Реферат: Микроклимат пещеры "Мраморная" и формы антропогенного влияния

Микроклимат пещеры «Мраморная» иформы антропогенного влияния

Дипломная работаАндроненковой Е.А.

СГУ, 1998

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Физико-географические условия формирования карстовыхполостей 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 водпещеры.

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 намикроклимат пещеры.

6. Меры предотвращения отрицательного воздействияантропогенных факторов на микроклимат пещеры.

Заключение

ВВЕДЕНИЕ

Спелеология — это новое научное направление, котороевыделилось из карстологии и представляет комплекс науки, занимающийся изучениемполостей в земной коре, доступных для человека и характеризующихся специфическимландшафтом.

Одна из важнейших, но пока еще слаборазработанных ветвейспелеологии — это спелеоклиматология или учение о микроклимате карстовыхполостей. Основы спелеоклиматологии были заложены работами Ю.Листова (1885),А.Крубера (1915), Г.Кирла (Kyrle, 1922), Г.Вольфа ( Wolf, 1929) и ряда другихисследовател ей.

60-80 г.г. были годами накопления фактов, совершенствованияметодик, постановкинаучных проблем. И только в конце 80-х годов стали появляться научные работы вобласти спелеоклиматологии и сводки по микроклимату отдельных карстовыхрегионов.

Стационарные, долговременные микроклиматические наблюденияв отдельных полостях на территории Крыма, практически не велись. По этомуорганизация мониторинга физико-географической среды пещеры Мраморная являетсяна сегодняшний день единственной в карстовом регионе Крымского полуострова.

Организация системных, долговременных наблюдений зафизико-геграфической средой карстовой полости, как за сложной, многограннойдинамической системой является необходимым условием при организации объектовгео-экологического и спелео-туризма.Мировой опыт организации подобных объектовтуризма в таких всемирно известных пещерах как Мамонтова-Флинт-Ридж,Карлсбадская в США; Постойнска яма, Мацоха в Словении и т.д. показывает, что мониторингпещерной среды должен включать много разнообразных параметров, но одним изсамых важных является микроклимат пещеры. Микроклиматические условия, являютсянаиболее уязвимыми в динамическом подземном ландшафте, по этому требуют самогодетального изучения.

Целью настоящей работы является подготовка характеристикимикроклимата в пещере Мраморная, выявление и определение степени влияния нанего 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 систематическойобработки показаний приборов;

во-вторых: подбор специальных компьютерных программ дляобработки данных и компьютерная обработка материала;

в- третьих: выявление наиболее значимых факторовантропогенного влияния на микроклимат пещеры;

в- четвертых: анализ полученных результатов.

Необходимо отметить тот факт, что сейчас необходимостьоборудования и охраны пещеры Мраморная не вызывает никакого сомнения, а наначальном этапе работ по освоению пещеры Симферопольским клубом спелеологоввысказывались мнения отдельных спелологических клубов о якобы невосполнимом, устращающих размеров, ущербе нанесенном пещере Мраморная в результате подобныхдействий. На сегодняшний день, из мирового и отечественного опыта и практикиясно, что оборудование и охрана пещеры как уникальнейшего памятника природы дляэкскурсионного организованного, строго контролируемого посещения, являетсяединственным способом уберечь ее от разграбления и неисправимого нарушения еединамической системы. По этому, полностью избежать антропогенного вмешательстваневозможно в любом случае, не зависимо от того оборудована пещера или нет (печально известен опыт никем не охраняемых пещер, которые варварски загрязненыи разрушены).

При подготовке работы использована разнообразнаяотечественная и зарубежная литература по данной проблеме, в том числе ранееопубликованные 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 АНУССР (1996) по пещере Мраморная, Киевского карстолого-спелеологического центра(1994,1996).

1.Физико-географические условияформирования карстовых полостей Чатыр-Дага.

Главная гряда Крымских гор, к которой относитсяЧатырдагский массив, соответствует северной части мегантиклинория ГорногоКрыма. В разрезе Главной гряды четко прослеживаются два структурных этажа.Нижний этаж слагают сложно дислоцированные породы таврической серии — аргилл спрослоями алевролитов и песчаников верхнего триаса и нижней юры и залегающая наних с несогласием вулканогенная толща, аргиллиты и песчаники средней юры.Водоупорный цоколь Главной гряды на разных массивах находится на различныхуровнях, что определяет условия движения подземных вод и развитие карста вкарбонатных породах верхнего структурного этажа. На Чатырдаге водоупорныйцоколь также дислоцируется в различных участках плато на различных уровнях.

Верхний структурный этаж Главной гряды, в том числе иЧатырдага сложен верхнеюрскими и нижнемеловыми (валанжинскими) отложениями. Ихотличительной особенностью является литологическое разнообразие, фациальнаяизменчивость, контрастность мощностей.

Положение Горного Крыма на северной окраине субтропическогопояса обуславливает мягкость климата ( Ресурсы....1996). Основными факторами,определяющими его особенности, и, вместе с тем, условия формированиямикроклимата карстовых полостей, являются радиационный баланс, атмосфернаяциркуляция и характер подстилающей поверхности.

Продолжительность солнечного сияния в Горном Крыму меняетсяот 2180 до 2470 часов. Это обусловливает значительные различия в климатическихособенностях северного и южного макросклонов. Прямая солнечная радиациясущественно зависит от крутизны склонов и их экспозиции. Изменения колическтвасолнечной радиации на северном макросклоне в зависимости от его крутизныотражены в Табл.1.

Таблица 1.

Изменения прямой солнечной радиации, кал/год в зависимостиот крутизны склона.

Крутизна склона, градусы Северный макросклон. 0 — 9 18958 10 — 19 15370 20 — 45 4533

Различия в продолжительности солнечного сияния и величинепрямой солнечной радиации оказывают непосредственное воздействие наформирование температур приземного слоя воздуха и его увлажнение в зонахзаложения карстовой полости.

Разнообразие теплового режима Чатырдага определяется взакономерном изменении средних годовых температур на разных высотах,определяющем термические условия карстовых полостей (Табл.2)

Таблица 2

Изменения средних годовых температур на северноммакросклоне.

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 вкарстовых полостях. Суточная амплитуда температур воздуха зимой значительноменьше, чем в летний период. При пасмурной, с туманами погоде средняя суточнаяамплитуда в ноябре — январе менее 2 град.С, к марту постепенно возрастает до 3гр.С. Максимальные ее значения (3,5 — 4,0 гр.С) наблюдается в апреле-сентябре.В отдельные дни значения амплитуд температур воздуха могут достигать 15-20гр.С, причем в летний период это наблюдается чаще, чем зимой.

