KONCENTRACIJA CO2 V JAMAH V ODVISNOSTI OD ZRACNE CIRKULACIJE (NA PRIMERU POSTOJNSKE JAME) (z 2 slikama v besedilu) CONCENTRATION OF CO2 IN TRE CAVES IN RELAT10N TO TRE AIR CIRCULATION (IN TRE CASE OF TRE POSTOJNA CA VE) (witih 2 Figures in Text) IVAN GAMS (Oddelek za geografijo Filozofske fakultete, Ljubljana) Referat na 6. kongresu speleologov Jugoslavije (Sežana-Lipica, 10.-15. oktober 1972) Paper presented at the 6th Yugoslav Speleological Congress (Sežana-Lipica, 10-15, October 1972) Koncentracija CO2 v jamskem zraku je zanmuva z raznih vidikov. Kjer voda odlaga sigo, uhaja iz nje po obstoječih formulah sproščeni CO2. Ce pri tem pade celokupna trdota npr. z 200 mg CaCOa/1 na 160 mg, kar je v naših jamah pri počasnejšem polzenju in kapljanju pogosto, se zmanjša ekvivalentni CO2 pri 10° C za okoli 7 mg CO2. V jamah, kjer raste obilica kapnikov in je slabotna zračna cirkulacija, bi zato pričakovali visoke koncentracije CO2. Po isti logiki bi v zaprtih špranjah in votlinah, skozi katere prehaja sigotvorna kapnica, koncentracija CO2 tako narasla, da bi preprečila nadaljno tvorbo sige zaradi izenačenega parcialnega pritiska CO2 v zraku in v vodi. Toda v praksi naletimo v raznih usekih v apnence na številne, povsem s sigo zapolnjene v,otlinice. V novejšem času je koncentracija CO2 zanimiva za speleoterapijo. Trdijo, da je v jamah, v katerih zdravijo paciente, več CO2 in manj kisika. Zato mora pacient, ki boleha na dihalih, hitreje dihati, z večjo količino zraka pa gre skozi pljuča tudi več kalcijevih ionov in drugih zdravilnih elementov jamskega zraka (K. H. S p a n n a g e l , 1969). V tako obiskovanih jamah, kot je Postojnska, v kateri se letno zadržuje tri četrt milijona turistov, je vprašanje koncentracije ogljikovega dvokisa tudi vprašanje zdravega okolja. Saj jamskih prostorov, v katerih je v Belgiji po več desetkrat več CO2 kot v prostem ozračju (E k et al., 1968 a), ne moremo zračiti kot običajne dvorane. V krasoslovni literaturi je pojav CO2 v kraških jamah vkljub obilici posa- meznih meritev nedognano vprašanje. Premalo je še meritev vzdolž jam, glede na vertikalno stratifikacijo ter letni čas, vse v odvisnosti od ostalih prirodnih pogojev jamskega okolja (več o meritvah J. Gam s, 1970, 36). Doslej je bila v Postojnski jami koncentracija merjena samo v časovni dimenziji. Od aprila 1963 do konca marca 1964 je bila vsakih 14 dni merjena koncentracija CO2 v Rovu Biospeleološke postaje pred vrati in izza njih pri vodnih bazenih ter v Pralnici. Titrimetrično določevanje CO2 je potekalo s pomočjo reagentov baritovice, oksalne kisline in fenolftaleina po metodi in z instrumentarijem, kot ga je posredoval Oddelek za anorgansko kemijo FNT univerze v Ljubljani. Zrak za analizo je bil vzet 1 m nad tlemi. Ugotovljene so bile razmeroma nizke kon- centracije, ki so na omenjenih treh mestih nihale dokaj vzporedno in v razponu od 0,03 do 0,15 O/o prostornine zraka. Nizke vrednosti so bile pozimi in spomladi, višje poleti in jeseni. V nasprotju s pričakovanjem je nihala koncentracija CO2 v vse leto zaprti Biospeleološki postaji podobno kot v odprtem Glavnem rovu (I. G a ms , 1968). Da bi poglobili znanje o koncentraciji CO2 v globini jame ter v vertikalni stratifikaciji, so bile meritve v Postojnski jami obnovljene v l. 1972. Omogočil jih je Zavod Postojnske jame, ki je nabavil lahko prenosno aparaturo tvrdke Drager ter cevke, ki z reagenti hydrazin in redoxin-indikator na mestu meritev 185 4 Acta carsologica VI, 1974 določujejo vsebnost C02. Ta metoda sicer ni najcenej.