Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Физико-географические условия формирования карстовых полостей Чатыр-Дага.
1.1.Физико-географическое положение пещеры Мраморная.
1.2.Морфогенезис пещеры Мраморная.
2. История открытия и оборудования пещеры Мраморная.
3. Методика микроклиматических наблюдений.
Используемая терминология.
Цели и задачи исследования.
Проведение наблюдений.
Приборы для наблюдений.
4. Характеристика и мониторинг микроклимата пещеры.
4.1 Гидрохимическая и температурная характеристика вод пещеры.
4.2 Температура воздуха.
4.3 Влажность.
4.4 Содержание СО2 в воздухе пещеры.
4.5 Газортутная съемка.
4.6 Результаты микробиологических исследований.
4.7 Результаты радиометрических исследований.
5. Антропогенные факторы, оказывающие влияние на микроклимат
пещеры.
6. Меры предотвращения отрицательного воздействия антропогенных
факторов на микроклимат пещеры.
Заключение
ВВЕДЕНИЕ
Спелеология - это новое научное направление, которое выделилось из карстологии и представляет комплекс науки, занимающийся изучением полостей в земной коре, доступных для человека и характеризующихся специфическим ландшафтом.
Одна из важнейших, но пока еще слаборазработанных ветвей спелеологии - это спелеоклиматология или учение о микроклимате карстовых полостей. Основы спелеоклиматологии были заложены работами Ю.Листова (1885), А.Крубера (1915), Г.Кирла (Kyrle, 1922), Г.Вольфа ( Wolf, 1929) и ряда других исследовател ей.
60-80 г.г. были годами накопления фактов,совершенствования методик,постановки научных проблем. И только в конце 80-х годов стали появляться научные работы в области спелеоклиматологии и сводки по микроклимату отдельных карстовых регионов.
Стационарные ,долговременные микроклиматические наблюдения в отдельных полостях на территории Крыма, практически не велись. По этому организация мониторинга физико-географической среды пещеры Мраморная является на сегодняшний день единственной в карстовом регионе Крымского полуострова.
Организация системных, долговременных наблюдений за физико-геграфической средой карстовой полости, как за сложной, многогранной динамической системой является необходимым условием при организации объектов гео-экологического и спелео-туризма .Мировой опыт организации подобных объектов туризма в таких всемирно известных пещерах как Мамонтова-Флинт-Ридж, Карлсбадская в США; Постойнска яма , Мацоха в Словении и т.д. показывает, что мониторинг пещерной среды должен включать много разнообразных параметров, но одним из самых важных является микроклимат пещеры. Микроклиматические условия, являются наиболее уязвимыми в динамическом подземном ландшафте, по этому требуют самого детального изучения.
Целью настоящей работы является подготовка характеристики микроклимата в пещере Мраморная, выявление и определение степени влияния на него антропогенных факторов, на основании режимных микроклиматических, микробиологических, гидро - химических, геолого - минералогических наблюдений.
Для достижения этой цели необходимо было решить ряд задач.
Во-первых : организация регулярного сбора и систематической обработки показаний приборов;
во-вторых : подбор специальных компьютерных программ для обработки данных и компьютерная обработка материала;
в- третьих : выявление наиболее значимых факторов антропогенного влияния на микроклимат пещеры;
в- четвертых : анализ полученных результатов.
Необходимо отметить тот факт , что сейчас необходимость оборудования и охраны пещеры Мраморная не вызывает никакого сомнения, а на начальном этапе работ по освоению пещеры Симферопольским клубом спелеологов высказывались мнения отдельных спелологических клубов о якобы невосполнимом ,устращающих размеров, ущербе нанесенном пещере Мраморная в результате подобных действий. На сегодняшний день , из мирового и отечественного опыта и практики ясно, что оборудование и охрана пещеры как уникальнейшего памятника природы для экскурсионного организованного, строго контролируемого посещения, является единственным способом уберечь ее от разграбления и неисправимого нарушения ее динамической системы. По этому ,полностью избежать антропогенного вмешательства невозможно в любом случае, не зависимо от того оборудована пещера или нет ( печально известен опыт никем не охраняемых пещер, которые варварски загрязнены и разрушены).
При подготовке работы использована разнообразная отечественная и зарубежная литература по данной проблеме, в том числе ранее опубликованные статьи В.Н. Дублянского ( 1969, 1982, 1985) , Л.М. Соцковой ( 1977, 1981. 1982 ,1989), Б.А. Вахрушева (1978) , Ю.И.Шутова (1969,1971, 1992) , научные отчеты карстовой комиссии при АН УССР ( 1994), отдела карста ИМР АН УССР (1996) по пещере Мраморная , Киевского карстолого-спелеологического центра (1994,1996).
1.Физико-географические условия формирования карстовых полостей Чатыр-Дага.
Главная гряда Крымских гор, к которой относится Чатырдагский массив, соответствует северной части мегантиклинория Горного Крыма. В разрезе Главной гряды четко прослеживаются два структурных этажа. Нижний этаж слагают сложно дислоцированные породы таврической серии - аргилл с прослоями алевролитов и песчаников верхнего триаса и нижней юры и залегающая на них с несогласием вулканогенная толща, аргиллиты и песчаники средней юры. Водоупорный цоколь Главной гряды на разных массивах находится на различных уровнях, что определяет условия движения подземных вод и развитие карста в карбонатных породах верхнего структурного этажа. На Чатырдаге водоупорный цоколь также дислоцируется в различных участках плато на различных уровнях.
Верхний структурный этаж Главной гряды, в том числе и Чатырдага сложен верхнеюрскими и нижнемеловыми (валанжинскими) отложениями. Их отличительной особенностью является литологическое разнообразие, фациальная изменчивость, контрастность мощностей.
Положение Горного Крыма на северной окраине субтропического пояса обуславливает мягкость климата ( Ресурсы....1996). Основными факторами, определяющими его особенности, и , вместе с тем, условия формирования микроклимата карстовых полостей, являются радиационный баланс, атмосферная циркуляция и характер подстилающей поверхности.
Продолжительность солнечного сияния в Горном Крыму меняется от 2180 до 2470 часов. Это обусловливает значительные различия в климатических особенностях северного и южного макросклонов. Прямая солнечная радиация существенно зависит от крутизны склонов и их экспозиции . Изменения колическтва солнечной радиации на северном макросклоне в зависимости от его крутизны отражены в Табл.1.
Таблица 1.
Изменения прямой солнечной радиации, кал/год в зависимости от крутизны склона.
|
Крутизна склона, градусы |
Северный макросклон. |
|
0 - 9 |
18958 |
|
10 - 19 |
15370 |
|
20 - 45 |
4533 |
Различия в продолжительности солнечного сияния и величине прямой солнечной радиации оказывают непосредственное воздействие на формирование температур приземного слоя воздуха и его увлажнение в зонах заложения карстовой полости.
Разнообразие теплового режима Чатырдага определяется в закономерном изменении средних годовых температур на разных высотах, определяющем термические условия карстовых полостей (Табл.2)
Таблица 2
Изменения средних годовых температур на северном макросклоне.
|
Средняя годовая температура,оС. |
Абсолютная высота ,м |
|
+ 9,0 +8,0 +7,0 +6,0 |
250 - 400 560 - 630 800 - 840 1000 - 1050 |
Изотерма +6,0 оконтуривает площадь Чатырдагского массива. Амплитуда колебаний между среднегодовыми и средними январскими (июльскими) температурами здесь не превышает 9 - 10 градусов С.
Интересны изменения среднесуточных температур воздуха, обусловливающие колебания абсолютной влажности воздуха на поверхности и в карстовых полостях. Суточная амплитуда температур воздуха зимой значительно меньше, чем в летний период. При пасмурной, с туманами погоде средняя суточная амплитуда в ноябре - январе менее 2 град.С, к марту постепенно возрастает до 3 гр.С. Максимальные ее значения (3,5 - 4,0 гр.С) наблюдается в апреле-сентябре. В отдельные дни значения амплитуд температур воздуха могут достигать 15-20 гр.С, причем в летний период это наблюдается чаще, чем зимой.
Наиболее низкие значения среднего минимума отмечаются на плато с ноября по март. Они наблюдаются при установлении северо-восточного и северного типов циркуляции ( при вторжении континентального воздуха ). Абсолютный минимум был отмечен на Ай-Петри (- 27,4 гр.С, 1967 г.).
Сезоны года на яйле выражены отчетливо. Температура воздуха ниже 0 гр.С устанавливается в начале декабря. Продолжительность периода с температурой -5 гр.С достигает 110 дней. Зима на яйле сравнительно мягкая, со среднемесячной температурой около - 4 гр.С, с интенсивным гололедом, изморозью, сильными ветрами и метелями. Лето наступает при переходе среднемесячной температуры через 15 гр.С. В июле- августе средняя температура воздуха повышается до 16,4 гр. С, а абсолютные максимумы достигают 28-30 гр.С. Период со среднесуточными температурами выше 10 гр.С длится около 120-140 дней.
