Čeřinka (Palachova propast) - mikroklima

Jeskynní mikroklima (speleoklima) čili relativně uzavřené a tím specifické vzdušné prostředí uvnitř jeskyně charakterizují vlastnosti: teplota, vzdušná vlhkost, tlak, proudění vzduchu a také výskyt různých koncentrací plynných látek, aerosolů a lehkých atmosférických iontů. Následující řádky uvádějí pouze náznak problematiky jeskynního mikroklimatu ve vztahu k měření v jeskyních Čeřinka (a Arnoldka). Zájemci o hlubší studium těchto jevů v obecné rovině, nechť vyhledají odborné práce na toto téma.

 

1. Proudění a relativní vlhkost vzduchu

Podrobnější měření relativní vlhkosti vzduchu v Čeřince patrně neprobíhalo nebo zprávy o něm nepronikly do našeho povědomí. Lze ale předpokládat, že ve většině prostor bude stálá a velmi vysoká (blízká 100%). Jeskynní sedimenty jsou zde převážně zvodnělé, stěny často vlhké, na stropních kulisách a sintrové výzdobě bývá viditelný skap. Výjimkou je pouze prostor Horizontální, Větrné a Visuté chodby, kde je podle pocitových vjemů a sušších sedimentů možná nejnižší vlhkost vzduchu v jeskyni, ale i tak stále velmi vysoká. Tento fakt a navíc pozorování slabšího proudění vzduchu (odtud i název "Větrná chodba") dává v úvahu možnost dynamického proudění a to mezi vchodem do jeskyně a závalem (či výplní komína) na horním konci Větrné chodby. Nespočet pozorování neporušeného zasněženého terénu nad Větrnou chodbou bez jakéhokoliv "mastného fleku" (vytaveného sněhu) však tuto úvahu příliš nepodporuje. Další místa s pozorováním průvanu jsou (nebo spíše byla) v Krápníkové chodbě a to jednak Pizolitový komín (pozorováno dne 13.1.2007) a dále místo U Záclonky, kde se nachází vrt ze třetí etáže lomu. V r.2008 však byla příslušná část lomu zasypána odvalem, takže průvanová místa s vysokou pravděpodobností definitivně zanikla.

Prostory tedy z hlediska proudění vzduchu nejlépe splňují parametry statické jeskyně. Rozdílná teplota vzduchu uvnitř a venku za přispění případných výkyvů atmosférického tlaku je rozhodující alespoň pro částečnou obměnu ovzduší v jeskyni. Vlivem rozdílných hustot teplejší - lehčí - vzduch stoupá a chladnější - těžší - klesá, pomineme-li případné vlivy pohybu osob, pozvolná obměna nastává jen pokud venkovní teplota klesne pod hodnotu teploty vzduchu v jeskyni, zpravidla pouze v zimním období. Vzhledem k morfologii prostor bez významnějších úžin tak může pozvolně docházet k pravidelné sezónní obměně. V Galerii a přilehlých chodbách, které již leží dovrchně nad Říceným dómem, tento jednoduchý princip nefunguje a k nastínění vzdušné cirkulace v této části a s přihlédnutím k hypotetickému dynamickému jevu by bylo nutné provedení podrobných dlouhodobých měření a pozorování.

 

2. Teplota vzduchu

S prouděním vzduchu také souvisí teplotní stálost, resp. proměnlivost.

První etapa měření:

Od léta 2008 do léta 2010 byla v jeskyních v Paní hoře umístěna čidla sledující teplotu vzduchu. Čidla spínala po 2 resp. 3,5 a 4 hodinách s rozlišovací schopností 0,35°C. Umístění čidel bylo voleno podle určitého logického záměru. Čidlo 1 bylo umístěno v dómku Apsida ve spodním úseku Větrné chodby. Na opačné straně jeskyně mělo pozici čidlo 2 a to nedaleko pod vchodem ve výklenku v nároží chodeb na Prvním horizontu. Očekáván byl menší výkyv podle teorie existence slabého dynamického okruhu - tj.v zimě pokles teploty na Prvním horizontu a vzestup v Apsidě, v létě opačně. Čidlo 3 bylo uloženo do portálu jeskyně Gabriela a jeho úkolem bylo snímat venkovní teplotu a nezničené a neukradené přežít. Pro čtvrtou sadu měření bylo již čidlo umístěno na severně orientovaném balkónu staré trafostanice v areálu Solvayových lomů, neboť k jeskyni se postupně přiblížila výsypka. Čidla 4, 5 a 6 měřila teplotu v jeskyni Arnoldka (viz příslušná kapitola). Čidla byla po dobu snímání ukryta v plastových krabicích a to nejen z důvodu neovlivňování čidel přítomností člověka, ale hlavně, aby se jim něco nestalo :).

