Var kommer vattnet i Grand Canyon ifrån?

Vi känner alla till Coloradofloden, men det är inte den mest mystiska vattenresursen i Grand Canyon; vi vet att det går igenom med en hastighet av cirka 12, 000 kubikfot per sekund när den färdas från Klippiga bergen till Kaliforniens golf. Men Roaring Springs, Grand Canyon National Parks enda vattenkälla, är ett större mysterium - en NAU-forskare Natalie Jones hoppas kunna lösa det.

Jones, en NAU-forskningstekniker och doktorand som kontrakterats av Grand Canyon Physical Sciences-programmet, frågade var vattnet i Roaring Springs kommer ifrån i forskning hon gjort med School of Earth och Sustainability professor Abe Springer. Det bygger på tidigare forskning för dem båda. De publicerade sina resultat i november i Hydrogeology Journal , med Jones som huvudförfattare och i samarbete med forskare vid Grand Canyon National Park, Nez Perce-Clearwater National Forests och Kentucky Geological Survey vid University of Kentucky.

Så, var kommer vattnet ifrån? Det är komplicerat. Men den här forskningen hjälper till att lokalisera regionen som matar källorna och, viktigt, risken för kontaminering i den regionen. Det tar forskare ett steg närmare att förstå hur man skyddar denna livsviktiga resurs.

Jones och hennes medförfattare satte sig för att undersöka hur man skapar ett bättre sätt att modellera karst-akvifers sårbarhet i Grand Canyon. Att ha en modell som mer exakt förutsäger olika variabler i geologin och vattenbeteendet i parken kommer att gynna framtida forskare och vattenförvaltare när de överväger enskilda påfyllningsområden och hur man bäst skyddar dem.

Vad är karst och varför spelar det någon roll?

Visste du att vatten ibland kan lösa upp sten? Karst är en typ av stenig särdrag som en grotta eller ett sänkhål som bildas i upplösbara stenar. Karst skapar vägar som kan transportera vatten snabbt från landytan direkt till underjordiska akviferer. Karstlandskap täcker cirka 16 procent av jordens landyta, inklusive större delen av Coloradoplatån runt Flagstaff och Grand Canyon. Det är en viktig geologisk egenskap som de flesta av oss aldrig har hört talas om.

Karst akviferer, som har ett rörliknande flödesnät av grottor och ledningar, direkt förser upp till 25 procent av världens befolkning med vatten att dricka, jordbruk och andra behov och de är unikt sårbara för kontaminering. Två sådana akviferer, akvifererna Redwall och Coconino, leverera vatten till Roaring Springs och många andra källor i Grand Canyon. De två akvifärerna är staplade ovanpå varandra. Även om det finns många typer av sårbarhetsmodeller, de flesta ignorerar komplikationen av skiktade karst-akvifersystem; detta resulterar i alltför förenklat, mindre exakt modellering.

"Sårbarhetsmodeller identifierar regioner med hög, måttlig och låg sårbarhet på landytan, som direkt relaterar till hur snabbt och effektivt vatten eller föroreningar skulle sjunka och komma in i akvifären, " sa Jones. "Men, befintliga välkända metoder för sårbarhetsmodellering för karst-akviferer gav inte realistiska resultat för vår region."

Hur fungerar modelleringen?

Jones modifierade den välkända metoden för koncentration-overburden-precipitation (COP). Denna metod är effektiv, forskarna säger, men det förenklar vissa detaljer, vilket begränsar modellen. Hon presenterade två nya modeller som bättre hanterar de faktorer som hjälper forskare att förutsäga sårbarhet.

Ändringarna tar mer exakt hänsyn till laddningsmönster i Grand Canyon-regionen, som har många karstdrag och en djup, komplext akvifärsystem. Jones och forskargruppen automatiserade en process för att identifiera sjunkhål från högupplösta topografidata, konverterade dessa data till sänkhålstätheter, och kombinerade dessa data med en karta över felplatser i regionen. Jones införlivade sedan dessa funktioner i den befintliga modellen med hjälp av ett geografiskt informationssystem för att ta fram den slutliga sårbarhetsmodellen.

Det innebar betydande databehandling, men resultatet blev en modell som gav större upplösning av sårbara regioner och passade väl med tidigare grundvattenflödesvägsanalyser. Förutom att skapa en bättre modell som framtida forskning kan bygga på, Jones hittade liknande mönster i sårbarhet mellan de två karst-akvifererna i Grand Canyon-regionen, trots att de är åtskilda av mer än 600 meter ogenomtränglig sten.

Jones fick också veta att ungefär en femtedel av Kaibabplatån är mycket sårbar för kontaminering av Redwall-Muav-akvifären, vilket är ungefär 1, 000 meter djupt, och nästan hälften av platåytan (45,6 procent) har hög till mycket hög sårbarhet för Coconino-akvifären, som är mycket närmare ytan.

Vad betyder detta för mig?

Om du har stannat för att fylla din vattenflaska medan du vandrar i Grand Canyon eller beundrar utsikten över kanjonkanten, detta är viktigt för dig. Eftersom Roaring Springs är den enda vattenkällan i parken, dess kvalitet har ett betydande värde. Denna forskning ger bättre information till vattenförvaltare för att skydda Grand Canyons vattenresurser, inklusive bäckar på norra sidan, som forskare tror laddas upp av Kaibabplatån.

"Dessa källor och bäckar stödjer olika ekosystem, och många vandrare och vilda djur litar på dem för att överleva, "Sade Jones. "Denna forskning hjälper till att begränsa var dessa vattenkällor kommer ifrån och kan hjälpa oss att bättre skydda dem i framtiden."