في كل عام، يتوقف ملايين الزوار لمتنزه الوادي الكبير الوطني عند محطة مياه، غير مدركين أن ترطيبهم يعتمد على نبع يغذيه كهف يُدعى ينابيع الزئير على الحافة الشمالية - وهو موقع لا يمكن الوصول إليه لدرجة عدم وجود درب إليه. هذا المصدر الوحيد لا يزوّد السياح فحسب، بل أيضًا النباتات والحيوانات والنظم البيئية بأكملها التي تسكن الوادي. ومع ازدياد حرارة وجفاف المنطقة، تصبح حماية مصدر المياه الحيوي هذا أكثر أهمية، لأنه لا شيء يقول 'عطلة' مثل أزمة مياه ناجمة عن الجفاف.
باحثون في جامعة شمال أريزونا، كلية المعلوماتية والحوسبة والأنظمة السيبرانية، يتولون القضية، محاولين فهم كيفية عمل ينابيع الزئير والينابيع الأخرى المغذاة بالكهوف. بمنحة جديدة من متنزه الوادي الكبير الوطني، سوف يوسعون جهودهم لرسم خرائط لأنظمة المياه هذه ومعرفة كيف يرتبط ذوبان الثلج بالينابيع. قال بلاس لاسالا، طالب دكتوراه في المعلوماتية البيئية: 'فهم أين تغرق المياه أمر بالغ الأهمية للبنية التحتية والحيوانات والنباتات وبقية النظم البيئية التي تعتمد على هذه الينابيع. إنها مثل الواحات.' نُشرت النتائج المبكرة مؤخرًا في التقارير العلمية، لأنه حتى مياه الكهوف تستحق مراجعة الأقران.
معظم الناس لن يدخلوا أبدًا الكهوف التي تغذي ينابيع الوادي الكبير - فهي مغلقة أمام الجمهور وغالبًا ما تقع بعيدًا عن المسارات المحددة. لذا على العلماء أن يكونوا مبدعين. في بحثه للدكتوراه، عمل لاسالا مع البروفيسورة تيمولين 'تيكي' سانكي، الخبيرة في الاستشعار عن بعد، لإنشاء خرائط مفصلة لعدة أنظمة كهفية. باستخدام ماسح ليدار محمول، أنتج الفريق نماذج ثلاثية الأبعاد عالية الدقة تلتقط جدران الكهوف وأسقفها وممراتها وغرفها بتفاصيل رائعة. على مدى 45 يومًا، وثق الباحثون والمتطوعون وموظفو المتنزه أكثر من 10 كيلومترات من الممرات والغرف تحت الأرض. اعترفت سانكي: 'لم يكن لدي أي فكرة عن حجم وطول هذه الكهوف. لم يتم رسم خرائط كهوف الوادي الكبير ثلاثية الأبعاد مثل هذا من قبل.' تطلب العمل جهدًا لوجستيًا كبيرًا: حمل أعضاء الفريق حقائب تزن حتى 55 رطلاً، بما في ذلك معدات الليدار، أثناء المشي لمسافات طويلة إلى مداخل الكهوف النائية التي قد يستغرق الوصول إليها يومين. بمجرد الدخول، تسلقوا وهبطوا بالحبال وزحفوا وحتى طفوا عبر أقسام مغمورة بالمياه أثناء تسجيل أشكال الكهوف وأنماط الكسور. خميس عادي، حقًا.
التفسير الأبسط لمصدر المياه هو ذوبان الثلوج من هضبة كايباب. السؤال الأصعب هو كيف تنتقل تلك المياه تحت الأرض قبل أن تظهر في ينابيع مثل ينابيع الزئير. تقع الينابيع المغذاة بالكهوف ضمن تكوينات الحجر الجيري ريدوول ومواف، مع عدة طبقات صخرية بينها وبين السطح. أظهرت تجارب صبغ سابقة أجراها المتنزه أن المياه يمكن أن تتحرك بسرعة مدهشة - في بعض الاختبارات، قطعت الصبغة المسكوبة في الحفر على الهضبة حوالي 20 كيلومترًا وظهرت في الينابيع في أقل من أسبوع. لا تزال كيفية تحركها غير مؤكدة، حيث تلعب الكسور والصدوع ونفاذية الصخور والمسارات تحت الأرض دورًا. قال لاسالا: 'إنه مثل النظر إلى صندوق أسود. ترى ما يدخل وما يخرج، لكن من الصعب جدًا تحديد ما يحدث في الداخل.'
فهم هذه المسارات ليس أكاديميًا فقط: له آثار عملية على جودة المياه والسلامة العامة. أكبر ينابيع الوادي الكبير تغذيها أنظمة كارستية، والتي تشبهها سانكي بـ'الجبن السويسري' بسبب الثقوب والقنوات والفتحات العديدة في الصخر. تتحرك المياه بسرعة عبر هذه المسارات، تاركة فرصة ضئيلة للترشيح الطبيعي - مما يعني أن الملوثات مثل جريان الحرائق البرية أو الإشريكية القولونية يمكن أن تنتقل بسرعة أيضًا. إذا تم اكتشاف تلوث، قد يوقف مسؤولو المتنزه عمليات الضخ مؤقتًا حتى يتم معالجة المشكلة. من خلال تحديد مكان دخول المياه إلى النظام وتتبع كيفية تحركها، يمكن للباحثين مساعدة المديرين في تحديد مصادر التلوث وتقليل خطر الاضطرابات المستقبلية.