ša, a je od vseh, ki jih v svetu uporabljajo (glej: l. E k et al., 1968 a), najhitrejša. Prve meritve vzdolž jame so bile oprnvljene 4. aprila 1972, ko se je kon- čavala zimska zračna cirkulacija. Tedaj je bilo pričakovati najnižje vrednosti. Zaradi epidemije črnih koz marca in v začetku aprila 1972 je bil turistični obisk jame izredno slab. Nekaj dni prej je bil zmeren dež. Ker je bila ob gh na ploščadi pred jamo zračna temperatura le 6,8° C, je pihal v jamo zjutraj veter, ki je opoldne pojenjaval. čeprav se je zrak med potjo po Glavnem rovu segreval, je relativna vlaga dosegla 100 °/o, kot po navadi, že pri Slonovi glavi. Severno od Razpotja so bile v Glavnem rovu temperature nad 9° C, v Brezimnem rovu 9,2°. Tako visoke temperature ob tem času po l. 1963 še niso bile zabeležene (J. Gam s, 1970). Odpira se vprašanje, ali se turistični del jame počasi segreva zaradi turističnega obiska in pogonov ter električne razsvetljave ali zaradi dvoj- nega vhoda, ali zaradi splošne otoplitve ozračja. Drugi kanal, skozi katerega je ta dan vdiral zunanji zrak v Stare jame, je Jama podzemeljske Pivke, iz katere se hladni zrak preliva skozi Spodnji Tartar proti Koncertni dvorarn in Veliki gori. Izmerjene koncentracije en meter nad tlemi za 8. IV. 1972 prikazuje pod. l. Glavni hodnik od Pivške jame do Velike gore ni imel povečane koncentracije C02 - 0,03 'J/o. Večji delež je C02 zavzemal v nadaljnih starih jamah in sicer 0,4 O/o. Po dosedanjih temperaturnih meritvah se je pokazala črna jama kot samosvoja zračna celica z naihladnejšim zrakom; tako mesto zavzema tudi glede C02. Ob temperaturi 4,2° C je znašala koncentracija le 0,02 ~/o, kar je manj kot v prosti atmosferi (v gozdu koleba med 0,0305 podnevi in 0,0320 ponoči, pa tudi med letom). To bi lahko tolmačili kot mersko napako, vendar so krasoslovci našli take primere tudi drugod (C. E k et al., 1968 b). Zato je treba računati z nezna- nimi redukcijskimi procesi C02 v jamskem zraku. Zaradi ugotovitve iz Topolce, da so tam tik nad vodno gladino zelo povečane koncentracije C02 (do 5 0/o), ki utegnejo biti smrtne za potapljače {H. Kes - s 1 er, 1969), smo merili na koncu Spodm.jega Tartara 5 in 150 cm nad gladino Pivke. Pokazalo se je nasprotno kakor so pričakovali. Niže je bila koncentracija 0,03, više pa 0,05 °/o, kar si je mogoče razlagati z gibanjem zraka tik nad vodo vzdolž vodnega toka, više pa v smeri proti Tartaru. Ponovno je bila Postojnska jama premerjena ob višku turistične se2Jone 16. VII. 1972. Tedaj je bilo razmeroma hladno in rahlo deževno vreme. Vkljub temu je prihajal zunanji zrak skozi dihalnik na koncu Bre2iimnega rova in tekel po Glavnem hodniku prek Razpotja proti Pivški dvorani. V tem letnem času se običajno zrak na tej poti ohlaja, ta dan pa se je ogreval in imel sredi Brezimnega rova 9,4°, pri Slonovi glavi pa 9,9° C (pod. 2). Relativna vlažnost je bila 98-100'~/o. Koncentracije C02 so bile to pot znatno višje kot aprila, kar je bilo pričakovati. V že omenjenem vetrovnem kanalu je znašala od 0,07 v Brezimnem rovu do 0,26 °/o pri Slonovi glavi. V ostalem delu Starih jam je prevladovala koncentracija 0,08 O/o, v Črni jami in v Kapelici v Pivki jami pa rahlo nižja (0,07 oziroma 0,06 %). Nižja je bila tudi v Lepih jamah, v Ruskem rovu, na Veliki gori in v Koncertni dvorani. Ker se tu najbolj zadržujejo in pešačijo turisti, bi pričakovali večje koncentracije kot tam, kjer se vozijo z vlakom. Meritve pa so pokazale narobe, kar ne govori za domnevo, da bi turistične množice bistveno povečale vsebnost C02 v jami. Visoka koncentracija je bila ugotovljena v naj- 186 POSTOJNSKA JAMA O 100 · 200 300 AOO 500m 8.IV.1972 9 16 - °C - TE M P E R A T U R A Z R A K A ~ - 'Xoco 2 ~-- --+- -VETER ! 