매년 수백만 명의 그랜드 캐니언 국립공원 방문객들은 물 공급소에 들르지만, 자신의 수분 보충이 북쪽 림에 있는 로어링 스프링스라는 동굴 샘에 의존한다는 사실을 모른다. 그곳은 접근이 너무 어려워 산책로조차 없는 곳이다. 이 단일 수원은 관광객뿐만 아니라 캐니언을 터전으로 삼는 식물, 동물, 전체 생태계에 물을 공급한다. 그리고 지역이 더 덥고 건조해짐에 따라 이 중요한 수원을 보호하는 것이 점점 더 중요해지고 있다. 가뭄으로 인한 물 위기만큼 '휴가' 분위기를 망치는 일도 없으니까.
노던 애리조나 대학 정보학, 컴퓨팅, 사이버 시스템스쿨의 연구자들은 로어링 스프링스와 다른 동굴 샘의 실제 작동 방식을 이해하려고 노력 중이다. 그랜드 캐니언 국립공원의 새로운 보조금으로, 그들은 이 물 시스템을 매핑하고 눈 녹은 물이 샘과 어떻게 연결되는지 알아내는 작업을 확장할 것이다. "물이 어디로 스며드는지 이해하는 것은 이 샘에 의존하는 인프라, 동물, 식물 및 기타 생태계에 매우 중요합니다,"라고 생태정보학 박사 과정 학생인 블레이즈 라살라가 말했다. "그것들은 오아시스와 같습니다." 초기 연구 결과는 최근 Scientific Reports에 발표되었는데, 동굴 물도 동료 검토를 받을 자격이 있는 모양이다.
대부분의 사람들은 그랜드 캐니언 샘에 물을 공급하는 동굴에 들어가지 못할 것이다. 동굴은 일반인에게 폐쇄되어 있고 기존 산책로에서 멀리 떨어져 있는 경우가 많다. 그래서 과학자들은 창의력을 발휘해야 한다. 박사 연구를 위해 라살라는 원격 탐사 전문가인 테뮬렌 "테키" 생키 교수와 협력하여 여러 동굴 시스템의 상세 지도를 만들었다. 모바일 라이다 스캐너를 사용하여 팀은 동굴 벽, 천장, 통로, 방을 놀라운 디테일로 포착한 고해상도 3D 모델을 제작했다. 45일 동안 연구자, 자원봉사자, 공원 직원은 10km 이상의 지하 통로와 방을 기록했다. "이 동굴들이 이렇게 크고 길 줄은 몰랐습니다,"라고 생키는 인정했다. "그랜드 캐니언의 동굴이 이렇게 3D로 매핑된 적은 없었습니다." 이 작업은 상당한 물류적 노력을 필요로 했다: 팀원들은 라이다 장비를 포함해 최대 55파운드의 배낭을 메고, 도착하는 데 최대 이틀이 걸릴 수 있는 외딴 동굴 입구까지 하이킹을 해야 했다. 안에 들어가면 그들은 기어오르고, 하강하고, 기어가고, 심지어 물에 잠긴 구간을 헤엄쳐 다니며 동굴의 형태와 균열 패턴을 기록했다. 평범한 목요일이지, 뭐.
물이 어디서 오는지에 대한 가장 간단한 설명은 카이밥 고원의 눈 녹은 물이다. 더 어려운 질문은 그 물이 지하에서 어떻게 이동한 후 로어링 스프링스 같은 샘에서 나오는가이다. 동굴 샘은 레드월과 무아브 석회암 지층 내에 위치하며, 표면과 여러 암석층이 사이에 있다. 공원의 이전 염료 추적 실험은 물이 놀라울 정도로 빠르게 이동할 수 있음을 보여주었다. 일부 실험에서 고원의 싱크홀에 부은 염료는 약 20km를 이동하여 일주일 만에 샘에 나타났다. 정확히 어떻게 이동하는지는 불확실하며, 균열, 단층, 암석 투과성, 지하 경로가 모두 역할을 한다. "블랙박스를 보는 것과 같습니다,"라고 라살라는 말했다. "무엇이 들어오고 나오는지는 보지만, 내부에서 무슨 일이 일어나는지 정량화하기는 매우 어렵습니다."
이러한 경로를 이해하는 것은 학문적일 뿐만 아니라 수질과 공공 안전에 실용적인 의미를 갖는다. 그랜드 캐니언의 가장 큰 샘은 카르스트 시스템에 의해 공급되는데, 생키는 이를 암석의 수많은 구멍, 채널, 틈 때문에 "스위스 치즈"에 비유한다. 물은 이 경로를 통해 빠르게 이동하여 자연 여과 기회가 거의 없으므로, 산불 유출수나 대장균 같은 오염 물질도 빠르게 이동할 수 있다. 오염이 감지되면 공원 당국은 문제가 해결될 때까지 펌프 작동을 일시 중단할 수 있다. 물이 시스템에 어디로 들어오는지 식별하고 이동 방식을 추적함으로써 연구자들은 관리자가 오염원을 찾고 향후 중단 위험을 줄이는 데 도움을 줄 수 있다.