Setiap tahun, jutaan orang yang mengunjungi Taman Nasional Grand Canyon berhenti di salah satu stasiun air di taman tersebut. Beberapa berdiri di tepian, melihat ngarai untuk pertama kalinya dan mengisi botol air sebelum melanjutkan perjalanan. Yang lain berbaring jauh di bawah, berjalan dalam cuaca yang sangat panas, mengisi reservoir dan menuangkan air ke tubuh mereka untuk melindungi diri dari dehidrasi dan penyakit akibat panas.
Air ini berasal dari satu mata air: Roaring Springs, mata air yang berasal dari gua di pantai utara. Meskipun pendaki dapat mendengar dan melihat mata air dari Jalur Kaibab Utara, tidak ada jalur yang mengarah langsung ke sana. Roaring Springs menyediakan air tidak hanya bagi pengunjung taman, tetapi juga bagi tumbuhan, hewan, dan ekosistem yang bergantung padanya. Ketika wilayah ini menjadi lebih panas dan kering, melindungi sumber air penting ini menjadi semakin penting.
Para peneliti di Fakultas Komputasi, Informatika, dan Sistem Siber Universitas Northern Arizona berupaya untuk lebih memahami cara kerja Roaring Springs dan mata air lain yang berasal dari gua. Dengan dukungan hibah baru yang didanai oleh Taman Nasional Grand Canyon, tim akan meningkatkan upaya untuk memetakan sistem air ini dan mempelajari hubungan antara pencairan salju dan mata air.
“Memahami aliran air sangat penting bagi infrastruktur, hewan, tumbuhan, dan ekosistem lainnya yang bergantung pada sumber-sumber ini,” kata Blase LaSala, Ph.D. mahasiswa di bidang ekoinformatika. “Mereka seperti oasis.”
Hasil pertama dari proyek ini baru-baru ini dipublikasikan di Laporan ilmiah.
Memetakan Gua Tersembunyi di Grand Canyon
Kebanyakan orang tidak akan pernah memasuki gua yang menjadi sumber mata air Grand Canyon. Jalur tersebut tertutup untuk umum dan seringkali terletak jauh dari jalur yang dikembangkan. Akibatnya, sebagian besar pengetahuan para ilmuwan tentang mereka berasal dari proyek pemetaan khusus.
Untuk penelitian doktoralnya, LaSala bekerja sama dengan pakar penginderaan jauh Profesor Temuulen “Teki” Sankey untuk membuat peta detail beberapa sistem gua. Dengan menggunakan pemindai lidar seluler, tim menghasilkan model tiga dimensi resolusi tinggi yang menangkap dinding gua, langit-langit, lorong, dan ruang dengan sangat detail.
Selama 45 hari, para peneliti, relawan, dan staf taman mendokumentasikan lebih dari 10 kilometer lorong dan ruangan bawah tanah.
“Saya tidak tahu seberapa besar dan panjang gua-gua ini,” kata Sankey. “Kami mampu menghasilkan peta 3D beresolusi sangat tinggi, yang dari perspektif penginderaan jauh merupakan hal yang unik dan baru. Gua-gua Grand Canyon belum pernah dipetakan dalam 3D seperti ini.”
Pekerjaan tersebut memerlukan upaya logistik yang signifikan. Anggota tim membawa paket yang beratnya mencapai 55 pon, termasuk peralatan lidar, dalam pendakian ke pintu masuk gua terpencil yang bisa memakan waktu hingga dua hari untuk mencapainya. Begitu masuk, mereka memanjat, memanjat, merangkak, dan bahkan melayang melewati bagian yang terendam banjir sambil mencatat bentuk dan pola retakan gua.
Detail ini sangat berharga karena pembentukan gua mengikuti proses geologis yang dapat dikenali. Susunan lorong, retakan, dan bukaan dapat mengungkap bagaimana air melewati berbagai lapisan batuan di bawah ngarai.
Setelah salju mencair di Roaring Springs
Penjelasan paling sederhana tentang asal usul air adalah permukaannya, khususnya pencairan salju dari Dataran Tinggi Kaibab.
Pertanyaan yang lebih sulit adalah bagaimana air ini mengalir di bawah tanah sebelum muncul di mata air seperti Roaring Springs.
Mata air yang dialiri oleh gua terletak di formasi batu kapur Redwall dan Muav. Beberapa lapisan batuan lainnya terletak di antara mata air ini dan permukaan atasnya. Eksperimen penelusuran pewarna sebelumnya yang dilakukan oleh taman tersebut telah menunjukkan bahwa air dapat bergerak sangat cepat melalui sistem bawah tanah ini.
Abe Springer, profesor di Sekolah Bumi dan Keberlanjutan NAU dan kolaborator proyek, bekerja dengan taman tersebut dalam studi penelusuran pewarna. Dalam beberapa pengujian, pewarna yang dituangkan ke lubang pembuangan di dataran tinggi menempuh jarak sekitar 20 kilometer dan muncul di mata air hanya dalam waktu seminggu.
Bagaimana tepatnya air bergerak di bawah tanah masih belum jelas. Faktor-faktor seperti patahan, patahan, permeabilitas batuan, dan jalur bawah tanah semuanya mempengaruhi perjalanan.
