Ученые создают трехмерные карты пещер Гранд-Каньона

Ученые использовали портативный лазерный сканер для создания первых в мире трехмерных карт пещер под Северным краем Гранд-Каньона, сообщается в исследовании, опубликованном в журнале Scientific Reports. Эти пещеры, в частности, содержат источник, который обеспечивает питьевой водой более шести миллионов посетителей парка ежегодно.

Команда из Северо-Аризонского университета провела сканирование примерно шести миль туннелей и лазов в трех пещерах, включая пещеру Рораринг-Спрингс, являющуюся единственным источником водоснабжения парка. Пещеры находятся в слоях известняка Redwall и Muav, погруженных более чем на 700 метров под поверхность плато Каибаб.

Вода, образующаяся в результате таяния снега на поверхности плато, просачивается через трещины и разломы. Ранее проведенные тесты с красителями показали, что вода может перемещаться на расстояние до 20 километров и добираться до источников в течение нескольких дней.

Тем не менее, скорость, с которой вода проходит через пористый известняк, становится серьезной проблемой. Вода перемещается настолько быстро, что минералы и другие загрязняющие вещества практически не фильтруются. Если в смежные колодцы попадут сточные воды от лесных пожаров или бактерии, это может привести к нарушению работы систем питьевого водоснабжения до устранения проблемы.

До недавнего времени ученые полагались на нарисованные вручную двухмерные карты пещер, чтобы составить представление о том, как вода движется под землей. Эти эскизы не давали необходимой детализации для отслеживания потоков воды на обширной территории.

Трехмерные лазерные сканы изменили ситуацию: они продемонстрировали, что вода прокладывает свои маршруты вдоль устойчивых трещин и наклонных слоев горных пород во всех трех исследованных пещерах, находящихся на Северном крае и разделенных более чем на 30 километров. Эти паттерны указывают на древнюю тектоническую активность как на силу, определяющую маршруты подземных вод в этом регионе.

Профессор Темуулен Санкей из Северо-Аризонского университета отмечает: «Работа диссертации заключалась в установлении геологической связи между тем, что мы можем видеть на поверхности, и тем, что находится сотни или тысячи футов под землей». Лидирующий исследователь Блейз ЛаСала добавляет: «Это похоже на изучение черного ящика. Вы видите, что входит и что выходит, но очень сложно оценить, что происходит внутри».

Идентификация этих подземных маршрутов предоставляет чиновникам парка возможность более эффективно отслеживать источники загрязнения и защищать единственный источник питьевой воды Гранд-Каньона. Специалисты подчеркивают, что результаты данного исследования могут оказать значительное влияние на защиту водных ресурсов, что особенно актуально в условиях изменения климата и увеличения частоты природных катастроф, таких как лесные пожары.

В долгосрочной перспективе эти 3D-карты могут стать основой для разработки новых методов управления водными ресурсами в заповедниках, а также для более глубокого понимания геологических процессов, влияющих на экосистемы региона.