毎年、グランドキャニオン国立公園を訪れる何百万人もの観光客が、水飲み場で喉を潤す。彼らは、自分たちの水分補給が、ノースリムにある「ローリングスプリングス」という洞窟由来の泉に依存しているとは夢にも思わない。そこはトレイルすらないほどアクセスが困難な場所だ。この単一の水源は、観光客だけでなく、キャニオンに住む植物、動物、そして生態系全体を支えている。そして、この地域が暑く乾燥するにつれ、この重要な水源を守ることがますます重要になっている。だって、干ばつによる水不足ほど「バカンス」の気分を台無しにするものはないからね。
アリゾナ大学北部校の情報学・コンピューティング・サイバーシステムズ学部の研究者たちは、ローリングスプリングスや他の洞窟由来の泉が実際にどのように機能しているのかを理解しようと取り組んでいる。グランドキャニオン国立公園からの新たな助成金を得て、彼らはこれらの水系のマッピングを拡大し、雪解け水がどのように泉につながるのかを解明する予定だ。「水がどこに浸透するかを理解することは、インフラ、動物、植物、そしてこれらの泉に依存する他の生態系にとって極めて重要です」と、エコインフォマティクスの博士課程学生、ブレイズ・ラサラ氏は語る。「それらはオアシスのようなものです」。初期の研究成果は最近、Scientific Reportsに掲載された。どうやら洞窟の水も査読を受ける価値があるらしい。
ほとんどの人は、グランドキャニオンの泉を養う洞窟に入ることは決してない。それらは一般公開されておらず、確立されたトレイルから遠く離れていることが多い。そのため、科学者たちは創造的にならざるを得ない。ラサラ氏は博士研究のため、リモートセンシングの専門家であるテムレン・「テキ」・サンキー教授と協力し、いくつかの洞窟システムの詳細な地図を作成した。モバイルライダースキャナーを使用して、チームは洞窟の壁、天井、通路、部屋を驚くほど詳細に捉えた高解像度3Dモデルを生成した。45日間にわたり、研究者、ボランティア、公園職員が10キロメートル以上の地下通路と部屋を記録した。「これらの洞窟がこんなに大きくて長いとは知りませんでした」とサンキー氏は認める。「グランドキャニオンの洞窟がこのように3Dマッピングされたことはありません」。この作業には大規模な物流努力が必要だった。チームメンバーは、ライダー装置を含む最大55ポンドの荷物を背負い、遠く離れた洞窟の入り口までハイキングし、そこにたどり着くのに2日かかることもあった。中に入ると、彼らは登り、懸垂下降し、這い、時には水没した区間を泳ぎながら、洞窟の形状と亀裂パターンを記録した。まあ、普通の木曜日ってところだ。
水がどこから来るのかという最も単純な説明は、カイバブ高原の雪解け水だ。難しいのは、その水がどのように地下を移動し、ローリングスプリングスのような泉に現れるのかということだ。洞窟由来の泉は、レッドウォール層とムアブ石灰岩層の中に位置し、地表との間にはいくつかの岩層がある。公園が以前に行った色素追跡実験では、水が驚くほど速く移動できることが示されている。あるテストでは、高原の陥没穴に注がれた色素は、約20キロメートルを移動し、わずか1週間で泉に現れた。水がどのように移動するのかは、亀裂、断層、岩石の浸透性、地下経路などがすべて関与しており、依然として不明だ。「まるでブラックボックスを見ているようなものです」とラサラ氏は言う。「何が入って何が出てくるかはわかりますが、内部で何が起こっているかを定量化するのは非常に困難です」。
これらの経路を理解することは、学術的な興味だけではない。水質と公衆安全に実用的な意味を持つ。グランドキャニオンの最大の泉は、カルストシステムによって供給されている。サンキー氏はこれを、岩の中の無数の穴、水路、開口部のために「スイスチーズ」に例える。水はこれらの経路を急速に移動し、自然ろ過の機会がほとんどない。つまり、山火事の流出水や大腸菌などの汚染物質も急速に移動する可能性がある。汚染が検出された場合、公園当局は問題が解決されるまでポンプ操作を一時的に停止することがある。水がどこでシステムに入り、どのように移動するかを特定することで、研究者は管理者が汚染源を特定し、将来の混乱のリスクを減らすのを助けることができる。