Средняя температура почвы следует годовому ходу температуры воздуха. В январе почва охлаждается до -4 грС,а в отдельные дни декабря и февраля даже до -15...-25гр.С. В июне- июле она прогревается до 19 - 21 гр.С. В среднем же в горах около 50 дней с нулевой температурой почвы.
Перенос различных воздушных масс, их трансформация и фронтогенез являются основными циркуляционными процессами формирования климата Главной гряды , в т.ч. Чатырдагского массива. Атмосферная циркуляция характеризуется преобладанием западного переноса, обусловливающего приток воздуха из Атлантики. Периодически вторгаются холодные воздушные массы с северных широт, теплые и влажные со Средиземного моря, сухие - с территории Азии.
Главная гряда, способствуя усилению динамической турбулентности воздуха и создавая условия для подъема воздушных масс, формирует собственный режим увлажнения. Возрастание до 6,1 - 9.8 мм.рт.ст. летом способствует конденсации влаги в трещинно-карстовых коллекторах. Суточный ход абсолютной влажности на яйле выражен слабо.
Годовая амплитуда относительной влажности составляет в среднем 12 - 15 %. Максимальная относительная влажность за счет большой повторяемости циклонических явлений отмечается зимой (78 - 85% при максимуме в январе). Минимальные значения характерны для августа ( 30 - 66%), суточный ход относительной влажности на плато наиболее четко проявляется летом (колебания около 10 - 20 %).
Режим осадков обуславливается преимущественным воздействием юго-западного и северо-восточного типов синоптических ситуаций. Плювиометрический градиент в среднем достигает 60 мм на каждые 100м. Среднемесячное количество осадков в теплый сезон составляет приблизительно 60 мм. Снежный покров устанавливается на яйле в среднем первой-второй декаде ноября и держится от 30 до 150 дней.
В целом климатические условия Главной гряды и Чатырдагского массива в теплый период года неблагоприятны для питания подземных вод и развития карстовых процессов,. Большая часть выпадающих осадков расходуется на испарение. Запасы подземных вод пополняются только за счет конденсации и ливневых осадков с интенсивностью более 20 мм/сут. В холодный период, напротив, происходит питание подземных вод за счет продолжительных дождей, снеготаяния, а также активизация карстовых процессов.
Физико-географическое положение пещеры Мраморная.
Пещера расположена в прибровочной части северо-западного замыкания плато Чатыр-Даг. Обнаружена Симферопольскими спелеологами в 1987 году. Близкое расстояние от г. Симферополя ( 32 км ) и трассы Симферополь-Ялта ( 16 км ) делает ее легко доступной. Первоначальный вход в нее ввиде пятиметрового естественного колодца, расположен на высоте 918 метров над у.м. и находится на плоском водоразделе между двумя балочными системами ( Чумнох на западе и Безымянная на востоке ) . Верховья этих балок глубоко врезаны в северные склоны и плато Чатыр-Дага . Однако, в связи с тем, что эти балочные системы являются более молодыми формами рельефа, чем сама карстовая полость, какая-либо связь между ними отсутствует.
Морфогенезис пещеры Мраморная.
Участок плато, на котором расположена пещера, сложен грубослоистыми и крупноплитовыми нижнетитонскими известняками, которые под углом 20 - 30 град. падают на запад ( непосредственно над пещерой : Ап 270 - 280 град. угол падения 20 - 22 град.). На западном склоне массива эти известняки со структурным несогласием ложаться на двухсотметровую толщу оксфордских конгломератов и песчаников, смятых в широкие складки. Конгломераты и песчаники также со структурным несогласием налегают на отложения таврической серии (1) .
Участок , в котором заложена пещера, ограничен тектоническими нарушениями, которые имея широтное и меридиональное простирание , выкраивают крупный тектонический блок с урочищем Чумнох и прилегающими водоразделами. Уточнения сбросов и зон тектонической трещиноватости будет производится в процессе дальнейшего научного изучения.
В настоящее время в процессе поверхностных маршрутных исследования и наблюдений в полости установлено наличие двух нарушения, определяющих морфологию и направление подземных ходов на участках пересечения ими полости. Первое нарушение фиксируется в южной части участка стенкой срыва с Апр 310 град. Здесь на контакте слоистых и массивных известняков прямо над полостью сформировалась крупная карстовая воронка. В полости вдоль плоскости сброса развит крутонаклонный ход вверх, выполненный рыхлым обломочным материалом, часть которого вывалилась в пещеру.
Второе нарушение, выраженное зоной трещиноватости с Апр 285 град. находится в северной части участка. В пещере нарушению этой зоны соответствует колодец, соединяющий два этажа пещеры (верхний и нижнюю галерею ).
Сама полость вытянута вдоль меридианального разлома , проходящего вдоль всего западного борта Чатыр-дага. Этот сброс севернее уходит под нижнемеловые отложения и достигает Аянского источника, вытекающего из пещеры Аянская.
Гидрогеологическая роль этого разлома весьма велика. Он переориентирует практически весь подземный сток Нижнего плато Чатыр-Дага с западного на северное и выводит его в Аянский источник.
История открытия и оборудования пещеры Мраморная.
Пещера обнаружена в 1987 году Симферопольскими спелеологами. В течении этого и последующего года была взята под охрану Симферопольского клуба спелеологов (председатель А.Ф.Козлов ) . Вход в полость был закрыт решетчатым люком , над входом в пещеру велость постоянное дежурство членов клуба. Эти меры были необходимы , так как великолепному натечному убранству пещеры ( как позднее выяснилось уникальному ) угрожало варварское разграбление.
В течение полутора лет ( конец 1987 - начало 1989 ) пещера оборудовалась ( главным образом первая привходовая галерея Сказок ) и была введена в эксплуатацию в апреле 1989 года. Первая очередь экскурсионного маршрута составила 180 метров. Организация. которая занялась охраной и оборудованием пещеры был Симферопольский клуб спелеологов, в последствии реорганизованный в Центр спелеотуризма «ОНИКС-ТУР». Первоначально Центр имел подчинение Объединению молодежных клубов по интересам , а затем Госкомитету по делам молодежи, На сегодняшний день Центр является самостоятельной организацией с коллективной формой собственности.
Первым этапом оборудования пещеры для экскурсионного посещения было устройство пешеходных дорожек и оснащение их удобными перилами в Галерее сказок.
Следующий этап включал в себя прокладку удобного горизонтального тоннеля в Тигровый Ход и оборудование его галерей экскурсионными дорожками приблизительной протяженностью 200 метров.
Повышение количества экскурсантов и все возрастающем интересе к карстовым пещерам, как уникальным объектам природы выявило необходимость оборудования экскурсионными маршрутами Зала Перестройки, что представляло для работников Центра наибольшую сложность. ( Огромный глыбовый завал на протяжении всего зала).
В перспективе планируется оборудование экзотических экскурсионных маршрутов для ограниченного количества экскурсантов ( в основном спелеологов) в Нижних галереях пещеры.
Исследования пещеры не прекращалось со дня ее открытия симферопольскими спелологами. В первые же месяцы открытия (ноябрь-декабрь 1987 года) была сделана полуинструментальная съемка пещеры. Сейчас планы и разрезы полости постоянно уточняются, проводится теодолитная съмка основных ходов пещеры.
На сегодняшний день пещера оборудована по мировым стандартам, за год ее посещает более 100 тыс.человек. Пещерный комплекс Мраморная является единственным в странах СНГ, вошедшим в качестве действительного члена в Международную ассоциацию посещаемых пещер ( ISCA ).
3.Методика микроклиматических наблюдений.
Методика микроклиматических исследований в карстовых полостях разработана слабо. Этот раздел вообще отсутствует в общих методических руководствах по изучению карста ( Методы..., 1963г.; Чикишев, 1973 г.). В 1950 - 1980 годах в СССР и за рубежом появились многочисленные публикации, в которых, наряду с изложением регионального фактического материала , затрагиваются и методические вопросы ( Голод, 1976 г ; 1978 г; Дублянский, 1977 г. и др.; Соцкова , 1981 г. и др). В 1981 году во Всесоюзном институте карстоведения и спелеологии состоялась заседание рабочей группы , которая подготовила методику микроклиматических наблюдений в естественных и искусственных полостях трещиноватых, закарстованных породах и во льдах ( Методика ...1982 г.). Эти материалы вошли также в первую в СССР методическое руководство по изучению карстовых полостей ( Проблемы... ,1983 г.). Ниже кратко изложены основные положения методики микроклиматических исследований.
3.1 Используемая терминология.
Термины « пещерная погода» и «микроклимат пещер» ввел в научную литературу Г.Кирл ( Kyrle, 1922 ) . До 1960 года термин «микроклимат пещер» использовался отечественными, и , в особенности зарубежными исследователями без всяких оговорок и ограничений. В 60 - 80 -х годах , в связи с развитием общей климатологии появились тенденции, осложняющие ситуацию.
