63 Vpliv zunanje temperature na koncentracijo radona v Postojnski jami Asta Gregorič * , Janja Vaupotič * in Stanka Šebela ** Povzetek Kontinuirne meritve koncentracije radona na dveh merilnih mestih, v Lepih jamah in na najnižji toč ki, kažejo v grobem na enoten letni ciklus z višjimi poletnimi (med okrog 4 in 6 kBq m –3 ) in nižjimi zimskimi koncentracijami radona (med 1 in 2 kBq m –3 ). Obe merilni mesti se razlikujeta po geomorfoloških znač ilnostih rovov, kar vpliva na lokalno gibanje zrač nih mas v različ nih letnih obdobjih. Največ ji vpliv na kroženje zraka v jami ima spreminjanje temperature zunanjega zraka. Uvod V Postojnski jami, ki je najdaljša in najbolj obiskana kraška jama v Sloveniji, potekajo meritve naravnega radioaktivnega plina radona (222Rn) že od leta 1995 (Vaupotič et al., 2001). Znano je namreč , da se radon zaradi slabe prezrač enosti kopič i v rudnikih in kraških jamah in je lahko potencialno zdravstveno tveganje predvsem za vodič e, ki se v jami zadržujejo največ č asa. Od leta 2005 merimo koncentracijo radona s kontinuirnimi merilniki na Veliki gori (P1) in v Lepih jamah (P2), od 2010 v Pisanem rovu in dodatno od zač etka leta 2011 na najnižji toč ki turistič nega dela jame (NT) (Gregorič in Vaupotič , 2011; Gregorič et al., 2011). Vzporedno z meritvami radona potekajo od leta 2008 tudi kontinuirne meritve temperature na merilnih mestih P1 in P2 (Šebela in Turk, 2011a). Zaradi velike dolžine rovov, velikih vhodov na različ nih višinah, ponora reke Pivke ter velikih nihanj zunanje temperature in padavin med letom, je Postojnski jamski sistem precej zapleten klimatski sistem (Slika 1, prikaz a). Kljub temu za vse toč ke v jami velja enoten letni ciklus z visokimi koncentracijami radona poleti in nizkimi koncentracijami tega plina v zimskem č asu. Pozimi je zrak v jami toplejši od zunanjega, zato je lažji in se dviga. S tem se sproži tako imenovani »efekt dimnika«. Topel zrak izhaja skozi vertikalne razpoke in manjše višje ležeč e odprtine, kar omogoč i vdor hladnega zunanjega zraka z nizkimi koncentracijami radona v jamski sistem skozi več je nižje ležeč e vhode (Slika 1, prikaz b). V poletnem č asu je ventilacija zraka obrnjena in šibkejša (Slika 1, prikaz c), zato se koncentracije radona v jami povišajo (Gregorič in Vaupotič , 2011). V pomladanskem in jesenskem č asu, ko se režim menja, pa lahko opazimo tudi dnevna nihanja koncentracije radona, ki so predvsem izrazita na merilnih mestih v Lepih jamah in na Najnižji toč ki. Razlike v letnem ciklu nihanja koncentracije radona opažamo lokalno zaradi geomorfoloških posebnosti, ki vplivajo na gibanje zraka. V prispevku primerjamo in analiziramo nihanje koncentracije radona na merilnih mestih P2 in NT v letih 2010 in 2011 in odvisnost le-te od gibanja zraka v različ nih obdobjih. Za razumevanje in interpretacijo gibanja zraka na merilnem mestu P2 so zelo pomembni tudi urni podatki temperature zraka na tej lokaciji. Opis meritev * Institut “Jožef Stefan”, Jamova cesta 39, SI-1000 Ljubljana ** ZRC SAZU, Inšitut za raziskovanje Krasa, Titov trg 2. SI-6230 Postojna Koncentracijo radona na merilnem mestu P2 merimo s kontinuirnim merilnikom Rad 5 WP (SMM Company, Č eška pa z merilnikom Barasol (MC meritvam v okoljih z višjimi koncentracijami radona in ima zato višjo detekcije in nekoliko manjšo natan Poleg radona na merilnem mestu P2 beleži instrumentom proizvajalca Van Essen (t. Merilno mesto P2 leži v umetno pove NT pa na najnižji toč ki turistič Slika 1 – a) tloris Postojnskega jamskega sistema z ozna NT; b) skica vzdolžnega preseka Postojnske jame, s puš zraka v zimskem č s pušč icami je n Skladno z znanim zimskim in pole radona višje v poletnem kot v zimskem poletna koncentracija radona 2010 5080 ± 1800 Bq m –3 , P2 primerljive, v povpreč radona na merilnem mestu NT hladnem delu leta. 64 Koncentracijo radona na merilnem mestu P2 merimo s kontinuirnim merilnikom Rad Č eška republika) (obč utljivost 50 Bq m –3 ), na merilnem mestu NT Barasol (MC-450, ALGADE, Francija), ki