Наиболее низкие значения среднего минимума отмечаются наплато с ноября по март. Они наблюдаются при установлении северо-восточного исеверного 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 воздуханиже 0 гр.С устанавливается в начале декабря. Продолжительность периода стемпературой -5 гр.С достигает 110 дней. Зима на яйле сравнительно мягкая, сосреднемесячной температурой около — 4 гр.С, с интенсивным гололедом, изморозью,сильными ветрами и метелями. Лето наступает при переходе среднемесячнойтемпературы через 15 гр.С. В июле- августе средняя температура воздухаповышается до 16,4 гр. С, а абсолютные максимумы достигают 28-30 гр.С. Периодсо среднесуточными температурами выше 10 гр.С длится около 120-140 дней.

Средняя температура почвы следует годовому ходу температурывоздуха. В январе почва охлаждается до -4 грС, а в отдельные дни декабря ифевраля даже до -15...-25гр.С. В июне- июле она прогревается до 19 — 21 гр.С. Всреднем же в горах около 50 дней с нулевой температурой почвы.

Перенос различных воздушных масс, их трансформация ифронтогенез являются основными циркуляционными процессами формирования климатаГлавной гряды, в т.ч. Чатырдагского массива. Атмосферная циркуляцияхарактеризуется преобладанием западного переноса, обусловливающего притоквоздуха из Атлантики. Периодически вторгаются холодные воздушные массы ссеверных широт, теплые и влажные со Средиземного моря, сухие — с территорииАзии.

Главная гряда, способствуя усилению динамическойтурбулентности воздуха и создавая условия для подъема воздушных масс, формируетсобственный режим увлажнения. Возрастание до 6,1 — 9.8 мм.рт.ст. летом способствуетконденсации влаги в трещинно-карстовых коллекторах. Суточный ход абсолютнойвлажности на яйле выражен слабо.

Годовая амплитуда относительной влажности составляет всреднем 12 — 15 %. Максимальная относительная влажность за счет большойповторяемости циклонических явлений отмечается зимой (78 — 85% при максимуме вянваре). Минимальные значения характерны для августа ( 30 — 66%), суточный ходотносительной влажности на плато наиболее четко проявляется летом (колебанияоколо 10 — 20 %).

Режим осадков обуславливается преимущественным воздействиемюго-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 идержится от 30 до 150 дней.

В целом климатические условия Главной гряды и Чатырдагскогомассива в теплый период года неблагоприятны для питания подземных вод иразвития карстовых процессов,. Большая часть выпадающих осадков расходуется наиспарение. Запасы подземных вод пополняются только за счет конденсации иливневых осадков с интенсивностью более 20 мм/сут. В холодный период, напротив,происходит питание подземных вод за счет продолжительных дождей, снеготаяния, атакже активизация карстовых процессов.

Физико-географическое положение пещерыМраморная.

Пещера расположена в прибровочной части северо-западногозамыкания плато Чатыр-Даг. Обнаружена Симферопольскими спелеологами в 1987году. Близкое расстояние от г. Симферополя ( 32 км ) и трассы Симферополь-Ялта( 16 км ) делает ее легко доступной. Первоначальный вход в нее ввидепятиметрового естественного колодца, расположен на высоте 918 метров над у.м. инаходится на плоском водоразделе между двумя балочными системами ( Чумнох назападе и Безымянная на востоке ). Верховья этих балок глубоко врезаны всеверные склоны и плато Чатыр-Дага. Однако, в связи с тем, что эти балочныесистемы являются более молодыми формами рельефа, чем сама карстовая полость,какая-либо связь между ними отсутствует.

Морфогенезис пещеры Мраморная.

Участок плато, на котором расположена пещера, сложенгрубослоистыми и крупноплитовыми нижнетитонскими известняками, которые подуглом 20 — 30 град. падают на запад ( непосредственно над пещерой: Ап 270 — 280 град. угол падения 20 — 22 град.). На западном склоне массива этиизвестняки со структурным несогласием ложаться на двухсотметровую толщуоксфордских конгломератов и песчаников, смятых в широкие складки. Конгломератыи песчаники также со структурным несогласием налегают на отложения таврическойсерии (1).

Участок, в котором заложена пещера, ограничентектоническими нарушениями, которые имея широтное и меридиональное простирание, выкраивают крупный тектонический блок с урочищем Чумнох и прилегающимиводоразделами. Уточнения сбросов и зон тектонической трещиноватости будетпроизводится в процессе дальнейшего научного изучения.

В настоящее время в процессе поверхностных маршрутныхисследования и наблюдений в полости установлено наличие двух нарушения,определяющих морфологию и направление подземных ходов на участках пересеченияими полости. Первое нарушение фиксируется в южной части участка стенкой срыва сАпр 310 град. Здесь на контакте слоистых и массивных известняков прямо надполостью сформировалась крупная карстовая воронка. В полости вдоль плоскостисброса развит крутонаклонный ход вверх, выполненный рыхлым обломочнымматериалом, часть которого вывалилась в пещеру.

Второе нарушение, выраженное зоной трещиноватости с Апр 285град. находится в северной части участка. В пещере нарушению этой зонысоответствует 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 уходитпод нижнемеловые отложения и достигает Аянского источника, вытекающего изпещеры Аянская.

Гидрогеологическая роль этого разлома весьма велика. Онпереориентирует практически весь подземный сток Нижнего плато Чатыр-Дага сзападного на северное и выводит его в Аянский источник.

История открытия и оборудования пещерыМраморная.

Пещера обнаружена в 1987 году Симферопольскимиспелеологами. В течении этого и последующего года была взята под охрануСимферопольского клуба спелеологов (председатель А.Ф.Козлов ). Вход в полостьбыл закрыт решетчатым люком, над входом в пещеру велость постоянное дежурствочленов клуба. Эти меры были необходимы, так как великолепному натечномуубранству пещеры ( как позднее выяснилось уникальному ) угрожало варварскоеразграбление.

В течение полутора лет ( конец 1987 — начало 1989 ) пещераоборудовалась ( главным образом первая привходовая галерея Сказок ) и былавведена в эксплуатацию в апреле 1989 года. Первая очередь экскурсионногомаршрута составила 180 метров. Организация. которая занялась охраной иоборудованием пещеры был Симферопольский клуб спелеологов, в последствииреорганизованный в Центр спелеотуризма «ОНИКС-ТУР». Первоначально Центр имелподчинение Объединению молодежных клубов по интересам, а затем Госкомитету поделам молодежи, На сегодняшний день Центр является самостоятельной организациейс коллективной формой собственности.

