침식 기준면과 경사 변환점

계곡 부분에서 지표를 흐르는 물은 하천 유수를 통해 지표면의 형상을 변형시킨다. 그리고 하간지 부분에서 흐르는 물은 지표면 류를 통해서 지표면의 형상을 변형시킨다. 상대적으로 유속이 빠르거나 유량이 큰 곳에서 하천은 에너지의 대부분을 하방 침식에 이용한다. 하천 바닥의 고도 저하에는 움직이는 물의  힘, 난류의 잡아 벌리고 들어 올리는 힘, 퇴적물이 구르고 미끄러지고 하상을 따라 튀어 이동되면서 나타나는 마식 효과 등과 같은 여러 가지 힘이 작용한다. 하방 침식은 하폭이 좁고 경사가 급한 상류 구간에서 빈번하게 나타난다. 이러한 하방 침식의 결과 급경사의 계곡 사면을 지니는 깊은 계곡과 V자형 단면을 지니는 계곡이 만들어진다. 하천은 바닥을 침식함으로써 자신의 계곡을 만들어 간다. 만일 하방 침식만 발생할 경우 계곡의 폭은 매우 좁고 양측 계곡 사면이 가파른 협곡의 형태로 만들어질 것이다. 때때로 그러한 계곡이 발견되기도 하지만 다른 요소들도 개입하기 때문에 계곡들은 그보다 좀 더 넓게 만들어진다. 어느 경우에서든 하천이 하방으로 침식해 들어갈 때에는 침식할 수 있는 가장 낮은 한계가 존재하며 이것을 하천의 침식 기준면이라 부른다.  침식 기준면은 기상의 면을 해수면으로부터 대륙 아래로 이은 것이다. 그러나 이 선은 해수면 선을 수평적으로 이은 직선이 아니다. 때문에 육지 쪽으로 가면서 약간 경사를 이루며 올라가게 된다. 그렇지 않을 경우 상류에서 침식 기준면에 도달한 하천은 하류로 흐르지 않게 된다. 따라서 해수면은 절대적인 기준이라 할 수 있으며 모든 하천의 하방 침식의 하부 한계를 결정하는 궁극적 침식 기준면이 된다. 침식 기준면은 국지적으로 혹은 일시적으로 존재하기도 한다. 이는 특정 하천이나 하천의 특정 부분이 구조적인 이유나 유역 분지의 상황에 따라 더 이상 하방 침식을 진행할 수 없을 때 발생한다. 예를 들어 높은 차수의 하천에 합류하는 지류는 두 하천의 합류점보다 낮은 곳까지 침식할 수 없다. 그리고 이때 두 하천의 합류지점은 지류의 국지적 침식 기준면이 된다. 이와 유사하게 호수는 이곳으로 흘러드는 모든 하천들의 일시적인 침식 기준면 역할을 한다. 일부 계곡들은 단층 작용으로 인하여 해수면 아래까지 낮아졌다. 따라서 이 경우에는 일시적 침식 기준면이 궁극적 침식 기준면보다 낮다고 할 수 있다. 이러한 일이 발생하는 이유는 하천이 해양에 도달하기 전에 해수면보다 낮은 대륙의 분지나 수체에 의해서 차단되기 때문이다. 하천의 종단 곡선은 침식 기준면까지만 이어진다. 하지만 특정 기간 동안 만들어지는 종단 곡선은 여려 가지 변수의 영향을 받는다. 이때의 곡선은 부드럽기도 하고 계단상의 부분이 나타나기도 하며 두 가지가 결합되어 나타나기도 한다. 종단 곡선은 하천의 특정 구간으로 유입되는 퇴적 물질의 양과 그 구간으로부터 유출되는 퇴적 물질의 양이 균형을 이루는 장기적인 경향성을 지니고 있다 하천의 경사가 유입되는 퇴적물질을 그대로 보낼 수 있는 수준에 이르게 될 때 이를 평형 하천이라고 한다. 하천의 평형은 쉽게 뒤집힐 수 있다. 예를 들어 유량의 변화나 매스 웨이스팅으로 인한 갑작스러운 물질의 퇴적은 일시적으로 운반과 퇴적 사이의 균형을 변화시킨다. 이러한 이유로 대부분의 하천은 늘 전 구간에 걸쳐서 평형 조건을 달성하지 못한다. 하방 침식이 탁월한 계곡에는 폭포와 급류가 발견된다. 이들은 하도의 경사가 급한 부분에서 발견된다. 이 부분에서는 침식이 활발히 일어나는데 이는 난류의 형성이 빠르고 강하게 나타나기 때문이다. 이러한 하도의 불규칙성을 묶어서 경사 변환점이라 부른다. 경사 변환점은 다양한 원인에 의해서 생겨난다. 하지만 일반적으로는 기반암의 침식에 대한 저항 정도가 급격히 변하는 곳에서 자주 나타난다. 보다 침식에 강한 암석은 침식을 저지하게 되고 물이 폭포 아래로 곤두박질치거나 급류에서 가속되어 흐르는 경우 윗부분의 하상과 경사 변환점을 따라 침식이 활발하게 진행된다. 그리고 이 과정에서 상류에서 운반되어 온 퇴적물질이 경사 반환점 하류의 하도에 채워지게 된다. 궁극적으로 이러한 활동은 보다 강한 물질도 제거해 버리게 되며 경사 반환점은 보다 낮아진 형태에서 상류 방향으로 이동한다. 그러다 결국에는 경사 반환점이 사라지게 되고 하천의 종단 곡선은 부드러운 형태를 지니게 된다. 암석이 상대적으로 약한 퇴적암으로 이루어진 경우에는 경사 변환점의 이동이 상대적으로 빠르게 일어난다. 반면 저항력이 강한 화성암이나 변성암의 경우에는 느리게 일어나게 된다. 나이아가라 폭포는 경사 변환점의 이동이 크게 일어나는 좋은 예라고 할 수 있다. 나이아가라 강은 이리호와 온타리오호를 연결한다. 약 10,000년 전 플라이스토세의 마지막 빙하의 후퇴 이후 이 지역의 하계 망이 형성되었다. 그리고 이때 형성되었던 온타리오호는 현재보다 50m 정도 높았으며 당시 나이아가라 폭포는 존재하지 않았다. 그러나 동쪽으로 향한 출구인 모호크 계곡이 만들어지면서 호수의 수준은 현재의 수준으로 낮아지게 되었고 하천의 중간을 가로지르는 거대한 절벽이 드러나게 되었다. 나이아가라 절벽은 두껍고 침식에 강한 석회암층으로 만들어져 있으며 층은 이리호 쪽으로 약간 기울어져 있다. 그리고 석회암층 아래에는 이와 비슷하면서도 침식에 약한 셰일, 사암, 석회암층이 놓여 있다.