Waar komt het water in de Grand Canyon vandaan?

We kennen allemaal de Colorado-rivier, maar het is niet de meest mysterieuze waterbron in de Grand Canyon; we weten dat het doorgaat met een snelheid van ongeveer 12, 000 kubieke voet per seconde terwijl het van de Rocky Mountains naar de Golf van Californië reist. Maar brullende bronnen, De enige waterbron van Grand Canyon National Park, is een groter mysterie - een NAU-onderzoeker Natalie Jones hoopt een handje te helpen bij het oplossen.

jones, een NAU-onderzoekstechnicus en afgestudeerde student gecontracteerd door het Grand Canyon Physical Sciences-programma, vroeg waar het water in Roaring Springs vandaan komt in onderzoek dat ze deed met School of Earth en Sustainability professor Abe Springer. Het bouwt voort op eerder onderzoek voor beiden. Ze publiceerden hun bevindingen in november in Hydrogeologie tijdschrift , met Jones als hoofdauteur en in samenwerking met onderzoekers van het Grand Canyon National Park, Nez Perce-Clearwater National Forests en de Kentucky Geological Survey aan de Universiteit van Kentucky.

Dus, waar komt het water vandaan? Het is ingewikkeld. Maar dit onderzoek helpt om de regio te bepalen die de bronnen voedt en, belangrijk, het besmettingsgevaar in die regio. Het brengt onderzoekers een stap dichter bij het begrip hoe deze essentiële hulpbron te beschermen.

Jones en haar co-auteurs gingen op zoek naar een betere manier om de kwetsbaarheid van karst-aquifers in de Grand Canyon te modelleren. Het hebben van een model dat nauwkeuriger verschillende variabelen in de geologie en het watergedrag in het park voorspelt, zal toekomstige onderzoekers en waterbeheerders ten goede komen bij het overwegen van individuele oplaadgebieden en hoe deze het beste kunnen worden beschermd.

Wat is karst en waarom is het belangrijk?

Wist je dat water soms steen kan oplossen? Karst is een soort rotsachtig kenmerk, zoals een grot of zinkgat dat zich vormt in oplosbare rotsen. Karst creëert paden die water snel van het landoppervlak rechtstreeks naar ondergrondse watervoerende lagen kunnen transporteren. Karstlandschappen beslaan ongeveer 16 procent van het landoppervlak van de aarde, waaronder het grootste deel van het Colorado-plateau rond Flagstaff en de Grand Canyon. Het is een belangrijk geologisch kenmerk waar de meesten van ons nog nooit van hebben gehoord.

Karst watervoerende lagen, die een pijpachtig stroomnetwerk van grotten en leidingen hebben, tot 25 procent van de wereldbevolking rechtstreeks van drinkwater voorzien, landbouw en andere behoeften en ze zijn bijzonder kwetsbaar voor besmetting. Twee van dergelijke watervoerende lagen, de watervoerende lagen Redwall en Coconino, water leveren aan Roaring Springs en vele andere Grand Canyon-bronnen. De twee aquifers zijn op elkaar gestapeld. Hoewel er veel soorten kwetsbaarheidsmodellen zijn, de meesten negeren de complicatie van gelaagde karst-aquifersystemen; dit resulteert in een te vereenvoudigde, minder nauwkeurige modellering.

"Kwetsbaarheidsmodellen identificeren regio's met hoge, matige en lage kwetsbaarheid op het landoppervlak, die rechtstreeks verband houdt met hoe snel en efficiënt water of verontreinigingen zouden zinken en de watervoerende laag binnendringen, "Zei Jones. "Echter, bestaande goed beschouwde kwetsbaarheidsmodelleringsmethoden voor karst-aquifers leverden geen realistische resultaten op voor onze regio."

Hoe werkt het modelleren?

Jones heeft de bekende concentratie-overbelasting-precipitatiemethode (COP) aangepast. Deze methode is effectief, zeggen de onderzoekers, maar het versimpelt sommige details, wat het model beperkt. Ze presenteerde twee nieuwe modellen die beter inspelen op de factoren die wetenschappers helpen kwetsbaarheid te voorspellen.

De aanpassingen houden nauwkeuriger rekening met oplaadpatronen in de Grand Canyon-regio, die veel karstkenmerken heeft en een diepe, complex aquifersysteem. Jones en het onderzoeksteam automatiseerden een proces om zinkgaten te identificeren uit topografische gegevens met hoge resolutie, zette die gegevens om in zinkgatdichtheden, en combineerde die gegevens met een kaart met foutlocaties in de regio. Jones nam deze functies vervolgens op in het bestaande model met behulp van een geografisch informatiesysteem om het uiteindelijke kwetsbaarheidsmodel te produceren.

Het betekende een aanzienlijke gegevensverwerking, maar het resultaat was een model dat een grotere resolutie van kwetsbaarheidsregio's produceerde en goed paste bij eerdere analyses van grondwaterstromingspaden. Naast het creëren van een beter model waarop toekomstig onderzoek kan voortbouwen, Jones vond vergelijkbare patronen in kwetsbaarheid tussen de twee karst-aquifers in de Grand Canyon-regio, ondanks dat ze worden gescheiden door meer dan 600 meter ondoordringbare rots.

Jones ontdekte ook dat ongeveer een vijfde van het Kaibab-plateau zeer kwetsbaar is voor verontreiniging van de Redwall-Muav-aquifer, dat is ongeveer 1, 000 meter diep, en bijna de helft van het plateauoppervlak (45,6 procent) heeft een hoge tot zeer hoge kwetsbaarheid voor de Coconino-aquifer, die veel dichter bij het oppervlak is.

Wat betekent dit voor mij?

Als je bent gestopt om je waterfles te vullen terwijl je door de Grand Canyon wandelt of het uitzicht op de rand van de kloof bewondert, dit is belangrijk voor jou. Aangezien de Roaring Springs de enige waterbron in het park is, de kwaliteit ervan heeft een aanzienlijke waarde. Dit onderzoek geeft waterbeheerders betere informatie om de watervoorraden van de Grand Canyon te beschermen. inclusief kreken aan de noordkant, waarvan onderzoekers denken dat ze worden opgeladen door het Kaibab-plateau.

"Deze bronnen en stromen ondersteunen diverse ecosystemen, en veel wandelaars en dieren in het wild vertrouwen erop om te overleven, " zei Jones. "Dit onderzoek helpt te achterhalen waar deze waterbronnen vandaan komen en zou ons kunnen helpen ze in de toekomst beter te beschermen."