Первым этапом оборудования пещеры для экскурсионногопосещения было устройство пешеходных дорожек и оснащение их удобными перилами вГалерее сказок.

Следующий этап включал в себя прокладку удобногогоризонтального тоннеля в Тигровый Ход и оборудование его галерейэкскурсионными дорожками приблизительной протяженностью 200 метров.

Повышение количества экскурсантов и все возрастающеминтересе к карстовым пещерам, как уникальным объектам природы выявилонеобходимость оборудования экскурсионными маршрутами Зала Перестройки, чтопредставляло для работников Центра наибольшую сложность. ( Огромный глыбовыйзавал на протяжении всего зала).

В перспективе планируется оборудование экзотическихэкскурсионных маршрутов для ограниченного количества экскурсантов ( в основномспелеологов) в Нижних галереях пещеры.

Исследования пещеры не прекращалось со дня ее открытиясимферопольскими спелологами. В первые же месяцы открытия (ноябрь-декабрь 1987года) была сделана полуинструментальная съемка пещеры. Сейчас планы и разрезыполости постоянно уточняются, проводится теодолитная съмка основных ходовпещеры.

На сегодняшний день пещера оборудована по мировымстандартам, за год ее посещает более 100 тыс.человек. Пещерный комплексМраморная является единственным в странах СНГ, вошедшим в качестведействительного члена в Международную ассоциацию посещаемых пещер ( ISCA ).

3.Методика микроклиматических наблюдений.

Методика микроклиматических исследований в карстовыхполостях разработана слабо. Этот раздел вообще отсутствует в общих методическихруководствах по изучению карста ( Методы..., 1963г.; Чикишев, 1973 г.). В 1950- 1980 годах в СССР и за рубежом появились многочисленные публикации, вкоторых, наряду с изложением регионального фактического материала,затрагиваются и методические вопросы ( Голод, 1976 г; 1978 г; Дублянский, 1977г. и др.; Соцкова, 1981 г. и др). В 1981 году во Всесоюзном институтекарстоведения и спелеологии состоялась заседание рабочей группы, котораяподготовила методику микроклиматических наблюдений в естественных иискусственных полостях трещиноватых, закарстованных породах и во льдах (Методика ...1982 г.). Эти материалы вошли также в первую в СССР методическоеруководство по изучению карстовых полостей ( Проблемы… ,1983 г.). Ниже краткоизложены основные положения методики микроклиматических исследований.

3.1 Используемая терминология.

Термины « пещерная погода» и «микроклимат пещер» ввел внаучную литературу Г.Кирл ( Kyrle, 1922 ). До 1960 года термин «микроклиматпещер» использовался отечественными, и, в особенности зарубежнымиисследователями без всяких оговорок и ограничений. В 60 — 80 -х годах, в связис развитием общей климатологии появились тенденции, осложняющие ситуацию.

Так Б.А. Алисов и другие ( 1952 г., ) понимает микроклиматкак местные особенности климата, обусловленные строением подстилающейповерхности. И.А. Гольцберг (1987 г) считает микроклиматом климат небольшойтерритории, 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 какклиматические особенности небольших участков земной коры непосредственно связанс климатом. Таким образом, понятие «местный климат» не является общепринятым.Медики и архитекторы говорят о климате замкнутых пространств, созданныхчеловеком: микроклимате квартиры, подземного сооружения и пр. (Шаповалов,Мицкевич, 1975 ). С этих позиций применение термина « микроклимат карстовыхполостей» вполне оправдано, так как их климат это климат небольших территорий,представляющих собой замкнутое пространство.

В карстологии наблюдается примерно такая же картина. Частьисследователей рассматривает микроклимат пещер как распределение и изменениедавления, температуры, и влажности воздуха под землей под влиянием измененияэтих факторов на поверхности, в открытой атмосфере ( Trimmel, 1968 ;Wwigley, Brown, 1978 и др.). Р.Гейгер(1960 ) определил микроклимат пещер как климат их приземного слоя. Наиболеедетально 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, которыйв свою очередь делится на топоклимат ( климат отдельных галерей, завалов,колодцев ) и климат лимитируемого слоя ( особенности зоны контакта пещерноговоздуха с полом, стенками и потолком пещеры ). Очевидно, введение этихпонятий и терминов имеет смысл только при очень детальном стационарном изученииклимата карстовых полостей.

Автор понимает под микроклиматом карстовой полости режимметеорологических элементов ( атмосферное давление, движение воздуха,температура, влажность, газовый состав воздуха ) внутри пещеры или шахтыопределенного морфогенетического типа.

3.2 Цели и задачи исследований

Целью микроклиматических исследований в карстовой полостипещеры Мраморная является определение суточных, недельных, месячных, годовыхособенностей 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 карстовыхполостей на формирование подземных вод, карстовых микроформ и различныхпещерных отложений,;

определение влияния антропогенного вмешательства намикроклимат пещеры.

3.3 Проведение наблюдений.

Организация микроклиматических наблюдений предполагаетрегулярный контроль за состоянием измерительных средств, а также их поверку (по наиболее точным ) перед началом серии измерений для выявления неисправныхприборов и определения систематических погрешностей с последующим введением врезультаты измерений соответствующих поправок (Стернзат, 1978).

Отсчет показаний производится с точностью 0,2 — 0,5 ценынаименьшего деления прибора после выдержки, соответствующей инерционностиизмерительного комплекта. Для температурных измерений с помощью ртутныхтермометров необходимая выдержка составляет: в воде — 10 — 15 секунд, ввоздухе 3 — 5 минут, в песке, рыхлой породе, до 1 часа; при отсчете показанийаспирационного психрометра — 4 минуты, крыльчатого анемометра — 100 секунд. Припроведении первых замеров надо предусмотреть необходимое время для выравниваниятемпературы приборов с температурой воздуха в пещере ( 15 — 30 минут ) .

В узких ( низких ) ходах и залах малого объематепловыделения и дыхание наблюдателя могут существенно исказить результаты измерений, что необходимо учитывать при организации наблюдений. В тоя части пещеры, гдепроизводится наблюдения, необходимо ограничить пребывание посторонних людей иисключить пользование светильниками, нагревателями открытого огня ( свечи,карбидные лампы ).

