Энциклопедия Челябинской области

главнаяэнциклопедияэнциклопедия новаяобъявления
Точный Средний Глубокий

Микроклимат пещер

Микроклимат пещер, совокупность микроклимат. элементов (темп-ра, влажность, скорость движения и газовый состав воздуха) в подземных полостях. Зависит преим. от геогр. расположения подземных полостей (широта, высота над ур. м., климат. зона) и особенностей их морфологич. строения. Большое влияние на М. п. оказывают поступающие в пещеры карстовые воды и циркуляция возд. потоков. М. п. бывает 3 типов: статич. (постоянные климат. условия на протяжении длит. периода времени), статодинамич. (переходные) и динамич. (с резким изменением метеорологич. компонентов в теч. коротких интервалов времени). При проведении регулярных наблюдений за М. п. определяются объемная масса воздуха, параметры воздухообмена, расход возд. потока в разные сезоны года, виды движения воздуха (ламинарное, турбулентное) и пр., оцениваются потенциальные возможности конденсации и испарения, газовый режим и т. д. Это позволяет выделить различные типы и подтипы подземных полостей: «теплые» и «холодные», динамич., статич. и др. В известных к наст. времени пещерах Чел. обл. отмечены все типы микроклимата.

Статический тип характерен для т. н. холодных мешков (колодцы и шахты, а также пещеры-поноры с уходящим вниз полом) и теплых мешков (слепые подземные полости довольно большого объема с 1 широким входом). Зимой охлажд. (и поэтому более плотный) воздух с поверхности земли заполняет подземные полости до уровня входа; летом теплый воздух прогревает только верх. части пещер, ниж. прогреваются очень медленно за счет теплопередачи (через стенки) и конвекции. Ср. год. темп-ра воздуха в таких полостях обычно не выше +3...+4 °C, в зимний период -3...-6 °C; в них происходит сезонное накопление пещерного льда, иногда с участками вечной мерзлоты и многолетних подземных ледников объемом в десятки и сотни кубич. метров. К числу полостей со значит. накоплением льда в привходовых частях относятся пещеры и шахты: Киселевская, Комсомольская, Олимпийская, Сухая Атя, Шаламовская (Ашинский район); Белая Царица, Водяная, Колокольная, Майская, Эссюмская (Катав-Ивановский район); Сугомакская (Кыштымский гор. округ); Глиняная, Холодная, Шемахинская-1, Шемахинская-2 (Нязепетровский район); Большой Жемеряк, Казачий Стан, М. Жемеряк, Притон (Увельский район). В них снежно-ледовые массы сохраняются до середины (иногда до конца) лета. Участки вечной мерзлоты и многолетних подземных ледников отмечены в пещерах и шахтах Южная (Агаповский район), Ледяная Яма, Снежинка (Ашинский район), Ледяной Провал (Нязепетровский район), Большая Покровская Яма, Кургазакская, Сухокаменская, Юношеский грот (Саткинский район). Небольшой многолетний ледник имеется в привходовом гроте пещеры Сухая Атя. Возникновение подземного ледника в пещере Сухокаменской было обусловлено антропогенным фактором: при стр-ве Блиновской бокситовой шахты и последующей эксплуатации Юж.-Урал. бокситовых рудников у входного отверстия полости была возведена бетонная дамба-перемычка, препятствующая попаданию в пещеру вод р. Каменки; это резко изменило температурный режим пещеры, вследствие чего в ней образовался «холодный мешок» и начался интенсивный рост ледника. Особый интерес представляет пещера-шахта Снежинка, располож. на Шалашовско-Миньярском плато, в районе бывшей дер. Старо-Шалашово Ашин. р-на: здесь в обширном провале зимой скапливается большая масса снега, к-рый затем проходит все стадии преобразования (снег — фирн — лед). «Теплыми мешками» являются пещеры — бывшие источники, где пол идет наклонно вверх; летом они хорошо прогреваются, зимой охлаждаются постепенно, через стенки. Такие полости всегда сухие (влажность незначит.), среднегод. темп-ра воздуха в них +8...+10 °C, в летние периоды +14...+16 °C. К числу «теплых» на терр. Чел. обл. относятся полости: Бадера О. Н. пещера. Капканная (Точилинская-4), Туннельный грот, Чапаевская (Ашинский район); Большой Серпиевский грот, Игнатиевская, Радужная (Катав-Ивановский район); Ласточкино Гнездо, Привальный грот, Сергия Радонежского (Саткинский район); Большая Усть-Катавская, Костровая, Овечья (Усть-Катавский гор. округ), а также др. многочисл., небольшие по размерам, пещеры и гроты по берегам рр. Ай, Багаряк, Сим, Увелька, Урал, Уфа и Юрюзань. Именно такие — небольшие по размерам, «теплые» — пещеры и гроты использовались древними людьми в качестве кратковрем. стоянок или долговрем. жилищ, подземных святилищ и мест захоронения. В них археологами обнаружены культ. слои с многочисл. следами пребывания первобытных людей (палеонтологич. костный мат-л, нам., костяные, бронз. и жел. орудия труда и охоты, украшения из камня, кости, металла, керамика и т. д.). Темп-ра воздуха пещеры зависит от морфологич. особенностей ее строения, размеров входа и самой полости, глубины залегания ее в массиве, положения входа по отношению к господствующим ветрам, климат. условий региона. В небольших пещерах обмен воздуха происходит непрерывно, влияние наружной темп-ры существенно, микроклимат почти не отличается от наружного. В больших полостях с разветвл. системой ходов и гротов влияние наружного климата на микроклимат дальней части очень незначит. Длинные пещеры по температурному режиму делятся на 2 зоны: уравнивающую и нейтральную. В уравнивающей, располож. в привходовой части (ее длина зависит от морфологии полости, обычно 10—40 м), фиксируются суточные и месячные изменения темп-ры и влажности воздуха. Нейтральная захватывает всю остальную часть пещеры, в ней фиксируется лишь год. ход микроклимат. элементов. Относит. влажность воздуха в нейтральных зонах карстовых полостей всех типов близка к 100%, темп-ра воздуха сравнительно стабильная и положит. в разные сезоны года. Влияние морфологич. строения подземных полостей на их температурный режим хорошо видно на примере пещеры Колокольной (Серпиевской-2) дл. 198 м, располож. на зап. склоне Юж. Урала. При темп-ре наружного воздуха +22,5 °C в ближней части пещеры с небольшим отрицат. наклоном пола отмечена темп-ра +2 °C; в ср., наиб. низкой, части -2 °C; в дальней, где пол резко повышается, +12 °C. Кроме того, в ср. части свод галереи пещеры нарушен трещинами и каминами, через к-рые сюда проникает холодный воздух с наземного плато. Т. о., на протяжении 85 м темп-ра воздуха в пещере изменяется на 14° (от -2 до +12 °C).

