24-026 Arnoldka - mikroklima

1. Proudění a relativní vlhkost vzduchu

Dosud se v Arnoldce měřením relativní vlhkosti vzduchu patrně nikdo hlouběji nezabýval, ale lze předpokládat, že ve většině prostor bude stálá a velmi vysoká (90%<x<100%), především v Hlavním tahu, Panoptikálním tahu, Mlaskačce, Salonkách. Podle pocitových vjemů a sušších sedimentů lze uvažovat, že nejnižší vzdušnou vlhkostí disponuje jz.část Bludiště, Potoční chodba, Poradní dóm, tedy místa, kde dochází k proudění vzduchu vlivem rozdílných výšek vchodů.

Toto dynamické chování nalézáme tedy především v úseku: Horní vchod - Mezižebříková ch. - Tobogán (Stoupačka) - Poradní dóm - Potoční ch. - Dóm Naděje - Bludná ch. - Jídelna - Vstupní ch. - Spodní vchod; dále v méně znatelné míře v prostorách směřujících ke slabším ventarolám (výduchům) ve stěnách lomu: z Richardovy sluje, z Kalcitky do Brutusonu, patrně i z okolí Průvanové ch. do Štěpánské propástky a v minimální míře i z chodby U zaroseného netopýra. Ventarola z Richardovy sluje a Štěpánská propástka však byly zasypány v r.2012 postupujícím odvalem lomu.

Stěžejní dynamiku (průvan) tedy způsobuje "komínový efekt" mezi horním a spodním vchodem o převýšení 26,5 m, přesněji mezi jejich nepřetržitě otevřenými vletovými otvory pro netopýry. Rozdílná teplota vzduchu uvnitř a vně jeskyně za přispění případných výkyvů atmosférického tlaku udává směr a rychlost jeho proudění. Vlivem rozdílných hustot teplejší - lehčí - vzduch stoupá a chladnější - těžší - klesá, což se mimo jiné projevuje v zimě vytátým sněhem, případně sloupem páry u horního vchodu a v létě vytékáním studeného vzduchu ze spodního vchodu. K obratu směru proudění dochází teprve po stavu vyrovnání teplot (v globálu na jaře a na podzim). Tento jev zajišťuje pozvolnou výměnu ovzduší v Bludišti a přilehlých částech po Příbův dóm. Bohužel stanovení dílčích směrů proudění a rolí ostatních ventarol by vyžadovalo podrobná dlouhodobá pozorování a to navíc při různých stavech teplot, tlaku a povrchového proudění vzduchu (větru).

V "tazích" ležících pod Příbovým dómem je již prostředí statické a k obměně může docházet jen pokud v partiích nad dómem poklesne teplota pod hodnotu v dómu a níže ležících prostorách, pomineme-li případné vlivy pohybu osob.

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. Čidla 1 a 2 snímala teploty v jeskyni Čeřinka (viz příslušná kapitola). 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. A konečně čidla 4, 5 a 6 odečítala Arnoldku. Čidlo 4 bylo umístěno v Jídelně na počvě spodní úrovně v přímém větrném směru mezi Vstupní a Bludnou chodbou. Záměrem bylo sledovat vývoj teplot hlavně v zimním období, kdy Vstupní chodbou přichází do Bludiště studený vzduch od Spodního vchodu. Čidlo 5 snímalo nejníže ze všech a to na dně propasti Dračí tlama v Panoptikálním tahu. Místo bylo zvoleno s ohledem k minimálnímu ovlivňování speleology či případnými odbornými exkurzemi, neboť Panoptikální tah zpravidla zůstává stranou zájmu. Od čidla byl očekáván prakticky konstantní výstup vzhledem k předpokladu velmi statického chování obou "tahů". Čidlo 6 v Mezižebříkové chodbě bylo protipólem čidla v Jídelně a očekáván byl vzestup teplot v letních měsících, neboť od Horního vchodu je sem vtahován teplý vzduch. 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):

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.

4-Jídelna: nejvyšší teplota +8,6°C (srpen, obvyklá); nejnižší teplota +5,2°C (27.1. a 10.3.2010, vždy pouze 1x); rychlá reakce na velké poklesy venkovní teploty v zimním období.

5-Dračí tlama: konstantní teplota +8,6°C, resp.v létě 2010 +8,9°C; ale (!): v období 1/2009-6/2009 vzestup až na 10,7°C (?)...... pravděpodobně chybové měření.

6-Mezižebříková chodba: nejvyšší teplota +12,2°C (11.6.2010, zaznamenáno pouze 1x); nejnižší teplota 8,6°C (zřídka v zimním období); rychlá reakce na velké vzestupy venkovní teploty v letním období.