В течении всего периода наблюдений на поверхности ( вблизипещеры, вне зоны влияния воздушного потока из входного отверстия ) производятсрочные замеры основных метеоэлементов ( температура, давление, влажностьвоздуха, направление и скорость ветра ) с указанием погодных условий (облачность, осадки и их интенсивность ) и расположение пункта наблюдений врельефе. Сроки наблюдений желательно синхронизировать со стандартными дляметеостанций ( 0,3,6,9,12,15,18,21 час по московскому декретному времени), чтопозволяет в совокупности с данными метеостанции охарактеризовать условия наповерхности. В связи с возможными проявлениями в пещере запаздывания погодныхколебаний на поверхности желательно располагать сведениями о метеоусловиях наповерхности за 2 — 5 суток до начала наблюдений ( по данным метеостанции илисобственным измерениям ).

На начальном этапе изучения микроклимата полости выявляютсхему движения воздуха в пещере и производят измерения в ее характерныхучастках ( входное отверстие, основные залы и галереи, зона стабилизациитемпературы и влажности и т.д.) с нанесением точек наблюдения на план полости иуказанием места и времени измерения, фабричного ( полевого номера прибора,фамилия наблюдателя )

Скорость и направление движения воздуха фиксируют во всехместах с ощутимой тягой ( естественных сужениях ходов ), имея виду возможноевстречное движение потоков у пола и свода галереи, либо у стен на осивертикального хода.

При организации регулярных (длительных или периодических )измерений ( желательно в течение 24 — 28 час. периодичностью 1 — 2 месяца напротяжении 1 — 2 лет ) на основе анализа морфологии полости, схема вентиляции ирезультатов первичных наблюдений намечают постоянные точки замеров, фиксируемыев пещере с помощью устойчивых марок и подчиняющейся определенной системе:более разреженная сеть с шагом 5 — 10 — 20 метров и более на участках снеизменной морфологией и в зоне минимальных сезонных колебаний; более густаясеть с шагом 0,5 — 2 метра в местах резкого изменения метеоэлементов ( впривходовой зоне, на пересечении ходов и т.д.) выбор точек определяетсязадачами исследований.

Для регистрации асредненных по сечению значений температурыи влажности воздуха ( с помощью аспирационного психрометра ) замеры производятпо 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 карстовойполости используются стандартные гидрометеорологические приборы: барометр-анероид ( погрешность +_ 100 Па), срочные максимальные и минимальныетермометры ( погрешность +_ 0,1 — 0,2 град.), аспирационный психрометр (поггрешность по влажности +_ 1-4%), крыльчатый или чашечный анемометры, в данномконкретном случае крыльчатый, (погрешность +_ 0,1 — 0,2 м/с). Газовый составвоздуха на месте исследуется с помощью шахтного интерферометра ( СО2, СН 4)или экспересс-методом ( СО2), однако набор определяемых при этом компонентовограничен, а точность невелика ( погрешность +_0,5%). В связи с этим основнымипри изучении газового состава воздуха являются лабораторные методы определениясостава отобранных проб ( газовая хроматография). Для определния генезисауглекислоты используется масс-спектрометрический метод анализа изотопногостостава углерода.

Для непрерывной регистрации изменений температуры,влажности и даления воздуха используют суточные, (недельные) термографы,барографы и гигрографы ( погрешности +- 1 гр.С, +_1% влажности, +_ 100Пасоответственно).

В связи с недостаточной локальностью стандартных приборов,их невысокой точностью и значительной инерционностью при изучении микроклиматапещер следует применять приборы ( термоэлементы и терморезисторы для измерениятемпературы, термоанемометры, макроманометры и т.д.), обладающие более высокойточностью ( 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 стандартнымметеорологическим или образцовым приборам. Осредненная скорость движениявоздуха определяется путем последовательных замеров в узлах прямоугольной сетки( с шагом 0,25 — 0,5 В), перекрывающей поперечное сечение хода. Локальныеизменения метеоэлементов производят в 5-10-20 см от пола посредине хода суказанием характера подстилающей поверхности ( песок, гравий, лед и т.д.).

При регулярных наблюдениях для выявления крупномасштабныхособенностей 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 отразмеров полости и задач исследования. Для определения параметровгидродинамического и термического взаимодействия воздушного потока со вмещающейпородой, как правило, в местах с ощутимой воздушной тягой производятградиентные 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 висследуемом сечении.

Отбор проб воздуха для изучения газового составапроизводится путем накачки ( прокачки) в стеклянные газовые пипетки с трубкамииз вакуумного стекла ( либо в резиновые или полиэтиленовые емкости) объемом неменее 250 мм с зажимами. Размещение точек отбора проб должно выявить вариациигазового состава по площади и на разных уровнях пещеры. Режимный отбор проб,обеспечивающий изучение внутрисуточных, межсуточных и сезонных вариацийгазового состава воздуха пещер, следует проводить на фиксированных точках.

Обработка наблюдений

Методика первичной обработки резуьтатов наблюденийизлагается в соответствующих руководствах ( Методические..., 1951,1953,1954) .

Для обработки результатов измерений, выполненных с помощьюаспирационного психрометра и дальнейших расчетов тепловлажностных свойстввоздуха следует применять Психрометрические таблицы (1972) и J- диаграмму ( Свойства..., 1963).

На основе первичных данных наблюдений определяютсяпараметры воздухообмена ( сезонные схемы вентиляции, режимы давления, расходвоздушного потока и коэффициент воздухообмена в разные сезоны), величина инаправление перепадов температур вода-воздуха, стена ( пол ) — воздух,амплитуды суточных (сезонных ) колебаний основных метеоэлементов по участкамполости и т.д..

По сводным результатам измерений строят графики — изменениятемпературы ( влажности ) по основным галереям полости, температурные поля посечениям ходов и площади залов, совмещенные графики суточного (сезонного)изменения метеоэлементов на поверхности и под землей; расчитывают гистограммыраспределния температуры ( влажности по длине ходов, площади или объема полостидля вычисления соответствующих осредненных величин, используемых присоставлении тепловых балансов и расчетов конденсации. Графически исследуюткорреляционные связи между температурой ( влажности ) и глубиной ( длиной)полости, направлением и скоростью воздушного потока и перпадом давления наисследуемом участке и т.д., подбирают апраксимирующие уравнения и находят ихкоэффициент.

По результатам анализов газового состава воздуха определяютабсолютне пределы изменениний содержания компонентов для данной полости,пределы изменений и средние значения по месяцам и осредненные значения дляучастков, различных по морфологии и условиям заложения. Строятся графикиизменения газосодержания по высоте над полом и графики сезонного ходасодержания. Результат газового анализа выражаются в объемных процентах. Дляоценки изменения газового состава пещерного воздуха при смешивании с атмосферойиспользую специальные расчетные приемы .

