每年，数百万游客来到大峡谷国家公园，在供水站停下来，浑然不知他们的水分补充依赖于北缘一个名为咆哮泉的洞穴泉水——这个地方如此难以到达，以至于没有通往那里的小径。这个单一水源不仅供应游客，还供应峡谷中的植物、动物和整个生态系统。随着该地区变得越来越热、越来越干燥，保护这一重要水源变得越来越重要，因为没有什么比干旱引发的水危机更能体现“度假”了。
北亚利桑那大学信息学、计算与网络系统学院的研究人员正在研究这个问题，试图了解咆哮泉和其他洞穴泉水是如何运作的。凭借大峡谷国家公园的一笔新拨款，他们将扩大绘制这些水系统地图的努力，并弄清楚融雪是如何与泉水相连的。“了解水在哪里下沉对于依赖这些泉水的基础设施、动物、植物和其他生态系统至关重要，”生态信息学博士生Blase LaSala说。“它们就像绿洲。”早期发现最近发表在《科学报告》上，因为显然连洞穴水都值得同行评审。
大多数人永远不会进入为大峡谷泉水供水的洞穴——它们不对公众开放，而且通常远离已建成的小径。因此，科学家们必须发挥创造力。在他的博士研究中，LaSala与遥感专家Temuulen“Teki”Sankey教授合作，创建了几个洞穴系统的详细地图。使用移动激光雷达扫描仪，该团队生成了高分辨率3D模型，以惊人的细节捕捉了洞穴墙壁、天花板、通道和腔室。在45天的时间里，研究人员、志愿者和公园工作人员记录了超过10公里的地下通道和房间。“我不知道这些洞穴有多大、多长，”Sankey承认。“大峡谷的洞穴从未像这样被3D绘制过。”这项工作需要大量的后勤努力：团队成员背负重达55磅的背包，包括激光雷达设备，同时徒步前往偏远的洞穴入口，有时需要长达两天才能到达。一旦进入，他们攀爬、绳降、爬行，甚至漂浮过被淹没的部分，同时记录洞穴的形状和裂缝模式。真是平常的星期四。
关于水从哪里来的最简单解释是凯巴布高原的融雪。更难的问题是水如何在地下流动，然后出现在像咆哮泉这样的泉水中。洞穴泉水位于红墙和穆阿夫石灰岩地层中，它们与地表之间有几层岩石。公园之前进行的染料示踪实验表明，水可以移动得非常快——在一些测试中，倒入高原落水洞的染料在大约一周内移动了大约20公里，并出现在泉水中。水究竟如何移动仍不确定，裂缝、断层、岩石渗透性和地下通道都起着作用。“这就像在看一个黑匣子，”LaSala说。“你看到什么进来，什么出去，但很难量化里面发生了什么。”
了解这些通道不仅仅是学术问题：它对水质和公共安全有实际意义。大峡谷最大的泉水由喀斯特系统供水，Sankey将其比作“瑞士奶酪”，因为岩石中有许多孔洞、通道和开口。水通过这些通道快速移动，几乎没有自然过滤的机会——这意味着像野火径流或大肠杆菌这样的污染物也可能快速移动。如果检测到污染，公园官员可能会暂时关闭抽水作业，直到问题解决。通过确定水进入系统的位置并追踪其移动方式，研究人员可以帮助管理者查明污染源，并减少未来中断的风险。