番外篇：大瀑布的前世今生
这一次我们插播一个番外篇，我们来讲讲尼亚加拉大瀑布的前世今生。为什么要讲尼亚加拉瀑布呢？因为尼亚加拉瀑布和电流大战的收官是密切相关的。正好，我在美国探亲旅游，自己跑了一趟，也就对这个著名的景观有了直接的感受。不愧是大自然的鬼斧神工，让人感觉非常的震撼。
尼亚加拉河
尼亚加拉瀑布正好在尼亚加拉河上，这条河非常的短，只有56公里。起点是伊利湖，终点是安大略湖。但是两个大湖之间的落差有接近100米，如此之短的距离内，落差如此之大，所以尼亚加拉河的河水蕴含着巨大的能量。尼亚加拉大瀑布的地质情况也非常特殊。这100米的落差也不是均匀下降的，而是断崖式的突然跌落，水流从一个悬崖上跌进下方的河道，于是形成了这个壮丽的自然奇观。
尼亚加拉在印第安语之中的意思是“雷神之水”，也有人认为瀑布巨大的声音是雷神在说话。这个名字本身也很让人震撼。17世纪，一些法国传教士见到了了尼亚加拉大瀑布，他们陆陆续续吧这个大瀑布的壮观景象介绍给了欧洲人，于是很多欧洲人慕名前来，拿破仑的弟弟还带着新娘子来大瀑布度蜜月，因此也掀起了到大瀑布度蜜月的热潮。美英两国还发生过战争，当时加拿大还是英国的殖民地。双方签订了协定，尼亚加拉河一家一半。所以尼亚加拉河是美国和加拿大两国的界河，瀑布也被分割成了两部分。在美国境内的瀑布大约是一道直线，宽度大约是320米左右，统称美国瀑布，落差大约30米左右。
近处的美国瀑布和远处的马蹄瀑布
美国瀑布还可以细分，西南边分出来细细的一缕水流，被称为新娘面纱瀑布。新娘面纱瀑布的西南边是山羊岛，山羊岛在美国境内，1976年，南斯拉夫政府送给美国一尊特斯拉的雕像。就安放在山羊岛上，就在面纱瀑布后边没多远。特斯拉雕像表情专注，正在盯着手里的一张图纸。可惜总是有吃瓜群众爬到他的这张图纸上去坐着，还要摆出各种pos来拍照。我亲眼看见一家老小各个不落，全都爬上去照了一张。一个小朋友个子太矮爬不上去，还是大人抱着放到特斯拉图纸上的。他们为拍照也真是不怕麻烦。
坐在特斯拉图纸上拍照的游人
山羊岛的西南边就是马蹄瀑布了，这个瀑布属于加拿大，我们也只能在山羊岛上趴着看看，这个瀑布是个圆弧形，边长大约790米，比美国那边要大得多，落差达到了57米。90%还多的水流从加拿大这边流过，美国瀑布那边只占了不到10%，因此加拿大这边的瀑布更加壮观。而且加拿大这边还占了好大的便宜。美国瀑布尽管在美国境内，但是美国境内找不到一个特别适合欣赏大瀑布的位置，不得已专门建了一座高塔，上边延伸出去一座桥，桥尽量伸进河中央。只有在桥上能斜侧里拍一下美国瀑布的全貌。人家加拿大那一边随便哪里都能看到大瀑布美好风景。美国瀑布和马蹄瀑布一览无余。
没办法，我没有加拿大的入境签证，不能去那一边观看大瀑布的全貌，因此我只能坐船从河里去欣赏大瀑布。上了游船以后，一人发了一件雨衣，靠近大瀑布就跟下大雨差不多。船从美国瀑布前面缓缓驶过。大家都把手里的相机举的高高的，美国瀑布从30米高的山崖上飞流直下，撞击到崖底的乱石堆上，小风一吹，溅起的水花劈头盖脸都就朝我们砸过来。船上所有人的脸都湿透了，即便穿了雨衣，带着帽子，但是水滴还是顺着雨衣的缝隙往脖子后头流。要想保持干燥那是不可能的。