Výsledkem pozorování je pro jednotlivá čidla toto (podrobněji v grafech):

1-Apsida: konstantní teplota +8,6°C (9/2008-6/2009), +8,9°C až +9,3°C (7/2009-1/2010), výjimečně +9,7°C (v polovině 10/2009), od 2/2010 konstantní +8,9°C.

2-První horizont: konstantní teplota +9,3°C; na počátku (8/2008-9/2008) velké množství chybových měření (!); 31.10.2008 (9h-19h) čidlo hlásilo pokles o 2°C zhruba na venkovní teplotu zaznamenanou čidlem 3, poté návrat k původní teplotě - vysvětlením je buď a/ faktický pokles teploty v jeskyni (nepravděpodobné), b/ chybová epizoda nebo c/ bylo čidlo vyneseno na povrch....; od 1/2010 výpadek.

3-Gabriela, resp.Solvayovy lomy (venkovní teplota): maximum v Gabriele +32,5°C (23.7.2009); minimum -16,5°C (27.1.2010). Od 2/2010 čidlo umístěno na balkóně severní strany bývalé "staré" trafostanice v Solvayových lomech.

Poznámka 1: teplota cca 8-9°C odpovídá průměrné teplotě v oblasti (meteostanice Chrustenice-Na Radosti: 2008:+9,1°C; 2009:+8,9°C; 2010:+7,7°C).

Poznámka 2: rozlišovací schopnost čidel 0,35°C; přesnost udávaná výrobcem: ±0,2°C.

Speciální poděkování Robertu Švajdovi.

Grafický výstup z teplotních čidel

9.8.2008 - 13.12.2008

23.12.2008 - 27.6.2009

9.7.2009 - 6.2.2010

13.2.2010 - 1.9.2010

 

Umístění teplotních čidel

č.

lokalizace čidla

nadmořská výška

1 Čeřinka - Apsida 383 m n/m
2 Čeřinka - První horizont 382 m n/m
3 Gabriela - portál 377 m n/m
4 Arnoldka - Jídelna 366 m n/m
5 Arnoldka - Dračí tlama 332 m n/m
6 Arnoldka - Mezižebříková ch. 379 m n/m

Poznámka na závěr: pro další etapy měření teplot je žádoucí použití metody (čidel) s jemnější rozlišovací schopností.

 

Druhá etapa měření:

Od března 2013 do ledna 2015 probíhalo na vybraných místech Čeřinky pravidelné čtvrtletní měření teplot. Vybraných míst bylo zhruba 19 dle aktuální hydrologické situace a vývoje pohledu na průběžné výsledky měření. Jako teplotních "konzerv" bylo využito 1,5 litrových PET-lahví. K měření se používalo převážně analogových laboratorních rtuťových teploměrů o dělení 0,1°C. Výsledky měření jsou ve stádiu vyhodnocování.

 

3. Stav oxidu uhličitého

Propasťovitý průběh jeskyně se vchodem nahoře a s dynamickým prouděním pouze v teoretické úvaze odkazuje obměnu vzduchu jen na sezónní (zimní) rytmus a dává předpoklad výskytu oxidu uhličitého v prostoru Vodního dómu a okolí. To je způsobeno tím, že oxid uhličitý je těžší než vzduch a dochází k jeho kumulacím právě v nejnižších partiích jeskyně; jeho úroveň je závislá, mimo jiné, také na atmosférickém tlaku (při jeho poklesu se CO2 může uvolňovat z vody, hornin, vzdušné vlhkosti). Zdrojem oxidu uhličitého ve zdejších jeskyních jsou zejména biogenní procesy v půdním pokryvu, s tím související krasové procesy (vzniká při opětovném srážení uhličitanu vápenatého) a také dýchání člověka při činnostech v jeskyni (prolongace, dokumentace, exkurze aj.). Podle určité hypotézy o hydrotermálním původu jeskyní Českého krasu (předmět odborných sporů) může mít CO2 také hlubinný původ vázaný na hluboké zlomové struktury.

