大瀑布的形成在于不寻常的地质构造。在尼亚加拉峡谷中，岩石层是接近水平面的，每英里仅下降6～7米。非常坚硬的尼亚加拉大理石构成了岩石的顶层。松软的地质层很容易被水力所侵蚀，它位于岩石层之下。激流之所以从瀑布顶部的悬崖边缘笔直地飞泻而下，正是由于松软地层上的那层坚硬的大理石地质所起的作用。更新世时期，当巨大的大陆冰川后撤，大理石层暴露出来，被从伊里湖流来的洪流淹没，就形成了如今的尼亚加拉大瀑布。通过推算冰川后撤的速度，瀑布至少在7000年前就形成了，最远则有可能在2.5万年前形成。
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