Так Б.А. Алисов и другие ( 1952 г., ) понимает микроклимат как местные особенности климата, обусловленные строением подстилающей поверхности. И.А. Гольцберг (1987 г) считает микроклиматом климат небольшой территории, возникающий под влиянием различий в рельефе, растительности , состояния почвы и других факторов. Она выделяет микроклимат поля, болота, опушки леса, города. М.И. Щербань (1972 г) считает, что микроклимат как климатические особенности небольших участков земной коры непосредственно связан с климатом. Таким образом, понятие «местный климат» не является общепринятым. Медики и архитекторы говорят о климате замкнутых пространств, созданных человеком : микроклимате квартиры, подземного сооружения и пр. (Шаповалов, Мицкевич, 1975 ) . С этих позиций применение термина « микроклимат карстовых полостей» вполне оправдано, так как их климат это климат небольших территорий, представляющих собой замкнутое пространство.
В карстологии наблюдается примерно такая же картина. Часть исследователей рассматривает микроклимат пещер как распределение и изменение давления, температуры, и влажности воздуха под землей под влиянием изменения этих факторов на поверхности, в открытой атмосфере ( Trimmel, 1968 ;Wwigley, Brown, 1978 и др.). Р.Гейгер (1960 ) определил микроклимат пещер как климат их приземного слоя. Наиболее детально разработал эту проблему Кл.Андрио ( Andrieux, 1971 ). Он считает, что на поверхности следует выделить макроклимат ( больших территорий), мезоклимат ( климат местности ) и микроклимат ( климат подстилающего слоя ) . Их совместное влияние передается через микроклимат на подземный климат, который в свою очередь делится на топоклимат ( климат отдельных галерей, завалов, колодцев ) и климат лимитируемого слоя ( особенности зоны контакта пещерного воздуха с полом, стенками и потолком пещеры ) . Очевидно , введение этих понятий и терминов имеет смысл только при очень детальном стационарном изучении климата карстовых полостей.
Автор понимает под микроклиматом карстовой полости режим метеорологических элементов ( атмосферное давление, движение воздуха, температура, влажность, газовый состав воздуха ) внутри пещеры или шахты определенного морфогенетического типа.
3.2 Цели и задачи исследований
Целью микроклиматических исследований в карстовой полости пещеры Мраморная является определение суточных , недельных, месячных, годовых особенностей воздушной циркуляции ( напрвление , скорость движения воздуха) , термовлажностных характеристик воздуха ( атмосферное давление, температура, абсолютная и относительная влажность) и его газового состава.
Основными задачами микроклиматических наблюдений являются
характеристика микроклимата карстовой полости;
определение влияния микроклиматических условий карстовых полостей на формирование подземных вод, карстовых микроформ и различных пещерных отложений,;
определение влияния антропогенного вмешательства на микроклимат пещеры.
3.3 Проведение наблюдений.
Организация микроклиматических наблюдений предполагает регулярный контроль за состоянием измерительных средств, а также их поверку ( по наиболее точным ) перед началом серии измерений для выявления неисправных приборов и определения систематических погрешностей с последующим введением в результаты измерений соответствующих поправок (Стернзат, 1978).
Отсчет показаний производится с точностью 0,2 - 0,5 цены наименьшего деления прибора после выдержки , соответствующей инерционности измерительного комплекта. Для температурных измерений с помощью ртутных термометров необходимая выдержка составляет : в воде - 10 - 15 секунд, в воздухе 3 - 5 минут, в песке, рыхлой породе, до 1 часа; при отсчете показаний аспирационного психрометра - 4 минуты, крыльчатого анемометра - 100 секунд. При проведении первых замеров надо предусмотреть необходимое время для выравнивания температуры приборов с температурой воздуха в пещере ( 15 - 30 минут ) .
В узких ( низких ) ходах и залах малого объема тепловыделения и дыхание наблюдателя могут существенно исказить результаты измерений , что необходимо учитывать при организации наблюдений. В тоя части пещеры, где производится наблюдения , необходимо ограничить пребывание посторонних людей и исключить пользование светильниками , нагревателями открытого огня ( свечи, карбидные лампы ) .
В течении всего периода наблюдений на поверхности ( вблизи пещеры, вне зоны влияния воздушного потока из входного отверстия ) производят срочные замеры основных метеоэлементов ( температура , давление, влажность воздуха, направление и скорость ветра ) с указанием погодных условий ( облачность, осадки и их интенсивность ) и расположение пункта наблюдений в рельефе. Сроки наблюдений желательно синхронизировать со стандартными для метеостанций ( 0,3,6,9,12,15,18,21 час по московскому декретному времени) , что позволяет в совокупности с данными метеостанции охарактеризовать условия на поверхности. В связи с возможными проявлениями в пещере запаздывания погодных колебаний на поверхности желательно располагать сведениями о метеоусловиях на поверхности за 2 - 5 суток до начала наблюдений ( по данным метеостанции или собственным измерениям ).
На начальном этапе изучения микроклимата полости выявляют схему движения воздуха в пещере и производят измерения в ее характерных участках ( входное отверстие, основные залы и галереи , зона стабилизации температуры и влажности и т.д.) с нанесением точек наблюдения на план полости и указанием места и времени измерения, фабричного ( полевого номера прибора, фамилия наблюдателя )
Скорость и направление движения воздуха фиксируют во всех местах с ощутимой тягой ( естественных сужениях ходов ), имея виду возможное встречное движение потоков у пола и свода галереи , либо у стен на оси вертикального хода.
При организации регулярных (длительных или периодических ) измерений ( желательно в течение 24 - 28 час. периодичностью 1 - 2 месяца на протяжении 1 - 2 лет ) на основе анализа морфологии полости, схема вентиляции и результатов первичных наблюдений намечают постоянные точки замеров, фиксируемые в пещере с помощью устойчивых марок и подчиняющейся определенной системе : более разреженная сеть с шагом 5 - 10 - 20 метров и более на участках с неизменной морфологией и в зоне минимальных сезонных колебаний; более густая сеть с шагом 0,5 - 2 метра в местах резкого изменения метеоэлементов ( в привходовой зоне, на пересечении ходов и т.д.) выбор точек определяется задачами исследований.
Для регистрации асредненных по сечению значений температуры и влажности воздуха ( с помощью аспирационного психрометра ) замеры производят по осевой линии хода, в залах на расстоянии не менее 0,35 - 0,40 В ( В - наименьшей из размеров по высоте или ширине ) от пола или стены соответственно.
3.4 Приборы для наблюдений
Для определения метеоэлементов естественной карстовой полости используются стандартные гидрометеорологические приборы: барометр -анероид ( погрешность +_ 100 Па), срочные максимальные и минимальные термометры ( погрешность +_ 0,1 - 0,2 град.), аспирационный психрометр ( поггрешность по влажности +_ 1-4%), крыльчатый или чашечный анемометры , в данном конкретном случае крыльчатый, (погрешность +_ 0,1 - 0,2 м/с). Газовый состав воздуха на месте исследуется с помощью шахтного интерферометра ( СО2 , СН 4) или экспересс-методом ( СО2) , однако набор определяемых при этом компонентов ограничен, а точность невелика ( погрешность +_0,5%). В связи с этим основными при изучении газового состава воздуха являются лабораторные методы определения состава отобранных проб ( газовая хроматография). Для определния генезиса углекислоты используется масс-спектрометрический метод анализа изотопного стостава углерода.
Для непрерывной регистрации изменений температуры, влажности и даления воздуха используют суточные, (недельные) термографы, барографы и гигрографы ( погрешности +- 1 гр.С, +_1% влажности, +_ 100Па соответственно).
В связи с недостаточной локальностью стандартных приборов, их невысокой точностью и значительной инерционностью при изучении микроклимата пещер следует применять приборы ( термоэлементы и терморезисторы для измерения температуры , термоанемометры, макроманометры и т.д.), обладающие более высокой точностью ( погрешность измерения температуры 0,01 гр.С, влажности 0,5%, скорости воздуха 0,01 м/с, давления 10 Па), низкой инерционностью и т.д. Применение этих приборов требует их обязательной поверки по стандартным метеорологическим или образцовым приборам. Осредненная скорость движения воздуха определяется путем последовательных замеров в узлах прямоугольной сетки ( с шагом 0,25 - 0,5 В), перекрывающей поперечное сечение хода. Локальные изменения метеоэлементов производят в 5-10-20 см от пола посредине хода с указанием характера подстилающей поверхности ( песок, гравий, лед и т.д.).
При регулярных наблюдениях для выявления крупномасштабных особенностей полей температуры (влажности) производят замерения по длине ходов ( продольные разрезы) по площади залов ( на основе сетки измерительных точек), а также по сечению хода с шагом 0,5 - 1,0 ;0 - 2, 0 - 5,0 м, зависящем от размеров полости и задач исследования. Для определения параметров гидродинамического и термического взаимодействия воздушного потока со вмещающей породой, как правило, в местах с ощутимой воздушной тягой производят градиентные наблюдения на расстояниях 0,1-0,2-0,5-1,0-1,5-2,0 м от пола ( стен), совмещая их с замерами температуры пола ( стен) и всех водопроявлений в исследуемом сечении.