Изменчивость газового состава воздуха в пространстве пещерыи во времени анализируются в тесной связи с режимом воздушной циркуляции идругими возможными газоформирующими факторами. Для определения генезисауглекислоты используются данные по изотопному составу углерода.

Заключительный этап обработки материала — построениематематической модели микроклимата пещеры на основе аналитических зависимостей,балансовых расчнтов, численного моделирования или изучения статистическихсвязей между ее основными морфолого-морфометрическими параметрами,геолого-литологическими, теплофизическими и другими характеристиками иклиматическими условиями на поверхности. Что можно охарактеризовать как общиезадачи мониторинга пещеры.

При изучении сложных карстовых систем (таковой являетсяМраморная), и проведении специальных исследований ( изучение причин и динамикиразвития подземного оледенения, роста геликтитов, что также очень актуально дляМраморной, и пр.) необходима разработка специальных приборов и методическихприемов исследований.

Все данные, на которых базируется настоящая работа,получены в соответствии с требованиями изложенной выше методики. Кроме того дляобработки наблюдений использованы не описываемые в методике методы компьютернойобработки информации, получившие распространение только в последние 4-5лет ( натерритории СНГ). Использовалась компьютерная база Киевскогокарстолого-спелеологического центра и Института минеральных ресурсов АНУкраины.

4.Характеристика микроклимата пещеры

4.1 Гидрохимическая и температурнаяхарактеристика вод пещеры.

Пробы воды отбирались из струй, стекающих со сводов илистен пещеры в разных ее точках. Результаты анализов показывают. что воды впещере относятся к обычным карстовым с гидрокарбонатным-кальциевым составом.средней минерализации 365 мг/л. Точки отбора проб указаны на рисунке Выделяютсядве группы анализов: одна в Галерее Сказок ( пробы 1-8 ) со среднейминерализацией 0,4 г/л и другая в Обвальном зале или Зале Перестройки ( пробы от9 -15 ) со средней минерализацией 0,35 г/ л. В первом случае средняя мощностьперекрывающих пород составила 16,7 м, глубина от поверхности 25,6 м, во втором33 и 36 м соответственно. Таким образом отмечается снижение минерализации сувеличением глубины и мощности перекрывающих пород. Соответственноминерализации изменяется агрессивность подземных вод по отношению к кальциту. Впервой группе все воды слабо перенасыщены — индекс насыщения колеблется от+0,02 до + 0,19, во второй группе воды в основном недонасыщены, индекснасыщения изменяется от — 0,08 до +0,08. Распределение агрессивности подземныхвод соответствует распределению натечных образований внутри пещеры ( в верхнемэтаже ). Так, большая часть натечных образований сосредоточена в галерее сказок,в то время как и в Обвальном зале имеются участки аккумуляции карбонатногоматериала в виде крупных сталактитов, сталагмитов, гуров, так и участкикоррозионного выщелачивания.

Температура подземных вод изменяется весьма незначительно,как в разных точках пещеры так и во времени. Так, 16 июля 1992 годатемпература воды в разных точках пещеры изменялась от 8,4 до 8,5 гр.С ( притемпературе воздуха 9,2 — 8,6 гр.С).Другой замер, 11 сентября, показал, чтотемпература воды в тех же точках: 8,3 — 8,6 гр.С ( температура воздуха 9,2 до8,8 гр.С).

4.2 Температура воздуха

При описании следующих результатов микроклиматическихнаблюдений необходимо указать следующее. Из-за отсутствия приборов — самописцеви  полной невозможности их получения, изучение микроклимата производилосьмаршрутными методами. Замеры температуры и влажности воздуха производилисьаспирационными психрометрами.

Наблюдения велись в постоянно закрепленных точках,количество которых менялось от 9 до 37. После двух циклов наблюдений выяснилисьнаиболее оптимальные 16 точек, которые достаточно характеризовали всю пещеру вцелом.

На первоначальном этапе исследований ( 1990 год) былопроведено 6 серий замеров температур (апрель — октябрь) данные замеров сведеныв таблицу 3. Температура на поверхности менялась от 11 до 19 градусов С,среднее значение 19,5 гр С. Наблюдается последовательное снижение температурыот поверхности к основной части пещеры: от 14,5 до 8,8 грС и небольшоеповышение ее от основной части к Тигровому ходу и нижнему этажу. От участка кучастку изменяется и амплитуда изменения температур: от 8,1 на поверхности от0,2 — 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 каксезонный, так и суточный ( амплитуда 2,5 гр.С) ход температуры воздуха. Висследуемой полости «уравнивающая» зона распространяется приблизительно нарасстояние 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 метровот входной двери образуется локальная циркуляция воздуха и тепла. При этоммежду привходовой частью пещеры и основной ее частью образуется небольшая«буферная» подзона, на которую оказывает влияние как привходовая, так иосновная ( «нейтральная» )части пещеры. Иначе говоря, в структуре«уравнивающей» зоны выделяется две подзоны: привходовая и буферная. Их наличиемобъясняется 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 199огода. Эта аномалия наблюдалась в 10.45 утра, когда воздух на поверхности уженагрелся до 12,8 гр.С, но в буферной подзоне сохранились температуры затекшегов привходовую часть холодного ночного воздуха. В «нейтральной» зоне выделяется3 участка с разными средними температурами и амплитудами их изменения. Галереясказок и Зал Перестройки обладают практически одинаковой средней температуройравной 8,8 гр.С, на 0,1 гр.С температура выше в Нижнем этаже, на 0,2 в Тигровомходе ( в его ближней части). Указанное увеличение температур связано, повидимому, с большей степенью изолированности от поверхностных условий.Полученные характеристики требуют их уточнения в процессе дальнейшихнаблюдений.

Таблица 3.

Средние температуры в разных участках пещеры Мраморная, вградусах 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 изменениясреднемесячных температур в пещере можно сделать выводы о степени влиянияантропогенных факторов, которые будут рассмотрены ниже.

4.3 Влажность

Так же как и температура воздуха распределяется влажностьвнутри пещеры ( таблица 4). При этом наиболее высокая влажность закономерно соответствуетнижнему этажу пещеры, средняя величина ее здесь равна 11,1 Мб, в остальныхподзонах «нейтральной»зоны и в «уравнивающей» зоне средняя влажностьпрактически одинаковая — 16,9 Мб (Таблица 4), однако амплитуда Сv здесь значительноотличаются друг от друга. Средняя влажность на поверхности значительно нижетаковой в пещере — 9,6 Мб. Это свидетельствует о преимущественном испарении изпещеры в исследуемый период, что связано с экстремально сухим и жарким летом иосенью. 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 визуальныминаблюдениями, свидетельствующими о значительном испарении пещеры ( стенки инатеки сухие, большинство ванночек высохло и т.д. ).