1 1 + l 1 1 1 ~) POD. 1 POSTOJNSKA JAMA 100 200 300 400 soorn 16 V 1 1. 9, 2 - 0 c O 3 - o/oo C O 2 1 9 7 2 i 1 ~j ---- POD. 2 Ivan Gams, Koncentracija CO, v jamah v odvisnosti od zračne cirkulacije ... 7 severnejšem delu Pisanega rova, v končni dvorani izza železnih lestev. Slab meter nad tlemi v kotanji smo namerili koncentracijo 0,18 °/o, pri temp. 7,0 9/o C. Da bi osvetlili izvor CO2 v dokaj osamljenih delih jame in njegovo verti- kalno slojevitost, je bilo opravljenih 3. X. 1972 več meritev. Zunanja tempe- ratura se je ta dan spreminjala od 5,2° do 11,4° C. Opoldne je rahlo pihal veter po Glavnem hodniku proti Razpotju in Brezimnemu rovu. Koncentracija CO2 je bila enaka v Biospeleološki postaji, ki je stalno zaprta z lesenimi vrati (0,06 O/o pri temp. 8,7° C) kot v vetrovnem Brezimnem rovu (t. 9,7° C). Pred vhodom v Pisani rov je bila temperatura v Glavnem hodniku 9,5°, na začetku Pisanega rova pa le 8,5° C. Čeprav leži ta rov više, je pihala iz njega le zelo rahla sapa in še to neredno, kar govori za to, da se zračne gmote v posameznih oddvojenih delih jame, če niso odprti navzven z dihalniki in zato vewovni, samo zaradi tempe- raturne razlike le zelo slabo mešajo. Globlje v Pisani rov je do Dvorane pagod zračna temperatura padla na 8,2°. V končni dvoralili severno od želeZJD.ih lestev, je bila merjena koncentracija 10 cm nad tlemi v dnu treh kotanj. V najsevernejši je znašala 0,9 , v srednji 0,42 in ob južnem koncu dvorane 0,21 °/o, kar je največ v vsej jami. Pod stropom dobrih 10 m više, sta bili dve meritvi, ki sta ugotovili koncentracijo 0,17 in 0,15 °/o. Imamo torej opravka s stratifikacijo CO2, kar bi pričakovali glede na večjo specifično težo tega plina. Temperaturna stratifikacija je bila manj izrazita; zrak je imel pri tleh 8,1 °, pod stropom pa 8,2° C. Da zgornji sloj ni miroval, je pričala rahla sapa skozi votlino nad železnimi lestvami proti Dvorani podrtih kapnikov. K vprašanju, zakaj je v tem delu Postojnske jame povečana koncentracija CO2, je mogoče navesti naslednja opažanja. Da sama izoliranost končne dvorane in povezava s sosednjo dvorano z ožino pod stropom ne more biti glavni razlog, priča primerjava z Ozkim rovom. 8. IV. 1972 je bila v njegovem nižjem koncu nizka koncentracija (0,03 O/o). Ker je končna dvorana Pisanega rova mestoma blatna in ker vemo, da v vlažni ilovici delujejo mikroorganizmi, bi mogli njim pripisati večjo koncentracijo. Ilovica se nadaljuje še globoko pod sigovo prevleko dna in bloki apnenca, kar je ugotovil že Go spod ari č (1962) in o čemer govorijo tudi številni podrti kapniki. Padl,i so na posedajočem se dnu večinoma proti sredi globoko ud.rtih kotanj. Na obrobju zasiganega dna so razpoke široke do 30 cm. Pod stezo, ki se vzpenja proti izhodu iz dvorane, je videti v svežem ugrezu mestoma fluvialno sortiran flišni pesek. T,oda domneve, da je blatna ilovica vzrok povečane koncentracije, ne potrjuje meritev v kratkem rovu, ki so ga pretežno v ilovico skopali l. 1964, da bi izsilili nadaljevanje jame. V njem je bila za dvorano običajna koncentracija 0,23 °/o. Domneve, da CO2 uhaja iz sigotvorne kapnice, meritve ntso potvdile. Tik nad vodno gladino trajne banjice je bila 3. X. 1972 izmerjena koncentraoija 0,21, na drugem, suhem kraju pa, prav tako v dnu kotanje, 0,4 O/o. Tu pa kapnica ni sigotvorna, temveč celo razžira stare kapnike in apnenec. Ker pa je kapnica na višjih robovih dvorane, kjer je koncentracija CO2 manjša, povsod sigotvorna, se ponuja razlaga, da prav ta koncentracija določuje sigotvornost odnosno agresivnost kapnice. Vendar je kapnica agresivna le na omejenem prostoru, medtem ko ima povečane koncen- tracije CO2 vse nižje dno dvorane. Ker