Отбор проб воздуха для изучения газового состава производится путем накачки ( прокачки) в стеклянные газовые пипетки с трубками из вакуумного стекла ( либо в резиновые или полиэтиленовые емкости) объемом не менее 250 мм с зажимами. Размещение точек отбора проб должно выявить вариации газового состава по площади и на разных уровнях пещеры. Режимный отбор проб, обеспечивающий изучение внутрисуточных, межсуточных и сезонных вариаций газового состава воздуха пещер, следует проводить на фиксированных точках.
Обработка наблюдений
Методика первичной обработки резуьтатов наблюдений излагается в соответствующих руководствах ( Методические..., 1951,1953,1954) .
Для обработки результатов измерений, выполненных с помощью аспирационного психрометра и дальнейших расчетов тепловлажностных свойств воздуха следует применять Психрометрические таблицы (1972) и J- диаграмму ( Свойства ..., 1963).
На основе первичных данных наблюдений определяются параметры воздухообмена ( сезонные схемы вентиляции, режимы давления, расход воздушного потока и коэффициент воздухообмена в разные сезоны), величина и направление перепадов температур вода-воздуха, стена ( пол ) - воздух, амплитуды суточных (сезонных ) колебаний основных метеоэлементов по участкам полости и т.д..
По сводным результатам измерений строят графики - изменения температуры ( влажности ) по основным галереям полости, температурные поля по сечениям ходов и площади залов, совмещенные графики суточного (сезонного) изменения метеоэлементов на поверхности и под землей; расчитывают гистограммы распределния температуры ( влажности по длине ходов ,площади или объема полости для вычисления соответствующих осредненных величин, используемых при составлении тепловых балансов и расчетов конденсации. Графически исследуют корреляционные связи между температурой ( влажности ) и глубиной ( длиной) полости , направлением и скоростью воздушного потока и перпадом давления на исследуемом участке и т.д., подбирают апраксимирующие уравнения и находят их коэффициент.
По результатам анализов газового состава воздуха определяют абсолютне пределы изменениний содержания компонентов для данной полости, пределы изменений и средние значения по месяцам и осредненные значения для участков, различных по морфологии и условиям заложения. Строятся графики изменения газосодержания по высоте над полом и графики сезонного хода содержания. Результат газового анализа выражаются в объемных процентах. Для оценки изменения газового состава пещерного воздуха при смешивании с атмосферой использую специальные расчетные приемы .
Изменчивость газового состава воздуха в пространстве пещеры и во времени анализируются в тесной связи с режимом воздушной циркуляции и другими возможными газоформирующими факторами. Для определения генезиса углекислоты используются данные по изотопному составу углерода.
Заключительный этап обработки материала - построение математической модели микроклимата пещеры на основе аналитических зависимостей, балансовых расчнтов, численного моделирования или изучения статистических связей между ее основными морфолого-морфометрическими параметрами, геолого-литологическими, теплофизическими и другими характеристиками и климатическими условиями на поверхности. Что можно охарактеризовать как общие задачи мониторинга пещеры.
При изучении сложных карстовых систем (таковой является Мраморная), и проведении специальных исследований ( изучение причин и динамики развития подземного оледенения, роста геликтитов, что также очень актуально для Мраморной ,и пр.) необходима разработка специальных приборов и методических приемов исследований.
Все данные, на которых базируется настоящая работа, получены в соответствии с требованиями изложенной выше методики. Кроме того для обработки наблюдений использованы не описываемые в методике методы компьютерной обработки информации, получившие распространение только в последние 4-5лет ( на территории СНГ). Использовалась компьютерная база Киевского карстолого-спелеологического центра и Института минеральных ресурсов АН Украины.
4.Характеристика микроклимата пещеры
4.1 Гидрохимическая и температурная характеристика вод пещеры.
Пробы воды отбирались из струй, стекающих со сводов или стен пещеры в разных ее точках. Результаты анализов показывают . что воды в пещере относятся к обычным карстовым с гидрокарбонатным-кальциевым составом. средней минерализации 365 мг/л. Точки отбора проб указаны на рисунке Выделяются две группы анализов : одна в Галерее Сказок ( пробы 1-8 ) со средней минерализацией 0,4 г/л и другая в Обвальном зале или Зале Перестройки ( пробы от 9 -15 ) со средней минерализацией 0,35 г/ л. В первом случае средняя мощность перекрывающих пород составила 16,7 м, глубина от поверхности 25,6 м, во втором 33 и 36 м соответственно . Таким образом отмечается снижение минерализации с увеличением глубины и мощности перекрывающих пород. Соответственно минерализации изменяется агрессивность подземных вод по отношению к кальциту. В первой группе все воды слабо перенасыщены - индекс насыщения колеблется от +0,02 до + 0,19 , во второй группе воды в основном недонасыщены, индекс насыщения изменяется от - 0,08 до +0,08 . Распределение агрессивности подземных вод соответствует распределению натечных образований внутри пещеры ( в верхнем этаже ) . Так , большая часть натечных образований сосредоточена в галерее сказок, в то время как и в Обвальном зале имеются участки аккумуляции карбонатного материала в виде крупных сталактитов , сталагмитов, гуров, так и участки коррозионного выщелачивания.
Температура подземных вод изменяется весьма незначительно, как в разных точках пещеры так и во времени . Так , 16 июля 1992 года температура воды в разных точках пещеры изменялась от 8,4 до 8,5 гр.С ( при температуре воздуха 9,2 - 8,6 гр.С) .Другой замер, 11 сентября, показал, что температура воды в тех же точках : 8,3 - 8,6 гр.С ( температура воздуха 9,2 до 8,8 гр.С).
4.2 Температура воздуха
При описании следующих результатов микроклиматических наблюдений необходимо указать следующее. Из-за отсутствия приборов - самописцев и
полной невозможности их получения, изучение микроклимата производилось маршрутными методами. Замеры температуры и влажности воздуха производились аспирационными психрометрами.
Наблюдения велись в постоянно закрепленных точках, количество которых менялось от 9 до 37. После двух циклов наблюдений выяснились наиболее оптимальные 16 точек, которые достаточно характеризовали всю пещеру в целом.
На первоначальном этапе исследований ( 1990 год) было проведено 6 серий замеров температур (апрель - октябрь) данные замеров сведены в таблицу 3. Температура на поверхности менялась от 11 до 19 градусов С, среднее значение 19,5 гр С. Наблюдается последовательное снижение температуры от поверхности к основной части пещеры: от 14,5 до 8,8 грС и небольшое повышение ее от основной части к Тигровому ходу и нижнему этажу. От участка к участку изменяется и амплитуда изменения температур: от 8,1 на поверхности от 0,2 - 0,6 гр.С на Нижнем этаже.
Как и в любой пещере в Мраморной четко выделяется «уравнивающая»и «нейтральная» зоны . В «уравнивающей» зоне хорошо выражены как сезонный, так и суточный ( амплитуда 2,5 гр.С) ход температуры воздуха. В исследуемой полости «уравнивающая» зона распространяется приблизительно на расстояние 25 - 30 метров от входа. Значительное влияние на микроклимат «уравнивающей» зоны оказывает второй ( старый) колодцеобразный вход в пещеру. Благодаря наличию двух входов в привходной части пещеры в пределах 5 - 6 метров от входной двери образуется локальная циркуляция воздуха и тепла. При этом между привходовой частью пещеры и основной ее частью образуется небольшая «буферная» подзона, на которую оказывает влияние как привходовая , так и основная ( «нейтральная» )части пещеры. Иначе говоря, в структуре «уравнивающей» зоны выделяется две подзоны: привходовая и буферная. Их наличием объясняется такой феномен, как снижение температуры между точками 3 (8,3 гр.С) и точками 5 (8,4 гр.С) до 8 гр.С в точке 4 , которая наблюдалась 6 апреля 199о года. Эта аномалия наблюдалась в 10.45 утра, когда воздух на поверхности уже нагрелся до 12,8 гр.С, но в буферной подзоне сохранились температуры затекшего в привходовую часть холодного ночного воздуха. В «нейтральной» зоне выделяется 3 участка с разными средними температурами и амплитудами их изменения. Галерея сказок и Зал Перестройки обладают практически одинаковой средней температурой равной 8,8 гр.С, на 0,1 гр.С температура выше в Нижнем этаже, на 0,2 в Тигровом ходе ( в его ближней части). Указанное увеличение температур связано , по видимому, с большей степенью изолированности от поверхностных условий. Полученные характеристики требуют их уточнения в процессе дальнейших наблюдений.
Таблица 3.
