维系大峡谷生机的地下“生命网”

大峡谷的水来自一个源头：位于北缘的“轰鸣泉”，它是一种由洞穴补给的泉水。徒步者可以从北凯巴布步道上听见或瞥见泉水，但没有步道可直接抵达。轰鸣泉不仅为公园游客供水，也滋养依赖水的植物、动物和生态系统。随着当地变得更热更干，保护这一重要水源越来越迫切。

北亚利桑那大学信息学、计算与网络系统学院的研究人员正在更好地理解轰鸣泉和其他洞穴泉水如何运作。在由大峡谷国家公园资助的一项新课题支持下，团队将扩展工作，绘制这些地下水系统地图，并研究融雪如何与泉水相连。

博士生布莱斯·拉萨拉说，弄清水从哪里渗入地下，对公园基础设施、动物、植物以及依赖泉水的整个生态系统都至关重要；这些洞穴泉水就像沙漠里的绿洲。该项目的早期发现近期发表在《科学报告》上。

大多数人永远不会进入补给大峡谷泉水的洞穴，因为它们对公众关闭，且常常远离成熟步道，因此科学家关于洞穴的认识主要来自专业测绘项目。拉萨拉的博士研究与遥感专家帖穆伦·“泰基”·桑基教授合作，制作了多个洞穴系统的精细地图。他们使用移动式激光雷达扫描仪，生成高分辨率三维模型，清楚记录洞壁、洞顶、通道和厅堂。45天内，研究人员、志愿者和公园工作人员记录了超过10公里地下通道和洞室。桑基表示，以前不知道洞穴如此巨大漫长；团队能制作高分辨率三维地图，从遥感角度看非常独特新颖，大峡谷洞穴从未以这种方式被三维测绘。

测绘工作后勤难度大。队员背着最重55磅的背包，包括激光雷达设备，徒步到偏远洞口，有些地方需要走近两天。进入洞穴后，他们攀爬、降绳、匍匐，甚至漂过被水淹没的洞段，同时记录洞体形状和裂隙特征。这些细节有价值，因为洞穴形成遵循可识别的地质过程；通道、裂缝和开口的排列可以显示水如何在峡谷下方不同岩层中流动。

关于水从哪里来，最简单的答案是地表水，尤其是凯巴布高原的融雪。更难的问题是这些水如何在地下旅行，最后从轰鸣泉等泉水涌出。补给泉水的洞穴位于红墙石灰岩和穆阿夫石灰岩地层中，泉水和地表之间还隔着多层岩石。公园以前的示踪实验表明，水能通过地下系统以意外速度流动。北亚利桑那大学地球与可持续发展学院教授艾贝·斯普林格曾与公园合作示踪研究。有些试验中，从高原天坑注入染料，经过约20公里，最快一周后出现在泉水中。

但水在地下到底如何移动仍不确定。裂隙、断层、岩石渗透性和地下通道都会影响它的旅程。桑基说，博士研究是要把地表所见与地下数百或数千英尺深处所见在地质上联系起来。拉萨拉补充，这就像观察一个黑箱：能看到进水口和出水口，但很难量化里面发生了什么；现在知道内部有哪些形态，就能把数据与泉水随时间变化联系起来。

理解这些地下通道不只是科学好奇，也与水质和公共安全有关。大峡谷最大泉水由喀斯特系统补给，桑基将其比作“瑞士奶酪”，因为岩石中有许多洞、通道和开口。水能迅速通过这些通道流动，自然过滤机会很少。这意味着污染物也可能快速传播。野火烧过区域的径流，或大肠杆菌等细菌，可能进入与轰鸣泉洞相连的天坑，并到达供水系统。如果检测到污染，公园官员可能需要暂时停止取水作业，直到问题解决。通过确定水进入系统的入口并追踪其流动，研究人员可帮助管理者锁定污染源，降低未来供水中断风险。

项目下一阶段计划在2026年初开始。拉萨拉和桑基将利用多年航空激光雷达测量和卫星观测，绘制大峡谷两侧天坑分布，并研究过去40年的积雪与融雪模式。大部分工作将关注地表特征，但若有机会发现新洞穴，他们仍愿意探索。目标是更好理解影响天坑形成、消失溪流和地下水流运动的地质过程。研究人员将把地表观察到的模式与洞穴内部记录的模式对比，结果也将指导未来示踪实验。

融雪是特别重要的焦点，因为亚利桑那州长期降雪水平下降，大峡谷区域也呈同样趋势。项目将建立大量环境数据档案，可与激光雷达和其他影像资源结合，以改进对整个地区水系统的理解。

虽然这项研究直接服务大峡谷国家公园，但其意义远超北亚利桑那。全球有超过十亿人依赖喀斯特泉水供水。提高科学家对水如何穿过复杂地下系统的理解，可帮助全球水资源管理。研究结果也可能对公园内或附近的印第安部落有价值。拉萨拉说，发现能验证五十多年前提出的假说的模式令人兴奋；现在有大量数据，正尝试与其他数据结合，寻找有用信息，很多地区都受益于这类分析。

研究人员认为火龙大火（Dragon Bravo Fire）会影响未来观测，但他们将其视为工作中需要纳入的新因素，而非改变整体使命的障碍。当被问及火灾如何影响项目时，拉萨拉和桑基都表示科研常有意外。桑基说，这给研究增添了新变化。火灾对凯巴布高原的影响可能改变研究人员监测的一些环境条件；随着项目继续，这些变化会被纳入分析，团队计划尽可能协助公园理解火灾影响。