Каждый год миллионы посетителей национального парка Гранд-Каньон останавливаются у водной станции, не подозревая, что их гидратация зависит от пещерного источника под названием Роринг-Спрингс на Северном краю — места настолько недоступного, что к нему нет тропы. Этот единственный источник снабжает водой не только туристов, но и растения, животных и целые экосистемы, которые называют каньон домом. И по мере того, как регион становится жарче и суше, защита этого жизненно важного источника воды становится всё более важной, потому что нет ничего лучше «отпуска», чем водный кризис, вызванный засухой.

Исследователи из Школы информатики, вычислительной техники и киберсистем Университета Северной Аризоны взялись за дело, пытаясь понять, как на самом деле работают Роринг-Спрингс и другие пещерные источники. Благодаря новому гранту от национального парка Гранд-Каньон они расширят усилия по картографированию этих водных систем и выяснят, как таяние снегов связано с источниками. «Понимание того, куда уходит вода, имеет решающее значение для инфраструктуры, животных, растений и остальных экосистем, которые зависят от этих источников», — сказал Блейз ЛаСала, аспирант по экоинформатике. «Они как оазисы». Предварительные результаты недавно были опубликованы в Scientific Reports, потому что, видимо, даже пещерная вода заслуживает рецензирования.

Большинство людей никогда не войдут в пещеры, питающие источники Гранд-Каньона — они закрыты для публики и часто находятся далеко от проложенных троп. Поэтому учёным приходится проявлять изобретательность. Для своего докторского исследования ЛаСала работал с профессором Темуулен «Тэки» Санки, экспертом по дистанционному зондированию, чтобы создать детальные карты нескольких пещерных систем. Используя мобильный лидарный сканер, команда создала высокоразрешающие 3D-модели, запечатлевшие стены, потолки, проходы и камеры пещер с поразительной детализацией. За 45 дней исследователи, волонтёры и сотрудники парка задокументировали более 10 километров подземных проходов и залов. «Я понятия не имел, насколько велики и длинны эти пещеры», — признался Санки. «Пещеры Гранд-Каньона никогда не картографировались в 3D подобным образом». Работа потребовала серьёзных логистических усилий: члены команды несли рюкзаки весом до 55 фунтов, включая лидарное оборудование, в то время как они шли пешком к отдалённым входам в пещеры, до которых можно было добираться до двух дней. Оказавшись внутри, они карабкались, спускались по верёвкам, ползли и даже плавали через затопленные участки, записывая формы пещер и структуры трещин. Обычный четверг, ничего особенного.

Самое простое объяснение того, откуда берётся вода, — это таяние снега на плато Кайбаб. Более сложный вопрос — как эта вода путешествует под землёй, прежде чем появиться в источниках, таких как Роринг-Спрингс. Пещерные источники расположены в известняковых формациях Редволл и Муав, с несколькими слоями породы между ними и поверхностью. Предыдущие эксперименты с окрашиванием, проведённые парком, показали, что вода может двигаться на удивление быстро — в некоторых тестах краситель, вылитый в воронки на плато, преодолевал примерно 20 километров и появлялся в источниках всего за неделю. Как именно она движется, остаётся неясным: трещины, разломы, проницаемость пород и подземные пути — все играют роль. «Это как смотреть на чёрный ящик», — сказал ЛаСала. «Вы видите, что входит и что выходит, но очень трудно количественно оценить, что происходит внутри».

Понимание этих путей — не просто академический интерес: это имеет практическое значение для качества воды и общественной безопасности. Крупнейшие источники Гранд-Каньона питаются карстовыми системами, которые Санки сравнивает со «швейцарским сыром» из-за многочисленных дыр, каналов и отверстий в породе. Вода быстро движется по этим путям, оставляя мало возможностей для естественной фильтрации — это означает, что загрязнители, такие как стоки от лесных пожаров или кишечная палочка, также могут перемещаться быстро. Если обнаружено загрязнение, сотрудники парка могут временно остановить работу насосов до решения проблемы. Определяя, где вода попадает в систему, и отслеживая, как она движется, исследователи могут помочь менеджерам выявить источники загрязнения и снизить риск будущих сбоев.