Более конкретные данные о режиме влажности можно почерпнутьиз графика «Средняя месячная влажность воздуха в пещере Мраморная за период1996-1997 года».

Ощутимое увеличение влажности наблюдается в средней частиТигрового хода, и уменьшается к дальней его части.

Ход влажности в переходной зоне в грубо сглаженном видеповторяет ход влажности на поверхности, он практически никак не влияет натаковой во внутренних зонах пещеры. На суточный и возможно, сезонный ходвлажности во внутренних частях пещеры не влияет также ход этого метеоэлементана 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 отобраныв стеклянные пипетки ( по методике ИГН АН Украины) и проанализированы влабораторных 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 местепортативным 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 кислородвыходит вместе с аргоном ). Метан и другие тяжелые углеводороды в концентрацияхсвыше 1 х 10 не обнаружены.

Наиболее изменчивым компонентом пещерного воздуха являетсяуглекислый 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 назначительный размах значений в воздухе пещеры в разные сезоны, обнаруживаетчеткую закономерность, увеличение углекислого газа от входа в пещеру к болееотдаленным 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 эндогенномпроисхождении СО2, однако, отсутствие в составе воздуха сколько-нибудьзначительных количеств тяжелых углеводородов противоречит этой гипотезе.Окончательное решение этой проблемы будет возможным только после проведенияизотопного изучения воздуха пещеры, которое запланировано ввести в состав работпо наблюдению микроклимата пещеры в будущем.

Изучение состава воздуха в одних и тех же точках, но наразной высоте и в разных гидрогеологических условиях показало:

при отсутствии воды, значительных отличий в содержании СО2на разных высотах не обнаруживается. Так в зале Перестройки, в заплотиннойчасти 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 подглыбами — 0,73, над глыбами 0,41 об.%. Этот факт свидетельствует в пользуэндогенного происхождения;

в Балконном зале, замеры внизу у воды показали содержаниеСО2 — 0,71 об.%;-0,76 об.%, вверху — 0,95об.% — 1,0 об.%, это подтверждаетгипотезу об активном растворении углекислого газа в пещерных условиях.

Отбор и анализ проб производился сотрудниками Киевскогокарстолого-спелеологического центра и инструкторами Центра спелеотуризма«ОНИКС-ТУР».

4.5 Результаты газортутной съемки.

В пещере (верхнем этаже ) проведена газортутная съемка сцелью определения содержания паров ртути в воздухе полости.

Условия съемки: проводилась 11 сентября 1990 года с 19-00до 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 определенияртути в воздухе показаны на рисунке 1.

Анализируя данные таблицы отмечаем, что наибольшие величинысодержания ртути в воздухе обнаружено в точках 3,4,5,5а, 8, достигая величины в1,5 ПДК ( ПДК для жилых помещений равно 300 х 10 ). Все эти точки сосредоточеныв Галерее сказок, в переделах пешеходных дорожек. В удаленных от галереи сказокчастях пещеры содержание ртути в воздухе уменьшается до 92 х 10 .

Повышенное содержание ртути в воздухе Галереи сказоксвязано, по-видимому, с техногенным заражением, локального характера. Вопросэтот требует дальнейшего изучения, а именно постановки режимных наблюдений сцелью 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, подвергаетсяопасности загрязнения. В особенности много проблем возникает в результатерастительности вокруг постоянно освещаемых частей пещеры.

Обширный опыт эксплуатации пещер в мире и небольшой вбывшем СССР свидетельствует о том, что при несоблюдении мер предосторожностипещера теряет свой первозданный облик.

Определяющими факторами появления растительности в пещереявляются: установка источников искусственного света с одной стороны и появлениенесвойственной пещере микрофлоры и микрофауны, которая заносится в пещерупосетителями. Нам неизвестны работы, посвященные распространению растительностив пещерах СССР. За рубежом же эти проблемы обсуждаются достаточно широко. Однаиз таких работ [ ] описывает распространение так называемой ламповой флоры впещере Барадла (Венгрия) .

В пещере Ново-Афонская ( Абхазия) растительность появиласьи бурно развилась в течении менее 10 лет. Наибольшую опасность в этом мыслепредставляют галогеновые лампы.

С целью оценки микробиологической обстановки пещерыМраморная проводились определения качественного и количественного составамикрофлоры грунта и воздуха. Отбор производился в пяти стационарных точках,расположенных в пределах Галереи сказок ( см. т.т. 1 — 5 на рисунке ). Кромеупомянутых точек пробы отбирались: в нижнем этаже ( Зал надежд, т.6 ) и вЛюстровом 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, встерильные мешочки. После доставки проб в лабораторию определялись влажностьобразцов, готовилась серия последовательных разведений из проб грунта иосуществлялся посев известным образом, контроль за микробиологическойобстановкой проводился в экликтивных средах:

Эшби — для выделения азотфиксирующих микроорганизмов;

МПА — для выделения гетеротрофов, развивающихся наорганическом субстрате;

КАМ — для выделения актиномицетов ( в числе которых высокосодержание 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 исследованыобразцы микрофлоры, отобранные на сталактитах и грунте в Люстровом зале. Пятнаплесени на месте подземного лагеря были обнаружены здесь визуально приисследовании пещеры 16 июля 1990 года. Эта плесень состоит из микроскопическихгрибов, которые после предварительной индентификации были отнесены к роду

Из анализа табличных данных следует, что общая численностьмикроорганизмов 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 численностьмикроорганизмов наиболее высокой была в пунктах 2,5. При первых двух отборахсреди изучаемых групп микрооранизмов наиболее представительными былигетеротрофные бактерии и актиномицеты. В числе гетеротрофов доминируют бациллы: Bac.megaterium, Bac.sultiles, Bac.mesentericus. Микроскопическиегрибы практически отсутствовали в грунте пещеры и были немногочисленны ввоздухе. 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. Численностьмикроорганизмов в указанный период была на 1-2 порядка выше в грунтах, чем ввоздухе.

Результаты третьего обследования, 20.09.90 г. показали:тенденция к нарастанию микроорганизмов по исследуемым группам микрофлорысохранилась. Особенно возросла численность грибов и гетеротрофныхмикроорганизмов, наибольшая плотность которых отмечалась на площадке у входа.По — видимому, эта закономерность является результатом эксплуатации пещеры вкачестве экскурсионного объекта.