“Tugas tesisnya adalah membuat hubungan geologis antara apa yang mungkin kita lihat di permukaan dan apa yang mungkin kita lihat ratusan atau ribuan kaki di bawah tanah,” kata Sankey.
“Ini seperti melihat kotak hitam,” tambah LaSala. “Anda dapat melihat apa yang terjadi dan apa yang terjadi, namun sangat sulit untuk mengukur apa yang terjadi di sana. Sekarang setelah kita mengetahui trennya, kita dapat mulai menghubungkan data tersebut dengan perubahan musim semi dari waktu ke waktu.”
Risiko terkait kualitas dan kontaminasi air
Memahami jalur bawah tanah ini penting lebih dari sekadar keingintahuan ilmiah. Hal ini juga mempunyai implikasi praktis terhadap kualitas air dan keselamatan masyarakat.
Mata air terbesar di Grand Canyon dialiri oleh sistem karst, yang oleh Sankey disamakan dengan “keju Swiss” karena banyaknya lubang, saluran, dan bukaan di bebatuan. Air dapat mengalir dengan cepat melalui jalur ini, sehingga hanya menyisakan sedikit peluang untuk penyaringan alami.
Artinya kontaminan juga dapat berpindah dengan cepat. Limpasan dari area yang terbakar oleh kebakaran hutan atau bakteri seperti E.coli bisa memasuki lubang runtuhan yang terhubung ke Gua Roaring Springs dan mencapai pasokan air. Jika kontaminasi terdeteksi, petugas taman mungkin perlu menghentikan sementara operasi pemompaan sampai masalah teratasi.
Dengan mengidentifikasi di mana air memasuki sistem dan melacak pergerakannya, peneliti dapat membantu pengelola mengidentifikasi sumber kontaminasi dan mengurangi risiko gangguan di masa depan.
Penelitian baru tentang pencairan salju dan lubang runtuhan
Fase berikutnya dari proyek ini diharapkan dimulai pada awal tahun 2026.
Dengan menggunakan survei lidar udara dan pengamatan satelit yang dikumpulkan selama beberapa dekade, LaSala dan Sankey berencana memetakan lubang runtuhan di kedua sisi Grand Canyon sambil memeriksa pola akumulasi dan pencairan salju selama 40 tahun terakhir.
Sebagian besar penelitian di masa depan akan fokus pada fitur permukaan, meskipun para peneliti tetap tertarik untuk mengeksplorasi gua-gua yang baru ditemukan jika ada kesempatan.
Tujuannya adalah untuk lebih memahami proses geologi yang mempengaruhi pembentukan lubang runtuhan, hilangnya aliran air, dan pergerakan air tanah. Peneliti akan membandingkan pola yang diamati di permukaan dengan pola yang terdokumentasi di dalam gua. Hasilnya juga akan memandu percobaan penelusuran pewarna di masa depan.
Pencairan salju merupakan kekhawatiran yang sangat penting karena Arizona telah mengalami penurunan tingkat salju dari waktu ke waktu dan wilayah Grand Canyon juga mengikuti tren yang sama.
Proyek ini akan menciptakan arsip data lingkungan yang luas yang dapat dikombinasikan dengan lidar dan sumber pencitraan lainnya untuk meningkatkan pemahaman tentang sistem air di seluruh wilayah.
Mengapa hasilnya penting di luar Arizona
Meskipun penelitian ini secara langsung bermanfaat bagi Taman Nasional Grand Canyon, kepentingannya jauh melampaui Arizona bagian utara.
Lebih dari satu miliar orang di seluruh dunia bergantung pada air dari mata air karst. Meningkatkan pemahaman para ilmuwan tentang bagaimana air bergerak melalui sistem bawah tanah yang kompleks ini dapat membantu memberikan informasi bagi upaya pengelolaan air secara global.
Temuan ini juga terbukti berguna bagi suku asli Amerika yang berada di dalam atau dekat taman tersebut.
“Sangat menarik untuk menemukan model yang memverifikasi hipotesis yang dibuat lebih dari 50 tahun yang lalu,” kata LaSala. “Kami sekarang memiliki semua data luar biasa ini dan kami mencoba menggabungkannya dengan data lain untuk menemukan hal-hal yang berguna. Ada banyak tempat yang bisa mendapatkan manfaat dari jenis analisis ini.”
Bagaimana Bravo Naga Api Mempengaruhi Studi
Para peneliti memperkirakan Dragon Bravo Fire akan mempengaruhi pengamatan di masa depan, namun mereka melihatnya sebagai faktor lain yang perlu dimasukkan ke dalam pekerjaan mereka dan bukan sebagai hambatan yang mengubah keseluruhan misi.
Ketika ditanya bagaimana dampak kebakaran terhadap proyek tersebut, LaSala dan Sankey mengakui bahwa perkembangan tak terduga adalah hal biasa dalam penelitian ilmiah.
“Ini adalah perubahan baru dalam penelitian kami,” kata Sankey.
Dampak kebakaran di Dataran Tinggi Kaibab kemungkinan besar akan mengubah beberapa kondisi lingkungan yang dipantau para peneliti. Ketika proyek berlanjut, perubahan-perubahan ini akan dimasukkan ke dalam analisis dan tim berencana untuk membantu taman nasional sedapat mungkin memahami dampak kebakaran.