Динамический тип микроклимата характерен для подземных полостей с 2 и более входами или пещер, гл. галереи к-рых соединены с поверхностью узкими трещинами. Здесь движение воздуха обусловлено перепадом давления на участке между входными отверстиями и выходами трещин на поверхность массива (на разных уровнях). Скорость и направление возд. потока зависят от плотности и темп-ры наружного и подземного воздуха, а также от морфологич. особенностей полостей. Весной и осенью, когда темп-ра снаружи и внутри полости примерно одинакова, движение воздуха в пещерах ослабевает, а иногда на непродолжит. период (7—14 дней) прекращается. Для горизонтальных пещер характерно сезонное изменение в циркуляции возд. потоков. Зимой, когда темп-ра наружного воздуха значит. ниже темп-ры подземного, холодные массы поступают внутрь пещеры. Более теплый пещерный воздух по трещинам и органным трубам вытесняется вверх. При выходе на поверхность он на морозе превращается в иней и ледяные кристаллы, образует струю «морозного тумана». Подобные явления можно часто наблюдать на карстовых полях и плато в Ашин. (Шалашовско-Миньярское плато), Нязепетров. (Шемахинское карстовое поле), а также Агапов. и Увел. р-нах с большим кол-вом карстовых воронок и пещер. В теплое время года, наоборот, холодный подземный воздух выходит из ниж. горизонтальных галерей наружу, одноврем. по вертикальным полостям и трещинам в пещеру поступает более теплый наружный воздух, к-рый в подземных полостях постепенно охлаждается, что способствует повышению влажности (иногда до 100%). Этот процесс хорошо иллюстрируется т. н. феноменом «холодной струи», выходящей из карстовой расщелины у подножия горы, вмещающей пещеру Сухая Атя. Кроме сезонных движений потоков воздуха в подземных полостях наблюдаются и суточные. Скорость их движения зависит от различных факторов, особенностей строения полости, изменяется от 0,005 (в слепых замкнутых полостях — «теплых» и «холодных» мешках) до 5—8 м/с (в полостях с неск. входами или сквозных). К таким полостям относятся пещеры: Змейка, Сквозная (Катав-Ивановский район); Бирюкова В. П. пещера, Гофмана Э. К. пещера, Сквозная (Улуирская), Сысоева А. Д. пещера (Саткинский район); Ветровая, Каз. Стан (Увельский район) и ряд др., более мелких по р. Сухарыш. Воздухообмен в таких пещерах происходит до 15—25 раз в сутки, а в узких трещинных шахтах вблизи бровок обрывов и в сужениях осн. галерей — до 70—120 раз. Почти для всех значит. подземных полостей Чел. обл. характерна высокая влажность воздуха (ок. 100%) в их дальних частях. К таковым относятся пещеры: Киселевская, Комсомольская, Плутония, Сухая Атя (Ашинский район); Игнатиевская, Косолапкина, Соломенная, Эссюмская (Катав-Ивановский район); Шемахинская-1, -2 (Нязепетровский район); Аверкиева Яма, Кургазакская (Саткинский район); Верхняя Провальная Яма и Нижняя Провальная Яма (Усть-Катавский гор. округ). По составу воздух пещер неск. отличается от атм. В большинстве карстовых полостей, залож. в массивах карбонатных пород, фоновое содержание CO2 (углекислого газа) 0,3—0,5%, т. е. в 10—15 раз выше, чем в атм. воздухе. Концентрация CO2 в пещерах обычно не достигает опасных для жизни значений (3,0—4,0%), но часто превышает нормы, принятые для рудничного