Varje år stannar miljontals besökare i Grand Canyon National Park vid en vattenstation, omedvetna om att deras hydrering beror på en grottmatad källa som heter Roaring Springs på North Rim – en plats så otillgänglig att det inte finns någon stig dit. Denna enda källa förser inte bara turister utan även växterna, djuren och hela ekosystem som kallar kanjonen hem. Och när regionen blir varmare och torrare blir det allt viktigare att skydda denna livsviktiga vattenkälla, för inget säger 'semester' som en torkinducerad vattenkris.

Forskare vid Northern Arizona Universitys School of Informatics, Computing, and Cyber Systems är på fallet och försöker förstå hur Roaring Springs och andra grottmatade källor faktiskt fungerar. Med ett nytt bidrag från Grand Canyon National Park kommer de att utöka ansträngningarna för att kartlägga dessa vattensystem och ta reda på hur snösmältning kopplas till källorna. 'Att förstå var vattnet sjunker är avgörande för infrastrukturen, djuren, växterna och resten av ekosystemen som är beroende av dessa källor,' sade Blase LaSala, en doktorand i ekoinformatik. 'De är som oaser.' Tidiga resultat publicerades nyligen i Scientific Reports, för tydligen förtjänar även grottvatten peer review.

De flesta kommer aldrig att gå in i grottorna som matar Grand Canyon-källorna – de är stängda för allmänheten och ligger ofta långt från etablerade stigar. Så forskarna måste vara kreativa. För sin doktorsforskning arbetade LaSala med professor Temuulen 'Teki' Sankey, en expert på fjärranalys, för att skapa detaljerade kartor över flera grottsystem. Med en mobil lidar-skanner producerade teamet högupplösta 3D-modeller som fångade grottväggar, tak, passager och kammare i anmärkningsvärd detalj. Under 45 dagar dokumenterade forskare, volontärer och parkpersonal mer än 10 kilometer underjordiska passager och rum. 'Jag hade ingen aning om hur stora och långa dessa grottor är,' medgav Sankey. 'Grand Canyons grottor har aldrig kartlagts i 3D så här.' Arbetet krävde stor logistisk ansträngning: teammedlemmar bar ryggsäckar som vägde upp till 25 kilo, inklusive lidar-utrustning, medan de vandrade till avlägsna grottentréer som kunde ta så lång tid som två dagar att nå. Väl inne klättrade, repellerade, kröp och till och med flöt de genom översvämmade sektioner medan de spelade in grottornas former och sprickmönster. En vanlig torsdag, egentligen.

Den enklaste förklaringen till var vattnet kommer ifrån är snösmältning från Kaibab-platån. Den svårare frågan är hur det vattnet färdas under jord innan det dyker upp vid källor som Roaring Springs. De grottmatade källorna ligger inom Redwall- och Muav-kalkstensformationer, med flera berglager mellan dem och ytan. Tidigare färgspårningsexperiment av parken har visat att vatten kan röra sig förvånansvärt snabbt – i vissa tester reste färg som hälldes i slukhål på platån ungefär 20 kilometer och dök upp vid källor på så lite som en vecka. Exakt hur det rör sig förblir osäkert, med sprickor, förkastningar, bergpermeabilitet och underjordiska vägar som alla spelar en roll. 'Det är som att titta på en svart låda,' sade LaSala. 'Du ser vad som kommer in och vad som kommer ut, men det är mycket svårt att kvantifiera vad som händer där inne.'

Att förstå dessa vägar är inte bara akademiskt: det har praktiska konsekvenser för vattenkvalitet och allmän säkerhet. Grand Canyons största källor matas av karstsystem, som Sankey jämför med 'schweizerost' på grund av de många hålen, kanalerna och öppningarna i berget. Vatten rör sig snabbt genom dessa vägar, vilket lämnar lite utrymme för naturlig filtrering – vilket innebär att föroreningar som skogsbrandsavrinning eller E. coli också kan färdas snabbt. Om förorening upptäcks kan parktjänstemän tillfälligt stänga av pumpningsoperationer tills problemet är åtgärdat. Genom att identifiera var vatten kommer in i systemet och spåra hur det rör sig kan forskare hjälpa förvaltare att peka ut föroreningskällor och minska risken för framtida störningar.