Jedes Jahr halten Millionen von Besuchern des Grand-Canyon-Nationalparks an einer Wasserstation, ahnungslos, dass ihre Flüssigkeitszufuhr von einer höhlenbewässerten Quelle namens Roaring Springs am North Rim abhängt – einem Ort, der so unzugänglich ist, dass es keinen Weg dorthin gibt. Diese einzige Quelle versorgt nicht nur Touristen, sondern auch die Pflanzen, Tiere und gesamten Ökosysteme, die den Canyon ihr Zuhause nennen. Und da die Region heißer und trockener wird, wird der Schutz dieser lebenswichtigen Wasserquelle immer wichtiger, denn nichts sagt 'Urlaub' wie eine dürrebedingte Wasserkrise.
Forscher der School of Informatics, Computing, and Cyber Systems der Northern Arizona University sind dem Fall auf der Spur und versuchen zu verstehen, wie Roaring Springs und andere höhlenbewässerte Quellen tatsächlich funktionieren. Mit einem neuen Zuschuss des Grand-Canyon-Nationalparks werden sie ihre Bemühungen ausweiten, diese Wassersysteme zu kartieren und herauszufinden, wie die Schneeschmelze mit den Quellen verbunden ist. 'Zu verstehen, wo das Wasser versickert, ist entscheidend für die Infrastruktur, die Tiere, die Pflanzen und die übrigen Ökosysteme, die auf diese Quellen angewiesen sind', sagte Blase LaSala, ein Doktorand der Ökoinformatik. 'Sie sind wie Oasen.' Erste Ergebnisse wurden kürzlich in Scientific Reports veröffentlicht, denn anscheinend verdient sogar Höhlenwasser eine Begutachtung durch Fachkollegen.
Die meisten Menschen werden nie die Höhlen betreten, die die Quellen des Grand Canyon speisen – sie sind für die Öffentlichkeit gesperrt und befinden sich oft weit entfernt von ausgebauten Wegen. Also müssen Wissenschaftler kreativ werden. Für seine Doktorarbeit arbeitete LaSala mit Professorin Temuulen 'Teki' Sankey, einer Expertin für Fernerkundung, zusammen, um detaillierte Karten mehrerer Höhlensysteme zu erstellen. Mit einem mobilen Lidar-Scanner erstellte das Team hochauflösende 3D-Modelle, die Höhlenwände, Decken, Gänge und Kammern in bemerkenswerter Detailtreue erfassen. Über 45 Tage hinweg dokumentierten Forscher, Freiwillige und Parkmitarbeiter mehr als 10 Kilometer unterirdische Gänge und Räume. 'Ich hatte keine Ahnung, wie groß und lang diese Höhlen sind', gab Sankey zu. 'Die Höhlen des Grand Canyon wurden noch nie so in 3D kartiert.' Die Arbeit erforderte großen logistischen Aufwand: Teammitglieder trugen Rucksäcke mit einem Gewicht von bis zu 55 Pfund, einschließlich Lidar-Ausrüstung, während sie zu abgelegenen Höhleneingängen wanderten, die bis zu zwei Tage dauern konnten. Einmal drinnen, kletterten, seilten, krochen sie und trieben sogar durch überflutete Abschnitte, während sie die Formen und Bruchmuster der Höhlen aufzeichneten. Ein ganz normaler Donnerstag, wirklich.
Die einfachste Erklärung dafür, woher das Wasser kommt, ist die Schneeschmelze vom Kaibab-Plateau. Die schwierigere Frage ist, wie dieses Wasser unterirdisch wandert, bevor es an Quellen wie Roaring Springs austritt. Die höhlenbewässerten Quellen befinden sich in Kalksteinformationen des Redwall und Muav, mit mehreren Gesteinsschichten zwischen ihnen und der Oberfläche. Frühere Farbstoffexperimente des Parks haben gezeigt, dass Wasser sich überraschend schnell bewegen kann – in einigen Tests legte Farbstoff, der in Dolinen auf dem Plateau gegossen wurde, etwa 20 Kilometer zurück und erschien in nur einer Woche an Quellen. Wie genau es sich bewegt, bleibt ungewiss, wobei Brüche, Verwerfungen, Gesteinsdurchlässigkeit und unterirdische Wege eine Rolle spielen. 'Es ist, als würde man in eine Blackbox schauen', sagte LaSala. 'Man sieht, was hinein- und herauskommt, aber es ist sehr schwer zu quantifizieren, was da drin passiert.'
Diese Wege zu verstehen, ist nicht nur akademisch: Es hat praktische Auswirkungen auf die Wasserqualität und die öffentliche Sicherheit. Die größten Quellen des Grand Canyon werden von Karstsystemen gespeist, die Sankey mit 'Schweizer Käse' vergleicht, wegen der zahlreichen Löcher, Kanäle und Öffnungen im Gestein. Wasser bewegt sich schnell durch diese Wege und lässt wenig Gelegenheit für natürliche Filtration – das bedeutet, dass Schadstoffe wie Wildfeuerabfluss oder E. coli ebenfalls schnell reisen könnten. Wenn eine Kontamination festgestellt wird, können Parkbeamte den Pumpbetrieb vorübergehend einstellen, bis das Problem behoben ist. Indem sie identifizieren, wo Wasser in das System gelangt, und verfolgen, wie es sich bewegt, können Forscher Managern helfen, Kontaminationsquellen zu lokalisieren und das Risiko zukünftiger Störungen zu verringern.