Откуда берется вода в Гранд-Каньоне?
Мы все знаем реку Колорадо, но это не самый загадочный источник воды в Гранд-Каньоне; мы знаем, что она движется со скоростью около 12 000 кубических футов в секунду, когда движется от Скалистых гор до Калифорнийского залива. Но Роринг-Спрингс, единственный источник воды в Национальном парке Гранд-Каньон, представляет собой еще большую загадку, к разгадке которой надеется приложить руку исследователь НАУ Натали Джонс.
Джонс, техник-исследователь НАУ и аспирант, работающий по контракту с программой физических наук Гранд-Каньона, спросила, откуда берется вода в Роаринг-Спрингс, в исследовании, которое она провела с профессором Школы Земли и устойчивого развития Эйбом Спрингером. Это основано на предыдущих исследованиях для них обоих. Они опубликовали свои выводы в ноябре в журнале Hydrogeology Journal с Джонсом в качестве ведущего автора и в сотрудничестве с исследователями из национального парка Гранд-Каньон, национальных лесов Нез-Персе-Клируотер и Геологической службы Кентукки в Университете Кентукки..
Так откуда берется вода? Все сложно. Но это исследование помогает точно определить регион, питающий родники, и, что важно, риск загрязнения в этом регионе. Исследователи на один шаг приблизились к пониманию того, как защитить этот жизненно важный ресурс.
Джонс и ее соавторы решили исследовать, как создать лучший способ моделирования уязвимости карстовых водоносных горизонтов в Гранд-Каньоне. Наличие модели, которая более точно предсказывает различные переменные в геологии и поведении воды в парке, принесет пользу будущим исследователям и управляющим водными ресурсами, поскольку они рассматривают отдельные области пополнения запасов и способы их защиты.
Что такое карст и зачем он нужен?
Знаете ли вы, что иногда вода растворяет камень? Карст - это тип скалистых образований, таких как пещера или воронка, которые образуются в растворимых породах. Карст создает пути, по которым вода может быстро переносить воду с поверхности земли прямо в подземные водоносные горизонты. Карстовые ландшафты покрывают около 16 процентов земной поверхности, включая большую часть плато Колорадо вокруг Флагстаффа и Гранд-Каньона. Это важная геологическая особенность, о которой большинство из нас никогда не слышало.
Карстовые водоносные горизонты, которые представляют собой трубообразную сеть пещер и трубопроводов, напрямую снабжают до 25 процентов населения мира водой для питья, сельского хозяйства и других нужд, и они исключительно уязвимы к загрязнению. Два таких водоносных горизонта, водоносные горизонты Редволл и Коконино, снабжают водой Роринг-Спрингс и многие другие источники Гранд-Каньона. Два водоносных горизонта наложены друг на друга. Хотя существует много типов моделей уязвимости, большинство из них игнорирует сложность слоистых карстовых водоносных систем; это приводит к упрощенному и менее точному моделированию.
«Модели уязвимости определяют области высокой, средней и низкой уязвимости на поверхности земли, что напрямую связано с тем, насколько быстро и эффективно вода или загрязняющие вещества будут опускаться и попадать в водоносный горизонт», - сказал Джонс. «Однако существующие хорошо зарекомендовавшие себя методы моделирования уязвимости карстовых водоносных горизонтов не дали реалистичных результатов для нашего региона».
Как работает моделирование?
Джонс модифицировал хорошо известный метод концентрации-вскрыш-осаждения (COP). Этот метод эффективен, говорят исследователи, но он слишком упрощает некоторые детали, что ограничивает модель. Она представила две новые модели, которые лучше учитывают факторы, помогающие ученым прогнозировать уязвимость.
Модификации более точно учитывают модели питания в районе Гранд-Каньона, который имеет множество карстовых особенностей и глубокую сложную систему водоносных горизонтов. Джонс и исследовательская группа автоматизировали процесс выявления воронок на основе топографических данных с высоким разрешением, преобразовали эти данные в плотность воронок и объединили эти данные с картой местоположений разломов в регионе. Затем Джонс включил эти функции в существующую модель, используя географическую информационную систему, чтобы создать окончательную модель уязвимости.
Это потребовало значительной обработки данных, но в результате была получена модель с более высоким разрешением уязвимых областей и хорошо согласующаяся с предыдущими анализами путей течения подземных вод. В дополнение к созданию лучшей модели, на которой могут основываться будущие исследования, Джонс обнаружил схожие закономерности уязвимости между двумя карстовыми водоносными горизонтами в районе Гранд-Каньона, несмотря на то, что они разделены более чем 600 метрами непроницаемой породы..
Джонс также узнал, что примерно пятая часть плато Кайбаб сильно уязвима к загрязнению водоносного горизонта Рэдволл-Муав, глубина которого составляет около 1000 метров, а почти половина поверхности плато (45,6 процента) имеет высокие к очень высокой уязвимости водоносного горизонта Коконино, который находится гораздо ближе к поверхности.
Что это значит для меня?
Если вы останавливались, чтобы наполнить бутылку воды во время прогулки по Гранд-Каньону или любования видами на краю каньона, это важно для вас. Поскольку Ревущие источники являются единственным источником воды в парке, ее качество имеет большое значение. Это исследование предоставляет специалистам по водным ресурсам более качественную информацию для защиты водных ресурсов Гранд-Каньона, включая ручьи на северной стороне, которые, по мнению исследователей, питаются плато Кайбаб.
«Эти источники и ручьи поддерживают разнообразные экосистемы, и многие туристы и дикие животные полагаются на них для выживания», - сказал Джонс. «Это исследование помогает определить, откуда берутся эти источники воды, и может помочь нам лучше защитить их в будущем».