Od března 2013 probíhá na vybraných místech Čeřinky pravidelné čtvrtletní měření koncentrací CO2. Vybraných míst je zhruba 22 dle aktuální hydrologické situace a vývoje pohledu na průběžné výsledky. K měření jsou používány výhradně elektronické detektory. Předpokládané ukončení celé skupiny měření je stanoveno na leden 2015.

Porovnání hustot při teplotě 0°C a tlaku 1000 hPa: vzduch = 1,29 kg/m3; oxid uhličitý = 1,98 kg/m3; radon = 9,73 kg/m3.

 

4. Stav radonu

Dne 12.7.2008 byla v Čeřince na několika málo místech orientačně zjišťována objemová aktivita radonu (OAR). Do očíslovaných ionizačních komůrek byly odebrány vzorky ovzduší, které ukázaly aktuální "koncentraci" radonu (č.1 = 22,5 kBq/m3; č.3 = 5,3 kBq/m3; č.6 = odběr selhal; č.10 = 8,7 kBq/m3). Zároveň byly odebírány vzorky sedimentů v Brčkové chodbě, ve spodní části Žabí chodby, na konci Krápníkové chodby (U záclonky) a v Říceném dómu. Výsledek, či spíše jen nástin problematiky, ukazuje vyšší hodnoty než v sousední Arnoldce, což lze v letním období v málo větrané jeskyni očekávat. Zda-li nejvyšší hodnotu, zaznamenanou v Říceném dómu (22,5 kBq/m3) způsobuje jen špatná větranost jeskyně, je otázkou.

Poznámka 1: 1 kBq/m3 (kilo-bequerel na metr krychlový, čti bekerel) jest 1000 radioaktivních přeměn za 1 sekundu v 1 m3 vzduchu.

Poznámka 2: jako maximální povolenou hodnotu ve stávajících obydlí uvádí norma 0,2 kBq/m3.

Poznámka 3: ve zpřístupněných jeskyních se v létě zpravidla objevují hodnoty 2-3 kBq/m3; výjimečně až 8, resp.22 i 29 (Bozkovské j.).

Poznámka 4: v nevětraných dolech v Jáchymově byl zaznamenán i údaj 500 kBq/m3.

Speciální poděkování patří Lence Thinové a Václavu Štěpánovi.

 

Kde se radon bere: Obdobně jako ve všech horninách, tak i ve vápencích a jeskynních sedimentech jsou obsažena stopová množství nestabilních radioaktivních prvků, které se pozvolna mění (rozpadají) v jiné lehčí. Tyto sledy se nazývají rozpadovými řadami a mají svoje zákonitosti. Tři hlavní přirozené řady, které v přírodě doposud stále "běží", mají jako jeden ze svých mezičlánků radon - jediný plyn těchto rozpadových řad; ostatní prvky jsou těžké kovy, ať již ty, ze kterých radon vzniká, nebo ty, na které se rozpadá (jeho dceřiné produkty). Radon má 3 přirozené izotopy (v každé rozp.řadě jeden), jak je patrné v níže ležící tabulce. Vzhledem ke svému nejdelšímu poločasu rozpadu (téměř 4 dny) bývá v jeskyních nejčastěji přítomen izotop radonu 222 a to proti izotopu 220 v přibližném poměru 10:1. Třetího izotopu 219 je ve srovnání s předchozími zanedbatelně málo. To je dáno nejen nejkratším poločasem rozpadu (necelé 4 sekundy), ale také malým zastoupením uranu 235, z něhož po několika rozpadech vznikl. Zatímco pouze 0,72% veškerého přírodního uranu připadá na uran 235, 99,28% náleží izotopu uranu 238. I to je dané rozdílnými poločasy jejich rozpadů. Z tohoto pohledu je patrné, že nejdéle bude radon "vyrábět" thoriová řada...

Pro člověka není v zásadě radon nebezpečný, pokud se právě v daný okamžik nerozpadne na často i aktivnější dceřiné produkty (kovy). To se týká i vdechování částeček prachu a vzdušné vlhkosti, na nichž mohou tyto produkty ulpívat a dále se rozpadat až v nejtěžší stabilní prvek v přírodě - olovo. Škodlivost spočívá nejen v emisích částic, ale také v toxicitě.