游船驶过美国瀑布
船慢慢开进加拿大这一边的马蹄瀑布，就停在了圆心上，周围就像下起滂沱大雨。但是游客们也顾不上了，拼命举着手机相机拍照留念。但是照相机也没办法记录下现场感受到的震撼场景。
马蹄瀑布的一端
想想看，57米高的大瀑布，180度包围你的视野。四面八方传来震撼的水声，水珠从四面八方砸过来，那是什么样的震撼感受啊。现场所有人都成了落汤鸡。薄薄的雨衣起不到多大的作用。但是大家都非常开心。毕竟这是与大瀑布有了非常亲密的接触。
左侧的美国瀑布和右侧的新娘面纱瀑布
我在美国这一边还穿过隧道下到了新娘面纱瀑布的底部，时间恰好是傍晚。毫无疑问，大家又被浇成了落汤鸡。无数游人冒着相机进水报废的风险在不断的拍摄。我全程都是用手机拍摄，防水也还不错。当时的情景靠语言是难以描述的，有兴趣大家去关注我的微信公众号，我会把拍到的照片都放出来与大家分享。
晚上大瀑布上空还会燃放烟火，虽然时间不长。加拿大那边的地理位置非常好，他们用各色彩光照射在美国瀑布上，美国瀑布就好像是个巨大的银幕一样。美国这边反倒没法好好欣赏，角度实在是太别扭了。
如此震撼的大瀑布是如何形成的呢？这说来就话长了，这还要从冰河时代说起。地球上总是充满沧海桑田的变换，从寒武纪以来各种各样的沉积物在海洋里堆积，其中包括各种海洋生物的壳儿和淤泥。在一层层堆积之后，形成了各种各样不同的岩石层，就像千层饼一样每层都不一样。尼亚加拉这个地区下边是泥板岩，也叫页岩。上边是白云岩。石灰岩之中的钙被镁取代，就变成了白云岩。白云岩比较的坚硬，泥板岩比较的软。
后来，海水退去，海平面不断下降。这个地区也就变成了陆地。那个时候这是一整块没有什么破损的平地。但是架不住时间长啊，地球有各种地质变化，有各种侵蚀作用。地表开始变得高低不平。在现在美国和加拿大的接壤的地区形成了一条单面山。
位于加拿大安大略省境内的尼亚加拉断层
单面山很有意思，一面非常陡峭，一面非常平缓，几乎看不出坡度，这种地形绵延千里，也叫尼亚加拉断层。到现在，在美国和加拿大的部分地区还能看到这样的地貌，大地仿佛形成了一个大台阶。在断层线的一侧是平地，另外一侧整体要高出一大截。
1.2万年前北美大陆北部大部分被冰覆盖
接下来就是冰河时代，冰雪一点点的堆积，形成了巨大的冰盖，就覆盖在北美大陆上。尼亚加拉断层也就被压在了冰川底下。气候温暖，冰川就会后退，天体寒冷冰川就会向南延伸。经过无数次伸缩，极大的改变了当地的地形地貌。地面也不是完全不变形的，当厚厚上的冰雪压在地面上，地面当然会被挤压变形。
到了18000年前，天气开始转暖，冰雪开始消融。地壳也开始反弹，地面慢慢抬升。同时，北美的五大湖开始形成。现在的苏必利尔湖是世界第二大湖，仅次于里海，还是第一大淡水湖。旁边还有密歇根湖、休伦胡、伊利湖、安大略湖等一连串的大湖，这都是当年冰川留下的遗迹。冰川刚刚退去，大量冰雪就地融化的时候，存在比现在还要大得多的湖泊，比如说易洛魁湖。这个湖就是安大略湖的前身，但是面积要大得多，水位也要比现在高30米。