4.7 Радиометрические исследования.

При выполнении работ использовался серийный радиометр маркиСРП — 68 — 01, измеряющий жесткое гамма-излучение в мкР/час. Замеры проведенына фиксированных точках на всем протяжении пещеры от входа до верхней и нижнейвидовых площадок. Анализ распределения данных по радиоактивности на этомучастке пещеры показал, что колебания наблюдаются в пределах от 5 ( сталагмитМамонт) до 13 мкР/час ( на верхней видовой площадке), то есть находятся впеделах фона города Симферополя равного 12 — 15 мкР/час и даже ниже его.Несколько замеров выполненых дальше по Залу Перестройки показали содержаниенсколько выше, а именно до 16 — 17 мкР/час.

Более детальные радиометрические исследования, выполненные30.11.90 г. на верхнем участке пещеры ( от входа до нижней и верхней площадок)показали те же содержания ( в пределах 5 — 13 мк Р/час). Продолжив измерениячерез завал в сторону зала Перестройки и пройдя до конца зала было выявленонекотоое повышение радиоактивности от15 мкР/час ( в начале зала) до 20 -25 (всередине зала), резко повышено до 40 мкР/час у глинистого намыва и насыпи вконце зала — 27 мкР/ачс. При этом, как отчетливо видно, повышение концентрацииявно связано с глиняной субстанцией, выполаживающей пол зала.

Замеры выполненные в нижней части пещеры ( в сторонуЛюстрового зала) показали колебание радиоактивности в пределах от 15 до 20 мкР/час и только у драпировки перд Люстровым залом поывшены до 30 мкР/час.

Анализируя полученные данные можно отметить:

на верхнем участке пещеры установлены наиболее низкиесодержания радиоактивности, не превышающие 10 — 15 мкР/час;

наиболее высокие концентрации отмечены в зале Перестройкидо 40 мкР/час;

в нижней части пещеры (в сторону Люстрового зала)содержание радиоактивности примерно в 2 раза выше, чем в привходовой частипещеры и аналогично большинству замеров в зале Перестройки, за исключениемглинистой насыпи;

в цело же содержание радиоактивности низкие и непредставляют экологической опасности.

5. Антропогенные факторы, оказывающиевлияние на микроклимат  пещеры.

Под антропогенными факторами, оказывающими влияние намикроклимат пещеры и на ее физико-географическую среду в целом автор понимаетэлементы вмешательства в результате оборудования и эксплуатации пещеры какэкскурсионного объекта.

Само вмешательство в экологическую систему пещерыпредполагает ее изменеия, но вопрос состоит в степени влияния этогоантропогенного вмешательства и его последствий для хрупкой динамической системыкарстовой полости. Ниже описаны факторы антропогенного вмешательства нанаиболее важные элементы микроклимата пещеры и степень их влияния насегодняшний день.

Оборудование второго искусственного входа в пещеру(начальный этап освоения пещеры).

Устройство пешеходных дорожек, протяженностью более 700метров.

Перекрытие дверями сообщения с галереей Тигровый ход.

Искусственное электрическое освещение пещеры, его мощность,направление пучка света.

Посещаемость пещеры экскурсионными группами, увеличение егоинтенсивности за короткий промежуток времени ( в основном июль — август).

Все эти факторы в свою очередь в разной степени влияют наэлементы микроклимата пещеры.

1. Благодаря наличию двух входов в пещеру в пивходовойчасти ее в пределах 5 — 6 метров от входной двери образуется локальнаяциркуляция воздуха в результате которой резко выделяется небольшая буфернаяподзона на которую оказывает влияние, как привходовая, так и основная«нейтральная части» пещеры.

Появление ледяных сталагмитов и сталактитов в привходовойчасти пещеры связано с появлением дополнительного воздухообмена с поверхностьюза 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 частиТигрового хода объясняется как естественными причинами ( здесь она была выше впервоначальный этап исследований, т.е. до экскурсионной нагрузки) тактехногенными: наличие в течение полугода двери в Тигровый ход, препятствующейвоздухообмену, и, что наиболее важно сравнительно большее, чем в другихгалереях количество посетителей. При этом необходимо учитывать, что объемыТигрового хода гораздо меньше, чем другие экскурсионные галереи пещерыМраморная. Весьма характерно, что температура и влажность уменьшаются к дальнейчасти Тигрового хода (меньше посетителей, наличие связи с поверхностью илидругими, еще не пройденными частями пещеры)

Анализируя «График среднемесячных температур...» можносделать вывод, что повышения эти незначительные, максимально — в серединеТигрового хода до 12 град.С ( средняя для этой зоны 10 гр.С). Аналогичнопроисходит повышение влажности в этой зоне, как видно из «Графика измененияабсолютной влажности....» до 13 Мб ( средняя для этой точки 12,3 мб).

Производной от факта присутствия в замкнутом пространствепещеры человека является выделение углекислого газа в процессе дыхания.

Содержание углекислого газа в пещере колеблется от 0,03об.% ( то есть такое же как и на поверхности земли ) до 1,0 об.%, увеличиваяськ более удаленным от входа и слабо проветриваемым участкам пещеры. Но такоеповышение может объясняться эндогенным происхождением углекислого газа. Вопросувеличения концентрации углекислого газа в отдаленных и низменных участкахпещеры наиболее актуален на сегодняшний период эксплуатации пещеры, так какколичество экскурсантов с каждым годом увеличивается и увеличивается количествовыдыхаемой углекислоты.

На содержание в воздухе других газовых примесейантропогенное вмешательство влияния не оказывает.

Оснащение пещеры электрическим освещением ( наличиеосветительных Заражение носило строго локальный характер, возникло, как выяснламп, электропроводки) привело к повышению паров ртути в воздухе пещеры ( 500 х10). Техногенное заражение было отмечено только на одном участке экскурсионногомаршрута Галереи сказок, в не посещаемый период. из-за поврежденияосветительного прибора, и небольшой утечки ртути из разбитого ртутноготермометра при снятии замеров температуры сотрудниками Центра. Техногенноезаражение было ликвидировано в кратчайшие сроки активным проветриванием.Оснащение пещеры электроосветительным оборудованием также влияет на состояниемикробиологической среды полости. За счет действия направленного пучка света наповерхность стен и натеков ( как следствие — увеличение температуры ) привело кувеличению на них количества микроорганизмов, представленных азотфиксирующимибактериями, гетеротрофами, актиномицетами, микроскопическими грибами имикроводорослями.