je namenjen ih z višjimi koncentracijami radona in ima zato višjo detekcije in nekoliko manjšo natanč nost. Merilnika shranjujeta podatke s frekvenco 1 h Poleg radona na merilnem mestu P2 beležimo temperaturo zraka a Van Essen (t. i. diver, temperaturna natanč nost Merilno mesto P2 leži v umetno poveč anem stranskem rovu v Lepih jamah č ki turistič nega dela jame. a) tloris Postojnskega jamskega sistema z označ enima merilnima mestoma P2 in NT; b) skica vzdolžnega preseka Postojnske jame, s pušč icami je nakazana smer v zimskem č asu; c) skica vzdolžnega preseka Postojnske jame, č icami je nakazana smer gibanja zraka v poletnem č Rezultati meritev Skladno z znanim zimskim in poletnim režimom ventilacije v jami radona višje v poletnem kot v zimskem č asu na obeh merilnih mestih (Slika 2). Povpre adona se na P2 v letih 2010 in 2011 izrazito razlikuje in je , leta 2011 pa le 2480 ± 970 Bq m –3 . Pozimi povpreč ju okrog 2000 Bq m –3 (Tabela 1). Povpreč radona na merilnem mestu NT je 4090 ± 720 Bq m –3 v toplem in 291 Koncentracijo radona na merilnem mestu P2 merimo s kontinuirnim merilnikom Radim ), na merilnem mestu NT ), ki je namenjen predvsem ih z višjimi koncentracijami radona in ima zato višjo spodnjo mejo Merilnika shranjujeta podatke s frekvenco 1 h –1 . zraka z avtomatskim č nost ± 0.1 °C). anem stranskem rovu v Lepih jamah, merilno mesto enima merilnima mestoma P2 in icami je nakazana smer gibanja asu; c) skica vzdolžnega preseka Postojnske jame, v poletnem č asu tnim režimom ventilacije v jami so koncentracije (Slika 2). Povpreč na izrazito razlikuje in je bila leta so koncentracije na (Tabela 1). Povpreč na koncentracija 2910 ± 1230 Bq m –3 v 65 Slika 2 – meseč na povpreč ja koncentracij radona na merilnem mestu P2 (C Rn P2 ) v letu 2010 in 2011 in na merilnem mestu NT (C Rn NT ) v letu 2011 Sezonsko nihanje temperature na merilnem mestu P2 je obratno kot nihanje temperature zunanjega zraka. Temperatura je najnižja in skoraj konstantna poleti (okoli 9,9–10 °C), v preostalih treh letnih č asih, ko zunanje temperature (vsaj del dneva) padejo pod jamsko temperaturo 10–11 °C, se prič ne temperatura zraka na P2 zelo spreminjati in je v povpreč ju izrazito višja kot poleti. Velika temperaturna nihanja v dnevnem ciklu, do katerih prihaja predvsem v prehodnih obdobjih spomladi in jeseni, so v glavnem posledica spreminjanja smeri gibanja lokalnih zrač nih mas v jami (Šebela in Turk, 2011b). Tabela 1 – srednja vrednost in standardni odklon koncentracije radona na merilnih mestih P2 in NT in temperature na merilnem mestu P2 za tople in hladne dele leta 2010 in 2011 ± april–september januar–marec, oktober–december 2010 2011 2010 2011 C Rn P2 / Bq m –3 5080 ± 1800 2480 ± 970 2010 ± 1580 1560 ± 920 C Rn NT / Bq m –3 / 4090 ± 720 / 2910 ± 1230 T P2 / °C 10,0 ± 0,2 10,0 ± 0,1 10,3 ± 0,1 10,2 ± 0,1 Nizke koncentracije radona v zimskem č asu (ko so zunanje temperature nižje od temperatur zraka v jami) so predvsem posledica vdorov svežega zunanjega zraka z nižjo koncentracijo radona skozi več je nižje ležeč e vhode (Slika 1, prikaz b). Toplejši jamski zrak je lažji in se zato dviguje in izhaja iz jame skozi razpoke in manjše odprtine. Na merilnem mestu P2 prihaja zrak iz glavnega rova Lepih jam in nižjih delov jame. Zato v obdobju z zimskim režimom ventilacije opažamo visoko korelacijo med koncentracijami radona na merilnih mestih P2 in NT (Slika 3), obenem pa tudi višje temperature zraka z več jimi nihanji na P2. Poleti, ko so temperature zunanjega zraka višje od temperatur v jami, je gibanje zraka poč asnejše, kar povzroč i kopič enje radona v jamskem zraku in zato višje koncentracije. Ta vzorec lahko opazimo na merilnem mestu na najnižji toč ki (NT) poleti, ko so koncentracije radona konstantno visoke, brez izrazitih nihanj. Slika 3 – primerjava č asovnih nizov temperature na P2 ( Drugač en ciklus gibanja zraka v koncentraciji radona znač se poleti temperatura izrazito razlikuje od temperature v kar kaže na lokalno spremembo