随着水位的下降，早期的伊利湖和易洛魁湖开始分离。恰好尼亚加拉断层正好通过两个大湖之间的连接地带。那时候，虽然两个大湖开始渐渐的分离，但是藕断丝连，还有许许多多的水道相连。尼亚加拉河就是其中的一条。河水从高地上的伊利湖，流进地势低的易洛魁湖。那时候易洛魁湖的南岸位置就在尼亚加拉断层线附近。而且易洛魁湖的水位非常高，也还没形成瀑布。断层线的大概位置是在现代大瀑布位置的下游10公里左右的地方，可以清晰的看到这个大台阶。
再后来，冰川逐渐退去，易洛魁湖也不断的缩小，水位不断的降低。尼亚加拉断层就凸现出来了。其他各条水道都断绝了，只剩下尼亚加拉河的河水源源不断从伊利湖流进易洛魁湖，也就是安大略湖。大约在12500年前，瀑布刚刚形成。当时的瀑布位置不在现在这个地方，而在下游10公里以外，高地的边缘。
这片高地的地质特点很有意思，就像一层层的三明治，上面一层是坚硬的白云岩，下面是一层不那么硬的泥板岩。白云岩虽然很硬，但是架不住冰川来回的碾压。最近天儿冷，冰雪特别厚，压力就大。最近天气暖后，冰盖变薄了，压力就变小，来回这么一折腾，白云岩出现了大量的裂缝。大瀑布从几十米的高地边缘砸下来，激起的水花把下层的泥板岩掏空了。上边的白云岩本身就已经存在很多裂缝，于是就开始崩塌。逐渐的，大瀑布的悬崖就开始不断的后退，在高地上留下了一个深深的沟槽。加拿大那边的马蹄瀑布水流量太大，磨损也最厉害，从18世纪的一弯浅浅的弧线到现在已经变成了一个深深的半圆。世界各地的大瀑布都免不了是这个情况，假如大瀑布一直后退，越来越趋向于上游，那么落差也就会越来越小，最后逐渐消失。
大瀑布在高地上刻出来的这条河谷也是不稳定的。因为下层的泥板岩一直受到河水的浸泡，会变得非常的脆弱。1954年，工作人员发现河边一块巨石出现裂缝，没多会儿，18.5万吨的岩石就彻底崩塌了。剩下的一小块也是隐患重重，10天之后，工人用挖掘机把剩下的这一块也挖掉，这一小块也有2700吨重，好在这次没产生太大的后果。可不是每一次塌方都这么幸运，最可惜的就是大瀑布下游一公里之外的舍尔科普夫电站的坍塌事故了。
1900年的场景，岸边工厂林立
世界上第一座水电站到底是那一座，恐怕争议会有很多。现在一般认为，尼亚加拉河上的舍尔科普夫水电站是第一座水电站，也是第一座私人水电站。舍尔科普夫是一个非常成功的商人，他经营面粉厂和皮革厂，需要使用大量的动力。他当时在尼亚加拉河边上建立了自己的工厂。从尼亚加拉河上游挖引水渠引到下游的河岸边上。大瀑布下游的河岸离开水面也有几十米高，利用这个落差，让引水渠的水从挖好的沟槽流进河里，利用水流的冲力带动涡轮机，涡轮机用皮带和传动轴输出动力来磨面粉。1881年，从俄亥俄来了个人叫查理斯·布什，他带来了弧光灯的发电机。于是舍尔科普夫就用涡轮机带动交流发电机，为自己的16盏弧光灯提供电力。所以说，舍尔科普夫拥有了世界上第一家私人水力发电站。
紧贴河岸建造的三座厂房
后来，舍尔科普夫电站经过好几次扩建，变成了一家商用电站。20世纪的早期，在靠近水面的河岸上修建了ABC三个厂房，发电用的涡轮机就安装在这些厂房里面，从尼亚加拉河上游引来的水通过隧道向下俯冲几十米，推动涡轮机旋转。使用的三相交流发电机全部都是通用电气的产品。通用作为一家商业公司，早就不纠结交流电还是直流电了。哪个能挣钱就用哪个。当时电站提供60Hz和25Hz两种不同的交流电，25Hz的交流电特别适合大功率的工业电机。1918年，舍尔科普夫电站和大瀑布电力公司合并，大瀑布公司的亚当斯电站和舍尔科普夫电站成了一家人。
