Ogni anno, milioni di visitatori del Parco Nazionale del Grand Canyon si fermano a una stazione dell'acqua, ignari che la loro idratazione dipende da una sorgente alimentata da grotte chiamata Roaring Springs sul North Rim, un posto così inaccessibile che non esiste un sentiero per raggiungerlo. Questa singola fonte non rifornisce solo i turisti, ma anche le piante, gli animali e interi ecosistemi che chiamano il canyon casa. E mentre la regione diventa più calda e secca, proteggere questa vitale fonte d'acqua sta diventando sempre più importante, perché niente dice 'vacanza' come una crisi idrica indotta dalla siccità.

I ricercatori della School of Informatics, Computing, and Cyber Systems della Northern Arizona University sono sul caso, cercando di capire come funzionano Roaring Springs e altre sorgenti alimentate da grotte. Con una nuova sovvenzione del Parco Nazionale del Grand Canyon, amplieranno gli sforzi per mappare questi sistemi idrici e capire come lo scioglimento della neve si collega alle sorgenti. "Capire dove l'acqua affonda è fondamentale per le infrastrutture, gli animali, le piante e il resto degli ecosistemi che dipendono da queste sorgenti," ha detto Blase LaSala, uno studente di dottorato in ecoinformatica. "Sono come oasi." I primi risultati sono stati recentemente pubblicati su Scientific Reports, perché a quanto pare anche l'acqua delle grotte merita una revisione paritaria.

La maggior parte delle persone non entrerà mai nelle grotte che alimentano le sorgenti del Grand Canyon: sono chiuse al pubblico e spesso situate lontano dai sentieri stabiliti. Quindi gli scienziati devono essere creativi. Per la sua ricerca di dottorato, LaSala ha lavorato con la professoressa Temuulen "Teki" Sankey, un'esperta di telerilevamento, per creare mappe dettagliate di diversi sistemi di grotte. Utilizzando uno scanner lidar mobile, il team ha prodotto modelli 3D ad alta risoluzione che catturano pareti, soffitti, passaggi e camere delle grotte con notevole dettaglio. In 45 giorni, ricercatori, volontari e personale del parco hanno documentato più di 10 chilometri di passaggi e stanze sotterranee. "Non avevo idea di quanto fossero grandi e lunghe queste grotte," ha ammesso Sankey. "Le grotte del Grand Canyon non sono mai state mappate in 3D in questo modo." Il lavoro ha richiesto un grande sforzo logistico: i membri del team trasportavano zaini pesanti fino a 55 libbre, inclusa l'attrezzatura lidar, mentre facevano escursioni verso ingressi remoti delle grotte che potevano richiedere fino a due giorni per essere raggiunti. Una volta dentro, si arrampicavano, facevano discese in corda doppia, strisciavano e persino galleggiavano attraverso sezioni allagate mentre registravano le forme e i modelli di frattura delle grotte. Un giovedì qualsiasi, davvero.

La spiegazione più semplice di dove provenga l'acqua è lo scioglimento della neve dall'altopiano di Kaibab. La domanda più difficile è come quell'acqua viaggia sottoterra prima di emergere in sorgenti come Roaring Springs. Le sorgenti alimentate da grotte si trovano all'interno delle formazioni calcaree di Redwall e Muav, con diversi strati rocciosi tra loro e la superficie. Precedenti esperimenti di tracciamento con coloranti da parte del parco hanno mostrato che l'acqua può muoversi sorprendentemente velocemente: in alcuni test, il colorante versato nei sinkhole sull'altopiano ha percorso circa 20 chilometri ed è apparso alle sorgenti in appena una settimana. Esattamente come si muove rimane incerto, con fratture, faglie, permeabilità della roccia e percorsi sotterranei che giocano tutti un ruolo. "È come guardare una scatola nera," ha detto LaSala. "Vedi cosa entra e cosa esce, ma è molto difficile quantificare cosa succede lì dentro."

Capire questi percorsi non è solo accademico: ha implicazioni pratiche per la qualità dell'acqua e la sicurezza pubblica. Le più grandi sorgenti del Grand Canyon sono alimentate da sistemi carsici, che Sankey paragona a "formaggio svizzero" a causa dei numerosi buchi, canali e aperture nella roccia. L'acqua si muove rapidamente attraverso questi percorsi, lasciando poca opportunità per la filtrazione naturale, il che significa che contaminanti come il deflusso degli incendi o l'E. coli potrebbero viaggiare rapidamente anche loro. Se viene rilevata contaminazione, i funzionari del parco possono temporaneamente interrompere le operazioni di pompaggio fino a quando il problema non viene risolto. Identificando dove l'acqua entra nel sistema e tracciando come si muove, i ricercatori possono aiutare i gestori a individuare le fonti di contaminazione e ridurre il rischio di future interruzioni.