воздуха (1,0%). Осн. источником углекислоты являются инфильтрационные воды, а также протекающие в пещерах окислит. процессы (разложение органич. веществ и остатков). В зонах крупных глубинных тектонич. разломов в воздухе пещер отмечается повыш. содержание азота и метана, что объясняется притоком газа азотно-углекислого и азотно-метанового состава из глубинных частей земли. В пещерах Чел. обл. концентрация составных элементов воздуха не превышает фоновых значений для карстовых полостей. Но в отд. случаях отмечаются аномалии. Напр., после пребывания в пещере Соломенной более 6—8 ч у людей начинается головная боль, снижается кровяное давление, появляются тошнота и дрожание мышц, что объясняется повыш. содержанием в подземном воздухе сернистого газа (пещера заложена в массиве известняков с многочисл. включениями соединений серы). Повыш. содержание CO2 наблюдается в верх. тупиковом (Голубином) ходу Юнош. грота, где гнездятся дикие голуби и скопилось значит. кол-во продуктов их жизнедеятельности; кроме того, стены и потолок покрыты толстым слоем монд-мильха («лунного молока»), в образовании к-рого участвуют бактерии. Проведение микроклимат. наблюдений в пещерах необходимо для решения ряда теоретич. вопросов спелеологии, позволяет рассчитать общий и сезонные тепловые балансы отд. подземных полостей, определить тепловой баланс массива, оценить тенденции изменений подземного микроклимата, влияние его на формирование карстовых полостей, натечных, кристаллич. и рыхлых отложений, пещерного льда, дать характеристику отд. компонентов подземного ландшафта, определить условия пребывания под землей человека и различных ж-ных. Без таких наблюдений невозможны проектирование и эксплуатация пещерных туристич.-экскурсионных комплексов, разработка меропр. по сохранению пещерного льда. Особенно важно сохранение микроклимата в полостях с настенными росписями (Игнатиевская и Колокольная) для спасения их от разрушения. Известно, что М. п. является мощным леч. фактором. Холодные пещеры могут быть использованы для лечения хронич. бронхита, конституционно-аллергич. и инфекционно-аллергич. бронхиальной астмы. Лечению дыхат. путей способствуют чистота подземного пещерного воздуха, содержащего аэрозоли кальция и магния, постоянная влажность, тишина, а иногда и неск. повыш. ионизация. Изучением М. п. Чел. обл. в 1950-х гг. занимался карстовед из ЧГПИ А. Д. Сысоев. Им были проведены исслед. температурного режима и токов воздуха в 75 полостях. В нач. 1960-х гг. в отд. пещерах области проводили наблюдения спелеологи из Свердловска. В 1970 группа чел. спелеологов организовала 3-сут подземный лагерь в пещере Верх. Провальная Яма и осуществила непрерывный цикл микроклимат. наблюдений. Зимой 1972/73 в теч. 6 сут микроклимат пещеры Киселевской изучался группой юных спелеологов из секции «Данко» чел. Дворца пионеров и школьников им. Н. К. Крупской (рук. С. М. Баранов). В целом же микроклимат подземных полостей Чел. обл. к наст. времени изучен недостаточно.

Вы можете дополнить или исправить текст, добавить фотографии и ссылки - правка
Поделиться:
    
Комментарии
Нет комментариев
Добавить комментарий
Имя(2-40 символов)
Комментарий(10-500 символов)
Энциклопедия Челябинской области
Яндекс.Метрика