Forsker leder efter spor i mysteriet om Grand Canyons vandforsyning

Hvor kommer vandet i Grand Canyon fra?

Vi kender alle Colorado-floden, men det er ikke den mest mystiske vandressource i Grand Canyon; vi ved, at den bevæger sig igennem med en hastighed på omkring 12, 000 kubikfod i sekundet, når den rejser fra Rocky Mountains til Californiens Golf. Men Roaring Springs, Grand Canyon National Parks eneste vandkilde, er et større mysterium - en NAU-forsker Natalie Jones håber at have en hånd med i løsningen.

Jones, en NAU-forskningstekniker og kandidatstuderende, der er indgået kontrakt med Grand Canyon Physical Sciences-programmet, spurgte, hvor vandet i Roaring Springs kommer fra i forskning, hun lavede med School of Earth og Sustainability professor Abe Springer. Det bygger på tidligere forskning for dem begge. De offentliggjorde deres resultater i november i Hydrogeologisk tidsskrift , med Jones som hovedforfatter og i samarbejde med forskere ved Grand Canyon National Park, Nez Perce-Clearwater National Forests og Kentucky Geological Survey ved University of Kentucky.

Så, hvor kommer vandet fra? Det er kompliceret. Men denne forskning hjælper med at udpege den region, der fodrer kilderne og, vigtigt, risikoen for forurening i den pågældende region. Det tager forskere et skridt tættere på at forstå, hvordan man beskytter denne vitale ressource.

Jones og hendes medforfattere satte sig for at undersøge, hvordan man kan skabe en bedre måde at modellere karst-akvifers sårbarhed i Grand Canyon. At have en model, der mere præcist forudsiger forskellige variabler i geologien og vandadfærden i parken, vil gavne fremtidige forskere og vandforvaltere, når de overvejer individuelle genopladningsområder, og hvordan de bedst beskyttes.

Hvad er karst og hvorfor betyder det noget?

Vidste du, at vand nogle gange kan opløse sten? Karst er en type stenet træk, såsom en hule eller synkehul, der dannes i opløselige klipper. Karst skaber stier, der kan transportere vand hurtigt fra landoverfladen direkte til underjordiske grundvandsmagasiner. Karst-landskaber dækker omkring 16 procent af jordens landoverflade, inklusive det meste af Colorado-plateauet omkring Flagstaff og Grand Canyon. Det er et vigtigt geologisk træk, som de fleste af os aldrig har hørt om.

Karst grundvandsmagasiner, som har et rørlignende strømningsnetværk af huler og ledninger, forsyner op til 25 procent af verdens befolkning direkte med vand til at drikke, landbrug og andre behov, og de er unikt sårbare over for forurening. To sådanne grundvandsmagasiner, Redwall og Coconino grundvandsmagasinerne, levere vand til Roaring Springs og mange andre Grand Canyon-kilder. De to grundvandsmagasiner er stablet oven på hinanden. Selvom der er mange typer sårbarhedsmodeller, de fleste ignorerer komplikationen af ​​lagdelte karst-akvifersystemer; dette resulterer i forenklet, mindre nøjagtig modellering.

"Sårbarhedsmodeller identificerer områder med høj, moderat og lav sårbarhed på landoverfladen, som direkte relaterer til, hvor hurtigt og effektivt vand eller forurenende stoffer ville synke og trænge ind i grundvandsmagasinet, " sagde Jones. "Men, eksisterende velrenommerede sårbarhedsmodelleringsmetoder for karst-akviferer gav ikke realistiske resultater for vores region."

Hvordan fungerer modelleringen?

Jones modificerede den velkendte koncentration-overbelastning-udfældningsmetode (COP). Denne metode er effektiv, siger forskerne, men det forenkler nogle detaljer, hvilket begrænser modellen. Hun præsenterede to nye modeller, der bedre adresserer de faktorer, der hjælper videnskabsmænd med at forudsige sårbarhed.

Ændringerne tager mere præcist højde for genopladningsmønstre i Grand Canyon-regionen, som har mange karsttræk og en dyb, komplekst akvifersystem. Jones og forskerholdet automatiserede en proces til at identificere synkehuller fra topografidata i høj opløsning, konverterede disse data til sinkhole-densiteter, og kombinerede disse data med et kort over fejlsteder i regionen. Jones inkorporerede derefter disse funktioner i den eksisterende model ved hjælp af et geografisk informationssystem til at producere den endelige sårbarhedsmodel.

Det betød betydelig databehandling, men resultatet var en model, der gav større opløsning af sårbarhedsområder og passede godt til tidligere grundvandsstrømningsvejsanalyser. Ud over at skabe en bedre model, som fremtidig forskning kan bygge på, Jones fandt lignende mønstre i sårbarhed mellem de to karst-akviferer i Grand Canyon-regionen, på trods af at de er adskilt af mere end 600 meter uigennemtrængelige sten.

Jones lærte også, at omkring en femtedel af Kaibab-plateauet er meget sårbart over for forurening af Redwall-Muav-akviferen, hvilket er omkring 1, 000 meter dyb, og næsten halvdelen af ​​plateauets overflade (45,6 procent) har høj til meget høj sårbarhed for Coconino-akviferen, som er meget tættere på overfladen.

Hvad betyder det for mig?

Hvis du er stoppet for at fylde din vandflaske, mens du er på vandretur i Grand Canyon eller beundrer udsigten over canyon-kanten, dette betyder noget for dig. Da Roaring Springs er den eneste kilde til vand i parken, dens kvalitet har betydelig værdi. Denne forskning giver bedre information til vandforvaltere for at beskytte Grand Canyons vandressourcer, inklusive åer på nordsiden, som forskere mener er genopladet af Kaibab-plateauet.

"Disse kilder og vandløb understøtter forskellige økosystemer, og mange vandrere og dyreliv er afhængige af dem for at overleve, " sagde Jones. "Denne forskning hjælper med at indsnævre, hvor disse vandkilder kommer fra og kan hjælpe os med bedre at beskytte dem i fremtiden."