torej naše meritve niso potrdile omenjene domneve iz tuje literature, tudi ne zveze med temperaturo zraka in koncentracijo CO2 (C. E k et al., 1969 b), 189 8 Acta carso!ogica VI, 1974 imam za najverjetnejšo razlago, da k imenovanim povečanim koncentracijam C02 v Postojnski jami bistveno pripomore prehajanje C02 iz globokih, z zemljo napolnjenih kotanj na površju skozi tanki strop v votlino, kjer njen strop ni zasigan. Takšen, poln odprtih špranj, je tudi strop v končni dvorani Pisanega rova, kjer tudi razpršeno, a trajno kapljanje govori za debelo zemljo nad tankim stropovjem. Pri drobnozrnatem sedimentu namreč talna vlaga pri pro- diranju v globino izstiskuje biogeni C02 v razpoke v skalni podlagi. S to razlago si moremo pojasniti tudi razmere, ugotovljene v Rovu za Veliko goro dne 3. X. 1972. Ta dan je na vrhu Velike gore nad vodno gladino ponvice ter 3 m više, bila enaka koncentracija C02 - 0,1 '°/o pri razmeroma visoki temperaturi 10,3°. Ker se vzpenjajo na Goro turistične množice in ker je ta plin težji, bi pričakovali v njenem podnožju povečane koncentracije. Toda v več metrov globokem ilovnatem lijaku pod Goro v Ruskem rovu, kjer se izjemoma še pojavi podzemelj1ska Pivka, je znašala 16. VII. 1972 10 cm nad tlemi koncentracija le 0,09 °/o C02. Tik pod pobočjem Velike gore je 3. X. 1972 znašala ta koncentracija na začetku Rova za Veliko goro 10 cm nad tlemi 0,130/o (pri temp. 8,6°), v končnem delu pa le malo več, 0,16 °/o, pri nižji temperaturi (8,1° C). Povečana koncentracija v končnem delu, nižja temperatura in najdba paleolitskih sledov (Brodar, 1966) so verjetno posledica istega vzroka, bližine površja, oziroma zdaj z zemljo zapolnjenega rova, skozi katerega je prihajal pračlovek v jamo. Tudi v tem rovu strop ni zasigan, temveč so v njem odprte špranje. Kot preliminarne zaključke meritev C02 v Postojnski jami moremo navesti naslednje. V primeri z drugimi jamami, kjer so merili koncentracijo C02, ima Postojnska jama nizek delež C02, to domnevno zaradi znatne zračne cirkulacije v glavnih rovih. Kadar piha zrak v Stare jame skozi Glavni vhod, kar je v času zimske cirkulacije, je koncentracija C02 znatno manjša kot tedaj, kadar med poletno cirkulacijo zrak prihaja skozi dihalnike. Kot poprej temperaturne meritve (G a ms , 1970), so to pot tudi meritve C02 pokazale predvsem na dva kanala zračnega kroženja. Prvi povezuje Glavni vhod in Glavni hodnik z Brezimnim rovom, na koncu katerega so večji dihalniki. Drugi kanal veže Jamo podzemeljske Pivke, Spodnji Tartar, Koncertno dvorano, Veliko Goro, Lepe jame in Ruski rov. Poglavitni dihalniki v tem kanalu so ob boku Lepih jam in pri trafopostaji ter v Koncertni dvorani. Z o.zirom na še vedno odprto vprašanje o poreklu C02 v jamah, kot ga nakazuje novejša literatura, kažejo meritve v Postojnski jami na to, da prispeva močan delež organogeni C02 v zemlji, ki vdira v votlino skozi razpokani strop in se zadržuje v kotanjah predvsem tam, kjer je oslabljena zračna cirkulacija. Iz tega razloga namerijo večje koncentracije C02 v jamah, ki so plitvo pod pokritim krasom, v njih pa posebno v špranjah (C. E k et al., 1969 b). Čeprav je deležna Postojnska jama največjega turističnega prometa na svetu, v jami z živahno zračno cirkulacijo večjega vpliva človeka na vsebnost C02 v jamskem zraku ni mogoče potrditi. 190 Ivan Gams, Koncentracija CO, v jamah v odvisnosti od zračne cirkulacije ... 