Средние температуры в разных участках пещеры Мраморная, в градусах С.
|
Участки |
Отдельные галереи |
Средняя температура |
Амплитуда |
Количество замеров |
С v |
|
Поверхность |
14,7 |
8 |
6 |
0,2 |
|
|
Вход, перед дверью |
13,6 |
8,1 |
7 |
0,21 |
|
|
«Уравнивающая» зона |
9,6 |
2,3 |
7 |
0,1 |
|
|
«Нейтральная зона |
Галерея сказок и Зал Перестройки |
8,8 |
0,5-0,8 |
50 |
0,3 |
|
«Нейтральная зона |
Тигровый ход |
9,0 |
0,6 |
12 |
0,03 |
|
«Нейтральная зона |
Нижний этаж |
8,9 |
0,2-0,6 |
19 |
0,01 |
Результаты измерения температуры в пещере за период 1996 - 1997 год отражены на графике «Пещера Мраморная, среднемесячная температура», построенном с помощью специальной компьютерной программы .
Анализируя получившееся графическое изображение изменения среднемесячных температур в пещере можно сделать выводы о степени влияния антропогенных факторов, которые будут рассмотрены ниже.
4.3 Влажность
Так же как и температура воздуха распределяется влажность внутри пещеры ( таблица 4). При этом наиболее высокая влажность закономерно соответствует нижнему этажу пещеры, средняя величина ее здесь равна 11,1 Мб, в остальных подзонах «нейтральной»зоны и в «уравнивающей» зоне средняя влажность практически одинаковая - 16,9 Мб (Таблица 4), однако амплитуда Сv здесь значительно отличаются друг от друга. Средняя влажность на поверхности значительно ниже таковой в пещере - 9,6 Мб. Это свидетельствует о преимущественном испарении из пещеры в исследуемый период, что связано с экстремально сухим и жарким летом и осенью. Только в один из замеров (30 июня ) влажность на поверхности ( 14,6 Мб) была выше таковой в пещере ( 11,6 Мб ) . Это хорошо согласуется с визуальными наблюдениями, свидетельствующими о значительном испарении пещеры ( стенки и натеки сухие, большинство ванночек высохло и т.д. ).
Более конкретные данные о режиме влажности можно почерпнуть из графика «Средняя месячная влажность воздуха в пещере Мраморная за период 1996-1997 года».
Ощутимое увеличение влажности наблюдается в средней части Тигрового хода , и уменьшается к дальней его части.
Ход влажности в переходной зоне в грубо сглаженном виде повторяет ход влажности на поверхности, он практически никак не влияет на таковой во внутренних зонах пещеры. На суточный и возможно, сезонный ход влажности во внутренних частях пещеры не влияет также ход этого метеоэлемента на поверхности, а также изменение давления.
Таблица 4
Средняя влажность в разных участках пещеры Мраморная, Мб.
|
Участки |
Средняя влажность |
Амплитуда |
Количество замеров |
Сv |
|
|
Поверхность |
9,9 |
8,8 |
6 |
0,27 |
|
|
Вход, перед дверью |
9,0 |
10,6 |
7 |
0,39 |
|
|
«Уравнивающая зона» |
10,9 |
1,9 |
7 |
0,05 |
|
|
«Нейтральная зона» |
Галерея сказок и зал Перестройки |
10,9 |
0,9 |
50 |
0,02 |
|
«Нейтральная зона» |
Тигровый ход |
10,9 |
1,1 |
12 |
0,03 |
|
«Нейтральная зона» |
Нижний этаж |
11,1 |
0,3 |
19 |
0,011 |
4.4 Содержание СО2 в воздухе пещеры
В различных точках пещеры отобрано 26 проб. Пробы отобраны в стеклянные пипетки ( по методике ИГН АН Украины) и проанализированы в лабораторных условиях на хроматографе «Виру-Хром» детектор-катерометр, газ - носитель - гелий, колонка - 1 - полисорб, колонка 2 - молекулярные сита СаА.
Кроме этого, произведено 37 измерений СО2 на месте портативным хроматографом «Поиск - 1», детектор - катарометр, газ - носитель - аргон. Содержание азота в воздухе пещеры колеблется от 78,45 до 79,11 об.%, кислорода от 20,16 до 21,19 об.% ( из-за близкой теплопроводности кислород выходит вместе с аргоном ). Метан и другие тяжелые углеводороды в концентрациях свыше 1 х 10 не обнаружены.
Наиболее изменчивым компонентом пещерного воздуха является углекислый газ. Его содержание колеблется от 0,03 об.% ( ближняя часть пещеры, рядом со входом ) до 1,0 об.% (тупик внизу основной галереи ).
Содержание углекислоты в воздухе пещеры не смотря на значительный размах значений в воздухе пещеры в разные сезоны , обнаруживает четкую закономерность, увеличение углекислого газа от входа в пещеру к более отдаленным в плане и по глубине участкам ее.
Содержание углекислоты плавно увеличивается от 0,67 об.% возле поверхности до 0,82 об.% в тупиковой части Зала Перестройки, и до 0,82 - 0,84 об.% в залах нижнего этажа.
Такое распределение свидетельствует об эндогенном происхождении СО2 , однако, отсутствие в составе воздуха сколько-нибудь значительных количеств тяжелых углеводородов противоречит этой гипотезе. Окончательное решение этой проблемы будет возможным только после проведения изотопного изучения воздуха пещеры, которое запланировано ввести в состав работ по наблюдению микроклимата пещеры в будущем.
Изучение состава воздуха в одних и тех же точках , но на разной высоте и в разных гидрогеологических условиях показало :
при отсутствии воды, значительных отличий в содержании СО2 на разных высотах не обнаруживается. Так в зале Перестройки, в заплотинной части содержание углекислого газа на высоте 0,1 м - 0,87 об.%; 1,0м - 0,87об.%; 2,0 м - 0,86 об.%;
в глыбовом навале Зала Перестройки содержание СО2 под глыбами - 0,73, над глыбами 0,41 об.%. Этот факт свидетельствует в пользу эндогенного происхождения;
в Балконном зале , замеры внизу у воды показали содержание СО2 - 0,71 об.%;-0,76 об.%, вверху - 0,95об.% - 1,0 об.%, это подтверждает гипотезу об активном растворении углекислого газа в пещерных условиях.
Отбор и анализ проб производился сотрудниками Киевского карстолого-спелеологического центра и инструкторами Центра спелеотуризма «ОНИКС-ТУР».
4.5 Результаты газортутной съемки.
В пещере (верхнем этаже ) проведена газортутная съемка с целью определения содержания паров ртути в воздухе полости.
Условия съемки : проводилась 11 сентября 1990 года с 19-00 до 21-00, температура воздуха на поверхности 12,6 - 13,0 гр.С , в пещере 10,2 - 8,8 гр.С, относительная влажность воздуха на поверхности 78%, в пещере 81 - 87%.
Результаты съемки приводятся в таблице 5. Точки определения ртути в воздухе показаны на рисунке 1.
Анализируя данные таблицы отмечаем, что наибольшие величины содержания ртути в воздухе обнаружено в точках 3,4,5,5а, 8, достигая величины в 1,5 ПДК ( ПДК для жилых помещений равно 300 х 10 ). Все эти точки сосредоточены в Галерее сказок, в переделах пешеходных дорожек. В удаленных от галереи сказок частях пещеры содержание ртути в воздухе уменьшается до 92 х 10 .
Повышенное содержание ртути в воздухе Галереи сказок связано , по-видимому , с техногенным заражением, локального характера. Вопрос этот требует дальнейшего изучения, а именно постановки режимных наблюдений с целью определения источников поступления ртути в воздух пещеры.
Таблица 5.
Результаты газортутной съемки
|
№№ т.т. |
П р и в я з к а |
Температу-ра воздуха, град.С |
Содержание ртути n х 10 |
|
1 |
Поверхность у входа |
12,6 |
40 |
|
2 |
Вход,перед дверью |
13 |
42 |
|
3 |
Пещера,под старым входом |
10,2 |
500 |
|
4 |
Пещера ,у колодца |
8,8 |
374 |
|
5 |
Поворот в Тигровый ход |
9,2 |
410 |
|
5а |
Тигровый ход , площадка |
9,2 |
352 |
|
6 |
Тигровый ход, поворот |
9,2 |
182 |
|
7 |
Тигровый ход, щель |
8,6 |
100 |
|
8 |
Конец пешеходной дорожки |
8,8 |
266 |
|
9 |
Обвальный зал, глыба, левая стенка |
8,8 |
142 |
|
10 |
Обвальный зал, сталагнат, левая стенка |
8,8 |
124 |
|
11 |
Плотина, 2 метра ниже |
8,8 |
174 |
|
12 |
Плотина, верх |
8,8 |
166 |
|
13 |
Концевая часть зала Перестройки |
8,8 |
62 |
|
14 |
Зал Перестройки, перед входом в нижний этаж |
9,0 |
114 |
4.6 Микробиологические исследования.
Любая пещера, посещаемая в массовом порядке, подвергается опасности загрязнения. В особенности много проблем возникает в результате растительности вокруг постоянно освещаемых частей пещеры.
Обширный опыт эксплуатации пещер в мире и небольшой в бывшем СССР свидетельствует о том, что при несоблюдении мер предосторожности пещера теряет свой первозданный облик.