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.

Poznámka 3: přístroj Radim 3A, který měřil v období 11.7.-2.8.2008 objemovou aktivitu radonu v Táborovém dómku na Hlavním tahu, setrvale zapisoval hodnotu 8,2-8,3°C.

Speciální poděkování Robertu Švajdovi.

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 Arnoldky pravidelné čtvrtletní měření teplot. Vybraných míst bylo zhruba 37 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

Jak již bylo řečeno výše, míra obměny ovzduší pod Příbovým dómem se snižuje s klesající hloubkou, zejména pod zaškrcením chodeb plazivkami (tedy pod Balvaništěm a pod Bahnitým průkopem). Přesto alespoň k částečnému ředění dochází, srovnáme-li současný stav se situací před otvírkou horního vchodu, kdy bylo v květnu 1974 pro nedýchatelnost nutné ustat v prolongačních pracích na "dně" Hlavního tahu. Rovněž problematické byly prolongace na "dně" Panoptikálního tahu a to i po zajištění dynamického oběhu vzduchu ve svrchních partiích jeskyně ("dnem" je míněno nejníže ležící místo zmiňovaných chodeb). Příkladně po vrtání zhruba 50 bodů polygonového pořadu v Panoptikálním tahu (ruční vrtačky, 14., 17., 19. a 21.8.1993) se ovzduší ve Vysokém dómu dostalo na hranici dýchatelnosti a následné měření oxidu uhličitého ukázalo hodnotu 6% (9.10.1993; ruční prosávač + detekční trubičky).

Stav oxidu uhličitého v Arnoldce dokumentuje např. měření digitálním detektorem CO₂ ze dne 11.7.2008 (viz mapa). Jak je vidět na "větrném okruhu" a v jeho okolí včetně nejnižších míst Mlaskačky a Salonků nepřekročila koncentrace 0,5% (pozn.: venkovní atmosféra obsahuje 0,035%). Hodnota 0,64% byla naměřena na dně Příbova dómu a odtud směrem dolů v obou větvích koncentrace rostla, v nejnižších místech se pak přiblížila ke 2% (pozn.: před měřením v období 1.6.-11.7.2008 proběhly v jeskyni pouze 2 exkurze; dle meteostanice Chrustenice byl při zahájení měření v 10:30 h tlak 1013 hPa, který zvolna klesal na 1009 hPa v okamžik ukončení měření v 15:30 h; trasa měření: Příbův dóm - Jezerní dóm - Vysoký dóm - Mlaskačka - Jídelna - Salonky).

Pro upřesnění uveďme, 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 Arnoldky pravidelné čtvrtletní měření koncentrací CO₂. Vybraných míst je zhruba 46 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.

4. Stav radonu

V Arnoldce byla zjišťována objemová aktivita radonu (OAR) v létě 2008. Výsledky jsou uvedeny také v mapce a grafech. Ionizační komorou Radonic byl prověřován okamžitý stav v úseku Příbův dóm - Balvaniště (zde setrvání cca hodinu a čtvrt) - opět Příbův dóm (setrvání 5 minut) - síň nad Panoptikem (setrvání zhruba půl hodiny). Dále byly odebrány vzorky ovzduší do ionizačních komůrek, které opět ukázaly aktuální "koncentraci" radonu (č.2 = 4,5 kBq/m³; č.4 = 8,3 kBq/m³; č.5 = 13,5 kBq/m³; č.7 = 2,6 kBq/m³; č.8 = 2,6 kBq/m³; č.11 = 2,6 kBq/m³). Dlouhodobější měření bylo prováděno přístrojem Radim-3A v Táborovém dómku (11.7.-2.8.2008) a v Jídelně (8.9.-1.11.2008). Dále byly odebírány vzorky sedimentů v Jídelně, v Tyčkynově síni, v síni U krápníku, vzorek kalcitové žíly v Jezerním dómu a vzorky vápence z lomu u Štěpánské propástky. Výsledek, či spíše jen nástin problematiky, ukazuje, že v letním období lze ve větší části jeskyně očekávat "koncentraci" cca 2-3 kBq/m³; oproti tomu zvýšená hodnota byla zaznamenána na "dně" Hlavního tahu (4,5 kBq/m³). Zdá se, že rozdílný stav ale panuje v Panoptikálním tahu, kde se již od Příbova dómu směrem dolů postupně zvyšují naměřené hodnoty (od cca 3,5 po 13,5 kBq/m³). Zda to způsobuje jen špatná větranost, 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.22,5 (Bozkovské j.).

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

Speciální poděkování patří Lence Thinové a Václavu Štěpánovi.

komora Radonic	Radim 3A: Táborový dómek (A)

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% :-).