gibanja zra Opažamo pa tudi, da so se koncentracije radona na P2 od obsežnejših poplav septembra 2010 znižale na najnižjo raven takrat dalje so koncentracije radona na P2 v Zaznati je tudi obč utno znižanje koncentracije režim ventilacije in je opazno znižanje temperature na P2 na poletni nivo (9,89 (Slika 4). Slika 4 – izsek č asovnega (C Rn NT ) , temperature na merilnem mestu 66 č asovnih nizov koncentracije radona na P2 (C Rn P2 temperature na P2 (T P2 ) od marca 2010 do oktobra 2011 gibanja zraka pa opažamo na merilnem mestu P2, kjer v koncentraciji radona znač ilna tudi za poletno obdobje (Slika 3). Na tem merilnem mestu izrazito razlikuje od temperature v drugih treh letnih kar kaže na lokalno spremembo gibanja zrač nih mas v tem delu jame. Opažamo pa tudi, da so se koncentracije radona na P2 od obsežnejših poplav septembra raven, kljub jesenskim temperaturam, ki so podobne jamskim. takrat dalje so koncentracije radona na P2 v vsem letu obč utno nižje k č utno znižanje koncentracije radona vsakokrat, ko se vzpostavi poletni režim ventilacije in je opazno znižanje temperature na P2 na poletni nivo (9,89 č asovnega niza koncentracije radona na merilnem mestu P2 ( merilnem mestu P2 (T P2 ), temperature zunanjega zraka ( povpreč ne temperature v jami (T j ) ) in NT (C Rn NT ) in do oktobra 2011 pa opažamo na merilnem mestu P2, kjer so več ja nihanja Na tem merilnem mestu treh letnih č asih (Slika 3), Opažamo pa tudi, da so se koncentracije radona na P2 od obsežnejših poplav septembra , kljub jesenskim temperaturam, ki so podobne jamskim. Od utno nižje kot v preteklih letih. vsakokrat, ko se vzpostavi poletni režim ventilacije in je opazno znižanje temperature na P2 na poletni nivo (9,89 °C) niza koncentracije radona na merilnem mestu P2 (C Rn P2 ) in NT , temperature zunanjega zraka (T z ) in 67 Zaključ ek Za Postojnski jamski sistem sta znač ilna izrazit zimski in poletni režim ventilacije, kar se odraža na visokih poletnih in nizkih zimskih koncentracijah radona. Največ ji vpliv na ventilacijo ima temperatura zunanjega zraka. V zimskem obdobju, ko prevladuje »efekt dimnika«, so koncentracije radona na obeh merilnih mestih, v Lepih jamah in na najnižji toč ki, primerljive, medtem ko opažamo izrazito nižjo korelacijo koncentracije radona med obema merilnima mestoma poleti. Takrat je prezrač evanje precej poč asnejše in so koncentracije radona na najnižji toč ki konstantno višje, brez izrazitih nihanj. Nasprotno pa so koncentracije radona v Lepih jamah poleti odvisne od dotoka zraka iz neznanega ozadja, kar hkrati vpliva tudi na znižanje temperature na najnižji nivo. Izrazito spremembo v koncentracijah radona lahko opazimo v Lepih jamah po poplavah septembra 2010, saj so od takrat dalje koncentracije na tem merilnem mestu izrazito nižje kot v prejšnjih letih. Možna razlaga bi bila, da se je v č asu poplav jeseni 2010 v delu jame, od koder doteka zrak med poletnim režimom ventilacije, odprl dodaten »prehod«, skozi katerega vdira zrak z nižjo koncentracijo radona. Literatura Gregorič , A., Vaupotič , J. 2011. Radon concentration and ventilation in two different passages in the Postojna Cave. European Geoscience Union, General Assembly 2011, Vienna, Austria, 03- 08 April 2011. Gregorič , A., Zidanšek, A., Vaupotič , J. 2011. Dependence of radon levels in Postojna Cave on outside air temperature. Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 11, 1523–1528. Šebela, S., Turk, J. 2011a. Local characteristics of Postojna Cave climate, air temperature, and pressure monitoring. Theor. and Appl. Climatol., 1–16. Šebela, S., Turk, J. 2011b. Klimatske znač ilnosti Postojnskega jamskega sistema, v: Kuhar, M. (Ur.), Raziskave s področ ja geofizike in geodezije, 2010: zbornik predavan. Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, 7–11. Vaupotič , J., Csige, I., Radolić , V., Hunyadi, I., Planinić , J., Kobal, I. 2001. Methodology of radon monitoring and dose estimates in Postojna Cave, Slovenia. Health Phys. 80, 142–147.