Определяющими факторами появления растительности в пещере являются :
установка источников искусственного света с одной стороны и появление несвойственной пещере микрофлоры и микрофауны, которая заносится в пещеру посетителями. Нам неизвестны работы, посвященные распространению растительности в пещерах СССР . За рубежом же эти проблемы обсуждаются достаточно широко. Одна из таких работ [ ] описывает распространение так называемой ламповой флоры в пещере Барадла (Венгрия) .
В пещере Ново-Афонская ( Абхазия) растительность появилась и бурно развилась в течении менее 10 лет. Наибольшую опасность в этом мысле представляют галогеновые лампы.
С целью оценки микробиологической обстановки пещеры Мраморная проводились определения качественного и количественного состава микрофлоры грунта и воздуха. Отбор производился в пяти стационарных точках, расположенных в пределах Галереи сказок ( см. т.т. 1 - 5 на рисунке ). Кроме упомянутых точек пробы отбирались : в нижнем этаже ( Зал надежд ,т.6 ) и в Люстровом зале. В этих двух точках отбирались только пробы грунта. Отбор проб, анализ и обработка полученных материалов производились сотрудниками ИМР АН Украины.
Отбор проб грунта осуществлялся по общепринятой методике, в стерильные мешочки. После доставки проб в лабораторию определялись влажность образцов, готовилась серия последовательных разведений из проб грунта и осуществлялся посев известным образом , контроль за микробиологической обстановкой проводился в экликтивных средах:
Эшби - для выделения азотфиксирующих микроорганизмов;
МПА - для выделения гетеротрофов, развивающихся на органическом субстрате;
КАМ - для выделения актиномицетов ( в числе которых высоко содержание форм патогенных для человека и животных);
Чапека - для выделения микроскопических грибов;
Среда Тамия - для выделения микроводорослей.
Результаты исследований сведены в таблицах 6 и 7.
Кроме исследований в упомянутых точках, были исследованы образцы микрофлоры, отобранные на сталактитах и грунте в Люстровом зале. Пятна плесени на месте подземного лагеря были обнаружены здесь визуально при исследовании пещеры 16 июля 1990 года. Эта плесень состоит из микроскопических грибов, которые после предварительной индентификации были отнесены к роду
Из анализа табличных данных следует, что общая численность микроорганизмов наиболее высока в пунктах 1,2,5 ( по состоянию на 20.09.90 г.) В то же время при первом отборе ( 0.6. 0.4.90 г.) общая численность микроорганизмов наиболее высокой была в пунктах 2,5. При первых двух отборах среди изучаемых групп микрооранизмов наиболее представительными были гетеротрофные бактерии и актиномицеты. В числе гетеротрофов доминируют бациллы : Bac.megaterium, Bac.sultiles, Bac.mesentericus. Микроскопические грибы практически отсутствовали в грунте пещеры и были немногочисленны в воздухе. Микрофлора выделявшаяся на среде Тамия была предствлена, в основном, автотрофными микроорганизмами ( растущими на минеральном субстрате). Микроводоросли на период 06 .04.- 16.07.90г. обнаружены не были. Численность микроорганизмов в указанный период была на 1-2 порядка выше в грунтах , чем в воздухе.
Результаты третьего обследования, 20.09.90 г. показали : тенденция к нарастанию микроорганизмов по исследуемым группам микрофлоры сохранилась. Особенно возросла численность грибов и гетеротрофных микроорганизмов, наибольшая плотность которых отмечалась на площадке у входа. По - видимому, эта закономерность является результатом эксплуатации пещеры в качестве экскурсионного объекта.
4.7 Радиометрические исследования.
При выполнении работ использовался серийный радиометр марки СРП - 68 - 01, измеряющий жесткое гамма-излучение в мкР/час. Замеры проведены на фиксированных точках на всем протяжении пещеры от входа до верхней и нижней видовых площадок. Анализ распределения данных по радиоактивности на этом участке пещеры показал, что колебания наблюдаются в пределах от 5 ( сталагмит Мамонт) до 13 мкР/час ( на верхней видовой площадке), то есть находятся в педелах фона города Симферополя равного 12 - 15 мкР/час и даже ниже его. Несколько замеров выполненых дальше по Залу Перестройки показали содержание нсколько выше, а именно до 16 - 17 мкР/час.
Более детальные радиометрические исследования, выполненные 30.11.90 г. на верхнем участке пещеры ( от входа до нижней и верхней площадок) показали те же содержания ( в пределах 5 - 13 мк Р/час). Продолжив измерения через завал в сторону зала Перестройки и пройдя до конца зала было выявлено некотоое повышение радиоактивности от15 мкР/час ( в начале зала) до 20 -25 (в середине зала), резко повышено до 40 мкР/час у глинистого намыва и насыпи в конце зала - 27 мкР/ачс. При этом, как отчетливо видно, повышение концентрации явно связано с глиняной субстанцией, выполаживающей пол зала.
Замеры выполненные в нижней части пещеры ( в сторону Люстрового зала) показали колебание радиоактивности в пределах от 15 до 20 мк Р/час и только у драпировки перд Люстровым залом поывшены до 30 мкР/час.
Анализируя полученные данные можно отметить:
на верхнем участке пещеры установлены наиболее низкие содержания радиоактивности, не превышающие 10 - 15 мкР/час;
наиболее высокие концентрации отмечены в зале Перестройки до 40 мкР/час;
в нижней части пещеры (в сторону Люстрового зала) содержание радиоактивности примерно в 2 раза выше, чем в привходовой части пещеры и аналогично большинству замеров в зале Перестройки, за исключением глинистой насыпи;
в цело же содержание радиоактивности низкие и не представляют экологической опасности.
5. Антропогенные факторы, оказывающие влияние на микроклимат
пещеры.
Под антропогенными факторами, оказывающими влияние на микроклимат пещеры и на ее физико-географическую среду в целом автор понимает элементы вмешательства в результате оборудования и эксплуатации пещеры как экскурсионного объекта.
Само вмешательство в экологическую систему пещеры предполагает ее изменеия, но вопрос состоит в степени влияния этого антропогенного вмешательства и его последствий для хрупкой динамической системы карстовой полости. Ниже описаны факторы антропогенного вмешательства на наиболее важные элементы микроклимата пещеры и степень их влияния на сегодняшний день.
Оборудование второго искусственного входа в пещеру (начальный этап освоения пещеры).
Устройство пешеходных дорожек, протяженностью более 700 метров.
Перекрытие дверями сообщения с галереей Тигровый ход.
Искусственное электрическое освещение пещеры, его мощность, направление пучка света.
Посещаемость пещеры экскурсионными группами, увеличение его интенсивности за короткий промежуток времени ( в основном июль - август).
Все эти факторы в свою очередь в разной степени влияют на элементы микроклимата пещеры.
1. Благодаря наличию двух входов в пещеру в пивходовой части ее в пределах 5 - 6 метров от входной двери образуется локальная циркуляция воздуха в результате которой резко выделяется небольшая буферная подзона на которую оказывает влияние, как привходовая, так и основная «нейтральная части» пещеры.
Появление ледяных сталагмитов и сталактитов в привходовой части пещеры связано с появлением дополнительного воздухообмена с поверхностью за счет второго входа в полость, и является следствием большей зависимости «привходовой» зоны от изменения температуры на поверхности, по этой же причине.
Ощутимое увеличение температуры и влажности в средней части Тигрового хода объясняется как естественными причинами ( здесь она была выше в первоначальный этап исследований, т.е. до экскурсионной нагрузки) так техногенными : наличие в течение полугода двери в Тигровый ход, препятствующей воздухообмену, и , что наиболее важно сравнительно большее, чем в других галереях количество посетителей. При этом необходимо учитывать, что объемы Тигрового хода гораздо меньше, чем другие экскурсионные галереи пещеры Мраморная. Весьма характерно, что температура и влажность уменьшаются к дальней части Тигрового хода (меньше посетителей, наличие связи с поверхностью или другими ,еще не пройденными частями пещеры)
Анализируя «График среднемесячных температур...» можно сделать вывод, что повышения эти незначительные , максимально - в середине Тигрового хода до 12 град.С ( средняя для этой зоны 10 гр.С). Аналогично происходит повышение влажности в этой зоне ,как видно из «Графика изменения абсолютной влажности....» до 13 Мб ( средняя для этой точки 12,3 мб).
Производной от факта присутствия в замкнутом пространстве пещеры человека является выделение углекислого газа в процессе дыхания.
Содержание углекислого газа в пещере колеблется от 0,03 об.% ( то есть такое же как и на поверхности земли ) до 1,0 об.%, увеличиваясь к более удаленным от входа и слабо проветриваемым участкам пещеры. Но такое повышение может объясняться эндогенным происхождением углекислого газа. Вопрос увеличения концентрации углекислого газа в отдаленных и низменных участках пещеры наиболее актуален на сегодняшний период эксплуатации пещеры, так как количество экскурсантов с каждым годом увеличивается и увеличивается количество выдыхаемой углекислоты.
На содержание в воздухе других газовых примесей антропогенное вмешательство влияния не оказывает.
