Náttúra og jarðfræði

Úr Hvítárvatni við rætur Langjökuls rennur Hvítá. Áin hlykkjast niður hálendið í átt til sjávar og steypist Gullfoss fram af einum af fjölmörgum stöllum sem myndast hafa í árfarvegi hennar. Fossinn er í 190 metra hæð yfir sjávarmáli og staðsettur í miklu víðerni á mörkum byggðar í uppsveitum Árnessýslu. Til suðurs eru uppsveitir Árnessýslu en í  norður liggur Kjölur.

Líklega hefur Hvítá farið að renna um farvegi á þessum slóðum í lok ísaldar eða fyrir um 10.000 árum. Austan Gullfoss eru fornir árfarvegir Hvítár en smám saman hefur áin fært sig vestur og að lokum grafið sig niður eftir núverandi gljúfri. Gullfossgljúfur er um 2,5  km að lengd og nær um 70 metra dýpt.

Gullfoss er í raun tveir fossar, efri fossinn er 11 metrar, neðri fossinn er 20 metrar. Jarðlögin sem fossinn fellur fram af eru öll mynduð á hlýskeiði ísaldar. Í fossbrúnunum eru grágrýtislög og á milli þeirra er nær 10 m þykkt setlag, sem gert er úr hnullungabergi, leirsteini og efst úr völubergi. Setlögin eru allvel samlímd nema völubergslagið. Sjáanleg þykkt völubergslagsinsí fossinum er 8m, en fremst í gljúfrinu er það 40 m þykkt. Í völubergslaginu eru víða losaralegar malarlinsur, sem vatnið skolar auðveldlega út úr berginu og eiga þær einkum sök á hröðum undangreftri í fossinum.

Vatnsmagn um Gullfoss er að meðaltali 109 rúmmetrar a sekúndu. Í mestu flóðum sem mælst hafa hefur vatnsmagnið orðið 2000 rúmmetrar á sekúndu. Á sumrin er rennsli um fossinn 130 rúmmetrar á sekúndu.

Tvær meginkenningar eru uppi um myndun Gullfoss. Annars vegar er talið að Gullfossgljúfur hafi myndast í miklu hamfarahlaupi ísaldarlok þar sem mikið vatn hafi safnast við jökuljaðarinn og hlaupið fram að lokum með þeim afleiðingum að rofmáttur þess hafi myndað gljúfrið. Í jökulhlaupi getur álíka mikið vatn ruðst niður farveg árinnar á einum sólarhring og annars rennur þar á fimm árum en hlaupið hefur margfalt meiri rofmátt.

Annars vegar er talið að Hvítá hafi í tímans rás rutt sér leið í gegnum landið og að gljúfrið hafi grafist með jöfnum hraða frá því að jökullinn fór að bráðna við ísaldarlok. Sú kenning hefur talist líklegri.

Auk fossins og gljúfursins njóta lífríki og gróður svæðisins friðunar en úðinn frá fossinum skapar vaxtarskilyrði fyrir fjölmargar jurtir. Áberandi er berjalyng, mosagróður og kjarrlendi. Sökum þess hve hátt Gullfoss er yfir sjávarmáli er gróðurfar viðkvæmt og vaxtartími þess stuttur. Gróðurrof getur því tekið langan tíma að jafna sig og eru aflegustígar innan friðlandsins fjölmargir og lengi að gróa.