Każdego roku miliony odwiedzających Park Narodowy Wielkiego Kanionu zatrzymują się przy stacji wodnej, nieświadomi, że ich nawodnienie zależy od źródła zasilanego przez jaskinię zwaną Roaring Springs na Północnym Brzegu – miejsca tak niedostępnego, że nie prowadzi do niego żaden szlak. To jedno źródło zaopatruje nie tylko turystów, ale także rośliny, zwierzęta i całe ekosystemy zamieszkujące kanion. A w miarę jak region staje się coraz gorętszy i suchszy, ochrona tego kluczowego źródła wody staje się coraz ważniejsza, bo nie ma to jak wakacje z kryzysem wodnym wywołanym suszą.

Naukowcy z School of Informatics, Computing, and Cyber Systems na Northern Arizona University pracują nad zrozumieniem, jak działają Roaring Springs i inne źródła zasilane przez jaskinie. Dzięki nowemu grantowi z Parku Narodowego Wielkiego Kanionu rozszerzą wysiłki na rzecz mapowania tych systemów wodnych i odkrycia, jak roztopy łączą się ze źródłami. „Zrozumienie, gdzie woda wsiąka, jest kluczowe dla infrastruktury, zwierząt, roślin i reszty ekosystemów zależnych od tych źródeł” – powiedział Blase LaSala, doktorant ekoinformatyki. „Są jak oazy”. Wstępne wyniki opublikowano niedawno w Scientific Reports, bo najwyraźniej nawet woda z jaskiń zasługuje na recenzję naukową.

Większość ludzi nigdy nie wejdzie do jaskiń zasilających źródła Wielkiego Kanionu – są zamknięte dla publiczności i często położone daleko od utartych szlaków. Dlatego naukowcy muszą być kreatywni. W ramach swoich badań doktoranckich LaSala współpracował z profesor Temuulen „Teki” Sankey, ekspertką w dziedzinie teledetekcji, aby stworzyć szczegółowe mapy kilku systemów jaskiniowych. Używając mobilnego skanera lidarowego, zespół wyprodukował trójwymiarowe modele o wysokiej rozdzielczości, uchwycające ściany, sufity, korytarze i komory jaskiń w niezwykłych detalach. Przez 45 dni naukowcy, wolontariusze i pracownicy parku udokumentowali ponad 10 kilometrów podziemnych korytarzy i komór. „Nie miałem pojęcia, jak duże i długie są te jaskinie” – przyznał Sankey. „Jaskinie Wielkiego Kanionu nigdy wcześniej nie były mapowane w 3D w ten sposób”. Praca wymagała ogromnego wysiłku logistycznego: członkowie zespołu nosili plecaki ważące do 25 kilogramów, w tym sprzęt lidarowy, wędrując do odległych wejść do jaskiń, do których dotarcie zajmowało nawet dwa dni. W środku wspinali się, zjeżdżali na linach, czołgali, a nawet pływali przez zalane odcinki, rejestrując kształty jaskiń i wzory pęknięć. Zwykły czwartek, naprawdę.

Najprostszym wyjaśnieniem, skąd pochodzi woda, są roztopy z płaskowyżu Kaibab. Trudniejsze pytanie brzmi: jak ta woda przemieszcza się pod ziemią, zanim wypłynie w źródłach takich jak Roaring Springs. Źródła zasilane przez jaskinie znajdują się w formacjach wapienia Redwall i Muav, z kilkoma warstwami skalnymi między nimi a powierzchnią. Wcześniejsze eksperymenty z barwnikami przeprowadzone przez park wykazały, że woda może poruszać się zaskakująco szybko – w niektórych testach barwnik wlany do lejów krasowych na płaskowyżu przebył około 20 kilometrów i pojawił się w źródłach w ciągu zaledwie tygodnia. Dokładnie, jak to się dzieje, pozostaje niepewne, a rolę odgrywają pęknięcia, uskoki, przepuszczalność skał i podziemne ścieżki. „To jak patrzenie na czarną skrzynkę” – powiedział LaSala. „Widzisz, co wchodzi i co wychodzi, ale bardzo trudno jest określić, co się tam dzieje”.

Zrozumienie tych ścieżek ma nie tylko znaczenie akademickie: ma praktyczne implikacje dla jakości wody i bezpieczeństwa publicznego. Największe źródła Wielkiego Kanionu są zasilane przez systemy krasowe, które Sankey porównuje do „szwajcarskiego sera” ze względu na liczne dziury, kanały i otwory w skale. Woda przepływa przez te ścieżki szybko, pozostawiając niewiele okazji do naturalnej filtracji – co oznacza, że zanieczyszczenia, takie jak spływy po pożarach czy E. coli, również mogą podróżować szybko. W przypadku wykrycia skażenia urzędnicy parku mogą tymczasowo wstrzymać pompowanie, dopóki problem nie zostanie rozwiązany. Identyfikując, gdzie woda wchodzi do systemu i śledząc, jak się przemieszcza, naukowcy mogą pomóc zarządcom wskazać źródła zanieczyszczeń i zmniejszyć ryzyko przyszłych zakłóceń.