Оснащение пещеры электрическим освещением ( наличие осветительных Заражение носило строго локальный характер, возникло , как выясн ламп, электропроводки) привело к повышению паров ртути в воздухе пещеры ( 500 х 10). Техногенное заражение было отмечено только на одном участке экскурсионного маршрута Галереи сказок , в не посещаемый период. из-за повреждения осветительного прибора, и небольшой утечки ртути из разбитого ртутного термометра при снятии замеров температуры сотрудниками Центра. Техногенное заражение было ликвидировано в кратчайшие сроки активным проветриванием. Оснащение пещеры электроосветительным оборудованием также влияет на состояние микробиологической среды полости. За счет действия направленного пучка света на поверхность стен и натеков ( как следствие - увеличение температуры ) привело к увеличению на них количества микроорганизмов, представленных азотфиксирующими бактериями, гетеротрофами, актиномицетами, микроскопическими грибами и микроводорослями.
Оборудование пещеры для экскурсионного посещения предполагает нахождение в полости большого количества экскурсантов. Присутствие человека несомненно влияет на состояние микробиологической среды пещеры. Увеличивается содержание данных микроорганизмов в воздухе пещеры, но патогенных для человека микроорганизмов на сегодняшний день не обнаружено.
Влияния всех вышеперечисленных факторов антропогенного воздействия на повышение радиометрического фона в пещере не зафиксировано. Хотя за сотоянием данного вопроса необходим тщательный контроль, так как есть опасность техногенного заражения. Радиометрическими исследованиями установлены колебания радиоактивности от 5до 40 мкР /час, что не представляет опасности для посетителей ( фон г.Симферополя равен 12 - 15 мкР/час).
6. Меры предотвращения отрицательного воздействия антропогенных факторов на микроклимат пещеры.
Дальнейший контроль за состоянием микроклимата пещеры необходим для создания комплекса охранных мероприятий по ее охране и аналогичных пещер, которые будут впоследствии оборудоваться не только на Чатыр-Даге, но и на территории СНГ .
Изменения температуры и минерализации подземных вод, а также их загрязнения различными веществами с поверхности можно предотвратить. Для этого необходим строгий контроль инструктора Центра спелеотуризма за посещением пещеры. Загрязнению подземных вод также препятствует оборудование экскурсионных дорожек бортиками, высотой не менее 7 см, препятствующими попаданию загрязнения с бетонной пешеходной дорожки. Еженедельная обработка дорожек специальным дезинфицирующим раствором.
Предотвращению изменения температурного режима пещеры и режима влажности будет способствовать четкий контроль за состоянием доступа воздуха через второй искусственный вход в пещеру. Входная дверь должна плотно закрываться после прохода экскурсионной группы. Дверь в галерею Тигровый ход должна быть демонтирована для восстановления естественной циркуляции воздуха .
Для контроля за режимом влажности и температуры в экскурсионных галереях пещеры необходим подсчет и определение оптимальной экскурсионной нагрузки для каждого экскурсионного маршрута в отдельности. Так как они различны по протяженности и продолжительности пребывания в них экскурсионных групп. Специальные наблюдения должны проводиться за влиянием мощности электроосветительных приборов на нагрев поверхности натеков и стен пещеры.
Четкий контроль за количеством экскурсантов на различных маршрутах в пещере так же необходим для предотвращения скопления углекислого газа в воздухе пещеры. Замеры должны производиться после каждого экскурсионного дня во всех посещаемых галереях пещеры., чтобы в случае превышения нормы содержания СО2 в воздушной среде произвести анализ его происхождения и произвести проветривание данного участка пещеры. В целом же, что касается нарушения газового состава воздуха, при сколько-нибудь незначительном скоплении посторонних запахов, не свойственных для воздушной среды пещеры, необходимо немедленное проветривание и анализ газового состава воздуха.
Предотвращению техногенного загрязнения парами ртути пещерной среды способствует неукоснительное соблюдение техники безопасности при работе с любыми приборами и инструментами ее содержащими, а также теми, в состав которых входят любые концерогенные элементы, (не только ртуть). При фиксировании увеличения содержания паров ртути необходимо произвести тщательно проветривание зараженного участка пещеры.
В процессе исследований, после получения первых результатов микробиологических наблюдений в пещере Мраморная выяснился ряд мер способствующих предотвращению изменения микробиологической среды полости:
В участках, где наблюдается распространение грибковой инфекции рекомендуется влажное снятие мицелиального налета с последующей обработкой инфицированных очагов 10% раствором формалина или фенола (карболовой кислоты). Возможна также обработка бактерицидной кварцевой лампой.
Для предотвращения развития растительности в пещере рекомендуется оборудование на входной площадке участка со специальным покрытием пропитанным дезинфицирующим раствором. Здесь посетители обязаны вытирать нижнюю часть обуви;
периодически искусственно вентилировать пещеру;
периодически менять расположение светильников или по крайней мере направление потока света от того или иного источника.;
появившуюся плесень немедленно снимать и обрабатывать инфицированные участки дезинфицирующим раствором;
продолжать наблюдения за микробиологической обстановкой в пещере, разрабатывая одновременно эффективные меры борьбы с интенсивно развивающейся микрофлорой..
6. Для контроля за радиометрическим фоном в пещере должны производиться регулярные наблюдения за состоянием данного вопроса. Во избежание техногенного загрязнения необходим четкий контроль за соблюдением техники безопасности при ведении технических работ в пещере, соблюдением правил посещения экскурсионных маршрутов. Вообще же фон радиоактивности не представляет опасности для посетителей пещеры Мраморная.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Исследования микроклимата пещеры Мраморная дали богатый материал по особенности ее температурного режима, режима влажности , а также состоянием газового состава воздуха, микробиологической обстановки, радиометрического фона и тесной взаимосвязи этих компонентов. Дальнейшие наблюдения должны пополнить имеющийся банк данных и представлять собой постоянный мониторинг за микроклиматом пещеры Мраморная. Используемые приборы, имеющие недостаточно высокую чувствительность и применяемые методы наблюдений ( в присутствии человека) существенно ограничивают возможности спелеометрии для изучения тех проблем, которые в настоящее время представляют наибольший научный и практический интерес в свете развития экскурсионных комплексов на базе карстовых пещер Горного Крыма. Исследования микроклимата пещеры Мраморная выявили ряд существенных факторов влияния на него и , что очень немаловажно, позволили определить ряд мер по уменьшению степени влияния антропогенного вмешательства.
В целом же после проведенных исследований выявлено:
Вода в пещере чрезвычайно чистая, с минерализацией 0,365 г\л и температурой 8,3 - 8,6 градусов.
В процессе микроклиматических наблюдений в пещере Мраморная выявлено несколько микроклиматических зон. Первая из них - это уравновешивающая зона, которая располагается на расстоянии 20 - 30 метров от входного тоннеля. Не смотря на незначительную протяженность, эта зона имеет чрезвычайно большое значение, так в ее пределах происходят процессы уравновешивания постоянных температур и влажности внутри пещеры с таковыми на поверхности земли. Значительное влияние на микроклимат уравновешивающей зоны по прежнему оказывает влияние первоначальный (естественный) колодцеобразный вход в пещеру, а не новый искусственный как предполагалось. Но все же благодаря появлению второго искусственного входа в пещеру в пределах 5 - 6 метров от входной двери образуется небольшая буферная подзона, на которую оказывает влияние как привходовая, так и основная нейтральная части пещеры. Уравновешивающая зона имеет температуру в среднем 9,4 градуса и влажность в пределах 10,6 - 11,1 мб.
В нейтральной зоне выделяются три подзоны. Первая из них приурочена к Галерее сказок и залу Перестройки. Температура и влажность здесь, соответственно, 8,8-9,2 град. и 10,9- 11,6 мб.
Вторая подзона приурочена к ближней части Тгрового хода. Температура и влажность здесь, соответственно : 10 грС ,12,3 мб.
Третья подзона располагается в дальней части Тигрового хода. Температура и влажность здесь соответственно 9,7 - 9,8 град.С и 12 - 12,1 мб.
Ощутимое увеличение температуры и влажности в средней части Тгрового хода объясняется как естественными причинами ( здесь она была выше еще в начальный период эксплуатации , так и техногенными : наличие в течении полугода двери в Тигровый ход, препятствовавшей воздухообмену, наличие посетителей в сравнительно малом объеме полости, и , предположительно наличие осветительных ламп. Весьма характерно, что температура и влажность уменьшаются к дальней части Тигрового хода ( меньше посетителей, наличие связи с поверхностью, или другими еще непройденными частями пещеры).
Ход влажности в переходной зоне в грубо сглаженном виде повторяет ход влажности на поверхности, он практически никак не влияет на таковой во внутренних частях пещеры. На суточный и, возможно, сезонный ход температуры и влажности во внутренних частях пещеры не влияют также ход этих метеоэлементов на поверхности , а также изменения давления. На эти элементы микроклимата, в дальних частях пещеры так же не влияет поток посетителей и осветительное оборудование.