到了1956年的6月7号早上10点钟，正是用电的高峰阶段。10万吨岩石突然从悬崖上崩塌下来。一下就把舍尔科普夫电站的B和C两座厂房彻底砸毁了，A厂房也受到损坏，这简直是祸从天降。这一幕恰好被对岸加拿大的游客拍摄到了，留下了照片资料。
因为事发突然猝不及防，整个电力调度网络几乎瘫痪。马上通知水牛城布法罗的火电站紧急响应，坚决顶住用电缺口。马上向加拿大的电力调度部门申请多给些份额。昆斯顿的变电站马上紧急调度，本来是要把25Hz的交流电转化成60Hz的交流电，现在马上反过来转化。25Hz的交流电是给工业供电的，工厂生产是不能停顿的。钢铁厂的炉子要是停了，一锅钢水凝固在锅里，那可就全完蛋了。还需要哈珀变电站临时接一条新的输电线路过来。美国土地都是私有的，电线通过人家地盘是要主人许可的，好在主人没有为难电力部门。哈珀变电站超负荷工作，严重发热，美国佬调来大队消防车喷水降温。美国人也是真敢下手啊。经过一顿压花缭乱的折腾，在6月8号凌晨1点钟，终于恢复了供电。
舍尔科普夫电站的A厂房一度得到修复，但是纽约州的监管部门决心淘汰落后产能，舍尔科普夫电站到了60年代已经是水电界的活化石了。监管部门软硬兼施，舍尔科普夫电站厂房被拆除。25Hz的交流电也被逐渐淘汰了。尼亚加拉大瀑布的管理委员会为了恢复景区内的自然景观，基本拆除了河岸上遗留的各种厂房。舍尔科普夫电站原本的所在地已经看不到什么更多的遗迹了，现在成了个钓鱼的好去处。可惜，这世界第一座水电站已经只剩下一间电梯房和墙壁上的说明文字了。
电站的建筑物已经拆光，塌方的碎石头仍然堆在那里
景区的管理委员会为了保住大瀑布这个自然景观，已经动用了各种手段。现代的尼亚加拉电站是仍然是从尼亚加拉河的上游取水，通过明渠或者是隧道引到到下游。我们在大瀑布下游8公里的地方可以看到美国和加拿大两家的水电站大坝脸对脸的矗立在河两岸，中间是青色的河水缓缓流过，穿梭两岸的高压线告诉大家，河两岸同属一个电网，这也是其他地方见不到的奇观。
左边是加拿大电站，右边是美国电站，两座大坝脸对脸也是少有的情况
为什么不建立拦河大坝呢？因为建立了拦河大坝，河的水位会抬高，尼亚加拉瀑布的落差就会减小，大瀑布的景观也就不复存在了。现在引水发电也是不错的选择，反正落差已经足够大了。
正因为发电大量从上游取水，导致尼亚加拉瀑布的水流量减少了不少，但是人眼是根本看不出来的，不妨碍大瀑布展示它的磅礴气势。加拿大一侧的河里建立了可控的挡水围堰，就是为了进一步控制水流量。晚上10点到第二天早上7点钟，大瀑布的水流量降到最低，白天再恢复水流量。1961年，美国瀑布这边还用堤坝挡住河水，对瀑布的悬崖进行了加固。美加两国协同努力，把大瀑布的后退速度降低到了平均每年3厘米左右。这是个了不起的结果。毕竟大瀑布是大自然给我们留下的一份大礼，我们一定要好好的珍惜。
大瀑布两岸留下了不少人文景观，这里也是第二次工业革命的重要节点。电流大战的收官之战就发生在尼亚加拉大瀑布，要不然也不会在大瀑布公园建立特斯拉的铜像。这事儿，我们下次再说。