9 Summary CONCENTRATION OF THE CO2 IN THE CAVES IN RELATION TO THE AIR CIRCULATION (IN THE CASE OF THE POSTOJNA CAVE) The measurements of C02 every 14th day in the years 1963/64 on three spots have established the similar course of the C02 concentration in the closed channel of the Biospeleological station as well as in the windy main channel of the Postojna cave (G a ms , 1968). The measurements at the end of the winter air circulation on the 3th of April, 1972 shown on the first sketch (plan of the Postojna cave) have found in the first part of the tourist cave only 0,3 O/o and in the last part 0,4 O/o of C02. The concentration of C02 in the 16th of July 1972 was much higher (see the second sketch) in the channels, where the tourist visitors crowded as well as in the non visited side channels. The similar summer and early fall increase of the concentration of C02 was measured also in the years 1963 and 1964 and is not influenced signifi- cantly by ¾ of million of visitors in the year. This paper refuses the idea of the emision of C02 from the water depositing flowstone and dripstone as the main source of the C02 in the cave air. The measurements with the devices Drager on the 3rd of October 1972 have found the highest concentration at the end of the side channel called Pisani rov. Ten centimetres above the level in the funnel-like depres- sions was 0,23, 0,2 and 0,4 ~/o of C02. Similar concentration has been found also at the end of the blind channel behind the Velika gora (Big Great mountain). The analysis of the environment in these channels leads to the conclusions that the higher concentration is due to the closer connection of the cave air with the soil C02 on the surface above the thin ceiling. Penetrating downward the moisture forces the lower soil C02 to escape through the rock fissures in the cave ceiling. Due to the low air temperatures and hampered air circulation the higher C02 circulation is stagnated in the depressions at the bottom of the blind channels. Literatura Brodar, S., 1966. Pleistocenski sedimenti in paleolitska najdišča v Postojnski jami. Poročila - Acta Carsologica 4, Ljubljana. E k, C. et al., 1969 a. Teneur en C02 de l'air de quelques grottes belges. Technique employee et premiers resultats. Annales de Speleologie, R. 23, f. l. - 1969 b. Some analyses of the C02 content of the air in five Polish caves. Zeitschrift f. Geomorphologie, Neue Folge, B. 13, 1969, H. 3. Gam s, I., 1968. Uber die Faktoren, die die Intensitat der Sintersedimentation bestimmen. Proceedings of the 4th Int. Congress of Speleologiy in Yugoslavija, T. III, Ljubljana. 1970. Zračna cirkulacija kot del jamskega okolja na primeru Postojnske jame. Peti jugoslovanski speleološki kongres, Skopje i Ohrid, Skopje. 1971. Konimetrične meritve v Postojnski jami in vprašanje speleoterapevtskega raziskovanja pri nas. Naše jame 12 (1970), Ljubljana. Go spod ari č, R., 1963. K poznavanju Postojnske jame - Pisani rov. Naše jame 4 (1962), Ljubljana. K e s s 1 er, H., 1969. Problemy vyskumu speleo-mikroklimu v madjarskih jaskiniach. Zbornik vychodoslovenskeho muzea v Košiciach A, Geol. vedy, Kašice. S p a n nage 1, K. H., 1969. Erfahrungen mit Therapie des Astmas in der Kluter- thohle (BDR). Zbornik vychodoslovenskeho muzea v Košiciach A, Geologicke vedy, Košice. 191 10 Diskusija M. M ar k u 1 i n : Acta carsologica VI, 1974 Slobodan sam upitati predavača da-li mu je poznato, da medicinski stručnjaci u nekim zemljama preporučuju liječenje u nekim jamama - astma - speleoterapija. Ima li to veze sa sastavom zraka u jamama - koncentracijom C02 i vlažnost zraka i drugim faktorima? Odgovor (I. Gam s): Speleoterapevtsko izkoriščajo jame v ZR Nemčiji, na Madžarskem, v Italiji (več o tem v Zborniku Vychodoslovenskeh6 Muzea v Košicah, 1969). Večja koncentracija C02 pospeši dihanje in s tem vdihovanje zdravilnih elementov. 192