Однако, незначительное повышение температуры и влажности в отдельных участках пещеры по сравнению с начальным периодом эксплуатации свидетельствует о наличии техногенной нагрузки, которая и вызвала это повышение.
Содержание углекислого газа колеблется от 0,03 об.% ( т.е такого же как и на поверхности земли) до 1,0 об.%, увеличиваясь к более удаленным от входа и слабопроветриваемым участкам. Имеющаяся тенденция к накоплению углекислого газа в отдельных участках пещеры делает актуальным вопрос о постоянных замерах содержания СО2 в воздухе пещеры, особенно в период максимальной экскурсионной нагрузки.
Повышенное содержание паров ртути в воздухе пещеры ( 500 х 10) , характерное для отдельных точек Галереи сказок связано с техногенным локальным заражением, которое было ликвидировано активным проветриванием
Микробиологические исследования показали, что в результате эксплуатации пещеры ( влияние электрического освещения и присутствие человека) произошло распространение и увеличение в ней численности микроорганизмов, представленных азотфиксирующими бактериями, гетеротрофами, актиномицетами, микроскопическими грибами, микроводорослями. Для предотвращения развития пещерной «плесени» был определен и предпринят ряд профилактических мер.
Радиометрическими исследованиями установлены колебания радиоактивности от 5 до 40 мк Р/час, что не представляет опасности для посетителей. Некоторое повышение радиоактивности ( до 40 мкР/час) связано с глинистой субстанцией, выполняющей пол Зала Перестройки.
.Сказанное определяет основные направления исследований на ближайшие несколько лет.
Пещера Мраморная является уникальным памятником природы, действительная ее охрана и эксплуатация возможны только благодаря энтузиазму сотрудников Центра спелеотуризма «ОНИКС-ТУР». Исследования этой полости необходимы для создания комплекса мероприятий по ее охране и аналогичных пещер, которые с течением времени будут вводиться в эксплуатацию как в Украине , так и в странах СНГ.
Таблица 5.
Сводная таблица определения численности микроорганизмов в различных пробах грунта
|
Место отбора проб |
Дата отбора |
Общая численность микроорганизмов |
МПА |
Чапека |
Эшби |
КАА |
Тамия |
|
1 |
06.04. |
7.1х10 |
5.4х10 |
0 |
1.9х10 |
5.4х10 |
- |
|
16.07 |
8.3х10 |
6.2х10 |
1.9.х10 |
1.4х10 |
8.5х10 |
2.3х10 |
|
|
20.09 |
17.2х10 |
9.1х10 |
7.4х10 |
8.2х10 |
2.0х10 |
7.4х10 |
|
|
2 |
06.04 16.07 20.09 |
10.9х10 15.1х10 16.4х10 |
9.0х10 9.8х10 7.8х10 |
0 0 0 |
1.8х10 5.7х10 2.7х10 |
1.3х10 1.3х10 9.9х10 |
- 5.3х10 2.9х10 |
|
3 |
06.04 16.07 20.09 |
4.3х10 6.2х10 8.6х10 |
2.8х10 3.5х10 5.8х10 |
0 0 2.8х10 |
0 8.2х10 3.2х10 |
2.8х10 3.2х10 7.5х10 |
- 8.4х10 1.1х10 |
|
4 |
06.04 16.07 20.09 |
3.1х10 5.7х10 8.1х10 |
7.1х10 8.3х10 6.7х10 |
0 0 2.4х10 |
2.3х10 3.8х10 1.1х10 |
2.4х10 2.5х10 3.0х10 |
- 2.1х10 5.3х10 |
|
5 |
06.04 16.07 20.09 |
9.4х10 9.8х10 13.5х10 |
0 2.1х10 1.8х10 |
0 0 2.2х10 |
3.2х10 5.1х10 9.2х10 |
2.7х10 3.9х10 2.3х10 |
- 5.8х10 4.1х10 |
|
6 |
16.07 |
1.1х10 |
0 |
0 |
1.0х10 |
3.7х10 |
2.2х10 |
Таблица 6
Сводная таблица определения численности микроорганизмов
в пробах воздуха
|
Место отбора проб |
Дата отбора |
МПА |
Чапека |
Эшби |
КАА |
Тамия |
|
1 |
06.04 20.09 |
2.5х10 3.9х10 |
1.01х10 1.4х10 |
1.27х10 8.0х10 |
8.9х10 6.6х10 |
- 3.8х10 |
|
2 |
06.04 20.09 |
2.5х10 3.7х10 |
1.39х10 1.2х10 |
1.78х10 2.8х10 |
2.03х10 1.9х10 |
- 2.7х10 |
|
3 |
06.04 20.09 |
8.9х10 4.2х10 |
1.09х10 1.2х10 |
2.92х10 3.1х10 |
1.52х10 4.9х10 |
- 3.1х10 |
|
4 |
06.04 20.09 |
2.5х10 1.6х10 |
1.27х10 1.8х10 |
1.01х10 4.2х10 |
3.69х10 2.9х10 |
- 4.2х10 |
|
5 |
06.04 20.09 |
1.3х10 1.9х10 |
1.26х10 3.8х10 |
2.76х10 2.5х10 |
7.5х10 2.7х10 |
- 2.5х10 |
ЛИТЕРАТУРА
Аверкиев М.С. Метеорология.-М.: Изд-во МГУ, 1951.-С.18-29.
Алисов Б.П., Дроздов О.А. ,Рубинштейн Е.С. Курс климатологии.-Л.: Гидрометеоиздат, 1952. - 487 с.
Вахрушев Б.А., Горбатюк В.М. Гидрологические исследования и безопасность пещерных экскурсионных комплексов // Исследования карстовых пещер в целях использования их как экскурсионных объектов. - Тбилиси, 1978. - С.68-72.
Гвоздецкий Н.А. Карст. - М.: Географгиз., 1954. - С.351.
Гвоздецкий Н.А. Карстовые ландшафты. -М.: МГУ, 1979. - С. 154
Гейгер Р. Микроклимат пещер// Климат приземного слоя воздуха. - М.: Изд-во иностр.лит., 1960. - С.22-67.
Голод В.М. Методика исследования микроклимата пещер // «Пещеры Пинего - Северодвинской карстовой области».-Л.: 1974.- С.23-26.
Голод М.П., Голод В.М. Проблематика и методика микроклиматических наблюдений в пещерах // Исследования карстовых пещер в целях использования их в качестве экскурсионных объектов. - Тбилисси, 1978. - С.194-196.
ублянский В.Н. Карстовые пещеры и шахты Горного Крыма. - Л.:, Наука, 1977. -С.183
Дублянский В.Н. , Зенгига С.М., Региональные особенности развития карста Горно-Крымской карстовой области // Физическая география и геоморфология, 1970, т., с.74-79.
Дублянский В.Н.Зенгига С.М., Кулагина Т.И.,Соцкова Л.М Об отличиях в закарстовании западных и восточных яйл Крыма // Известия АН УССР, 1977, сер. Б,№8.С.684-686.
Дублянский В.Н., Илюхин В.В. Вслед за каплей воды. - М.:, Мысль, 1971.,С.206.
Дублянский В.Н. Температурный режим карбонатной толщи Главной Горной гряды Крыма // Труды МИНХ и ГП. - Вып.67. - М.:,1967. - 164-171.
Дублянский В.Н., Соцкова Л.М. Микроклимат карстовых пещер Горного Крыма // Тезисы UII Межд. спелеол.конф. Лондон. - 1977.
Дублянский В.Н., Соцкова Л.М. К методике микроклиматических исследований в карстовых полостях. - Пермь, 1981.
Дублянский В.Н., Шутов Ю.И. Газовый состав воздуха в карстовых полостях Горного Крыма / ДАН СССР, 1986. - №2.- 172-173
Климат и опасные гидро-метеорологические явления Крыма./ Под ред.Ю.А.Израэля/. - Л.: Гидрометеоиздат, 1982. - С.318.
Климчук А.Б., Яблокова Н.Л., и др. Формирование газового состава воздуха карстовых полостей Подолии и Буковины // ДАН УССР, 1984. - Сер. Б. - №2. - С.19-21.
Методика микроклиматических наблюдений в естественных и искусственных полостях ,в трещиноватых, закарстованых породах и во льдах. - Пермь, 1982. - 7с.
Методы изучения карста . - Вып.1-9. - Пермь, 1963
Подготовка объекта геотуризма на базе пещеры Мраморная //Отчет отдела гео-экологического прогнозирования ИМР АН Украины, Симферополь., 1990, С.35.
Психрометрические таблицы. - Л.: Гидрометеоиздат, 1972. - 234с.
Сапожникова С.А. Микроклимат и местный климат. - Л.: Гидрометеоиздат, 1950 ,- 242 с.
Соцкова Л.М. Микроклиматические предпосылки возможного освоения карстовых полостей Горного Крыма // Состояние, задачи и методы изучения глубинного карста СССР. - М.: 1982. - С.175-176.
Соцкова Л.М., Дублянский В.Н., Фербей Г.Г. Микроклимат карстовых полостей Горного Крыма . Симф. Гос. университет. 1989, С.-133