Rozpad radonu a jeho dceřiných produktů také vyvolává ionizaci a vznik lehkých atmosférických iontů (ionty kyslíku, dusíku, vodíku, různých oxidů aj.). Jedna alfa-částice (heliové jádro) z jednoho rozpadu radonu způsobí vznik zhruba milionu iontů.

Jak kolísá koncentrace radonu: Uvolňování radonu v jeskynním prostředí je nezastavitelné a v podstatě by mohlo být i konstantní, ale... Zvýšené emise může způsobovat např.rozdílná struktura vápence - ze zvětralého se radon uvolňuje snadněji, v kompaktním zůstává více "uvězněn"; jako určité přivaděče se můžou chovat tektonické poruchy či otevřené vrstevní spáry. Koncentraci může zvyšovat také anomální výskyt radionuklidů, např. v některých minerálních výplních (opály a opálové sintry). Dále záleží na aktuálním atmosférickém tlaku - čím nižší tlak, tím více stoupá uvolňování radonu z horninového prostředí; totéž platí při zvýšení teploty. Do jeskynních prostor se také může dostávat více radonu po dlouhodobých deštích. To je hrubý výčet vlivů na "přísun" radonu. O aktuální koncentraci rozhoduje také jeho "odsun" a tím je především proudění vzduchu. Ve větraných částech je ho méně než v nevětraných, např. v letním období, kdy se téměř zastavuje obměna vzduchu ve statických typech jeskyní se vchodem nahoře, koncentrace výrazně roste, z toho logicky plyne: čím intenzivnější obměna vzduchu, tím menší koncentrace. Kromě ročních výkyvů (rozdíly jsou několikanásobné, v extrému i více jak stonásobné), může z výše uvedených důvodů docházet k nemalým výkyvům i během dne. Ve venkovním vzduchu je aktivita radonu o 1-2 řády nižší (v atmosféře: 10-17%, tj.0,0000000000000001%).

 

Přirozené rozpadové (radioaktivní) řady s účastí radonu

thoriová řada

uranová řada

aktiniová řada

izotop

poločas rozpadu

izotop

poločas rozpadu

izotop

poločas rozpadu

thorium 232

14,05 mld.let

uran 238

4,468 mld.let

uran 235

0,704 mld.let

radium 228

5,75 let

thorium 234

24,10 dne

thorium 231

25,52 hodin

aktinium 228

6,15 hodin

protaktinium 234

1,17 minuty

protaktinium 231

32,76 tis.let

thorium 228

1,9116 let

uran 234

245,5 tis.let

aktinium 227

21,772 let

radium 224

3,66 dne

thorium 230

75,38 tis.let

98,62% thorium 227

1,38% francium 223

18,68 dne

22,00 minut

radon 220 ("thoron")

55,6 sekund

radium 226

1600 let

polonium 216

0,145 sekundy

radon 222 ("radon")

3,825 dne

radium 223

11,43 dne

olovo 212

10,64 hodin

polonium 218

3,10 minuty

radon 219 ("aktinon")

3,96 sekundy

bismut 212

60,55 minut

olovo 214

26,8 minut

polonium 215

1,781 ms

64,06 % polonium 212

35,94% thallium 208

0,000299 ms

3,053 minuty

bismut 214

19,9 minut

olovo 211

36,1 minut

99,98% polonium 214

0,02% thallium 210

0,1643 ms

1,30 minuty

bismut 211

2,14 minuty

olovo 208

stabilní

99,72% thallium 207

0,28% polonium 211

4,77 minuty

0,516 sekundy

   

olovo 210

22,20 let

   

bismut 210

5,012 dne

olovo 207

stabilní

 

polonium 210

138,376 dne

 

 

pozn: aktivita je nepřímo úměrná poločasu rozpadu

olovo 206

stabilní

 

 

 

 

Text: Michal Kolčava 2013, aktualizace 16.6.2015

Upozornění: je pravděpodobné, že se tato kapitola bude i nadále vyvíjet.

 

LITERATURA ze starších ročníků sborníku Český kras:

Důležitá LITERATURA: