曲棍球棒那长长的手柄一样。均衡河流的上游有个陡坡，大颗粒沉积物会沿着河床排列。往下游走，河流的坡度就变得更缓，沉积物也会变得更精细。这一现象的原因可以被归结为，河流的重力势能以及推动沉积物、克服河床摩擦阻力所需的能量之间达成了平衡。

很多因素会阻止河流达到这样理想的平衡态，包括地质构造的隆升、河流分支的情况、海平面的升高和人类活动的影响。但在这些因素的干扰下，河流依然会调整自己的形态，以便用更省力的方式将沉积物输送到下游。这是自然出现的物理现象，河流为了实现更高的目标，而调整自身和当地环境这一解释，其实是从人类视角出发做出的解读，展示了自然世界的内部运作原理。