Оборудование пещеры для экскурсионного посещения предполагаетнахождение в полости большого количества экскурсантов. Присутствие человеканесомненно влияет на состояние микробиологической среды пещеры. Увеличиваетсясодержание данных микроорганизмов в воздухе пещеры, но патогенных для человекамикроорганизмов на сегодняшний день не обнаружено.

Влияния всех вышеперечисленных факторов антропогенноговоздействия на повышение радиометрического фона в пещере не зафиксировано. Хотяза сотоянием данного вопроса необходим тщательный контроль, так как естьопасность техногенного заражения. Радиометрическими исследованиями установленыколебания радиоактивности от 5до 40 мкР /час, что не представляет опасности дляпосетителей ( фон г.Симферополя равен 12 — 15 мкР/час).

6. Меры предотвращения отрицательноговоздействия антропогенных факторов на микроклимат пещеры.

Дальнейший контроль за состоянием микроклимата пещерынеобходим для создания комплекса охранных мероприятий по ее охране ианалогичных пещер, которые будут впоследствии оборудоваться не только наЧатыр-Даге, но и на территории СНГ .

Изменения температуры и минерализации подземных вод, атакже их загрязнения различными веществами с поверхности можно предотвратить.Для этого необходим строгий контроль инструктора Центра спелеотуризма запосещением пещеры. Загрязнению подземных вод также препятствует оборудованиеэкскурсионных дорожек бортиками, высотой не менее 7 см, препятствующимипопаданию загрязнения с бетонной пешеходной дорожки. Еженедельная обработкадорожек специальным дезинфицирующим раствором.

Предотвращению изменения температурного режима пещеры ирежима влажности будет способствовать четкий контроль за состоянием доступавоздуха через второй искусственный вход в пещеру. Входная дверь должна плотнозакрываться после прохода экскурсионной группы. Дверь в галерею Тигровый ходдолжна быть демонтирована для восстановления естественной циркуляции воздуха .

Для контроля за режимом влажности и температуры вэкскурсионных галереях пещеры необходим подсчет и определение оптимальнойэкскурсионной нагрузки для каждого экскурсионного маршрута в отдельности. Таккак они различны по протяженности и продолжительности пребывания в нихэкскурсионных групп. Специальные наблюдения должны проводиться за влияниеммощности электроосветительных приборов на нагрев поверхности натеков и стенпещеры.

Четкий контроль за количеством экскурсантов на различныхмаршрутах в пещере так же необходим для предотвращения скопления углекислогогаза в воздухе пещеры. Замеры должны производиться после каждого экскурсионногодня во всех посещаемых галереях пещеры., чтобы в случае превышения нормысодержания СО2 в воздушной среде произвести анализ его происхождения ипроизвести проветривание данного участка пещеры. В целом же, что касаетсянарушения газового состава воздуха, при сколько-нибудь незначительном скоплениипосторонних запахов, не свойственных для воздушной среды пещеры, необходимонемедленное проветривание и анализ газового состава воздуха.

Предотвращению техногенного загрязнения парами ртутипещерной среды способствует неукоснительное соблюдение техники безопасности приработе с любыми приборами и инструментами ее содержащими, а также теми, всостав которых входят любые концерогенные элементы, (не только ртуть). Прификсировании увеличения содержания паров ртути необходимо произвести тщательнопроветривание зараженного участка пещеры.

В процессе исследований, после получения первых результатовмикробиологических наблюдений в пещере Мраморная выяснился ряд мерспособствующих предотвращению изменения микробиологической среды полости:

В участках, где наблюдается распространение грибковойинфекции рекомендуется влажное снятие мицелиального налета с последующейобработкой инфицированных очагов 10% раствором формалина или фенола (карболовойкислоты). Возможна также обработка бактерицидной кварцевой лампой.

Для предотвращения развития растительности в пещеререкомендуется оборудование на входной площадке участка со специальным покрытиемпропитанным дезинфицирующим раствором. Здесь посетители обязаны вытирать нижнюючасть обуви;

периодически искусственно вентилировать пещеру;

периодически менять расположение светильников или покрайней мере направление потока света от того или иного источника.;

появившуюся плесень немедленно снимать и обрабатыватьинфицированные участки дезинфицирующим раствором;

продолжать наблюдения за микробиологической обстановкой впещере, разрабатывая одновременно эффективные меры борьбы с интенсивноразвивающейся микрофлорой..

6. Для контроля за радиометрическим фоном в пещере должныпроизводиться регулярные наблюдения за состоянием данного вопроса. Во избежаниетехногенного загрязнения необходим четкий контроль за соблюдением техникибезопасности при ведении технических работ в пещере, соблюдением правилпосещения экскурсионных маршрутов. Вообще же фон радиоактивности не представляетопасности для посетителей пещеры Мраморная.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследования микроклимата пещеры Мраморная дали богатыйматериал по особенности ее температурного режима, режима влажности, а такжесостоянием газового состава воздуха, микробиологической обстановки,радиометрического фона и тесной взаимосвязи этих компонентов. Дальнейшиенаблюдения должны пополнить имеющийся банк данных и представлять собойпостоянный мониторинг за микроклиматом пещеры Мраморная. Используемые приборы,имеющие недостаточно высокую чувствительность и применяемые методы наблюдений (в присутствии человека) существенно ограничивают возможности спелеометрии дляизучения тех проблем, которые в настоящее время представляют наибольший научныйи практический интерес в свете развития экскурсионных комплексов на базекарстовых пещер Горного Крыма. Исследования микроклимата пещеры Мраморнаявыявили ряд существенных факторов влияния на него и, что очень немаловажно,позволили определить ряд мер по уменьшению степени влияния антропогенноговмешательства.

В целом же после проведенных исследований выявлено:

Вода в пещере чрезвычайно чистая, с минерализацией 0,365г\л и температурой 8,3 — 8,6 градусов.

В процессе микроклиматических наблюдений в пещере Мраморнаявыявлено несколько микроклиматических зон. Первая из них — это уравновешивающаязона, которая располагается на расстоянии 20 — 30 метров от входного тоннеля.Не смотря на незначительную протяженность, эта зона имеет чрезвычайно большоезначение, так в ее пределах происходят процессы уравновешивания постоянныхтемператур и влажности внутри пещеры с таковыми на поверхности земли.Значительное влияние на микроклимат уравновешивающей зоны по прежнему оказываетвлияние первоначальный (естественный) колодцеобразный вход в пещеру, а не новыйискусственный как предполагалось. Но все же благодаря появлению второгоискусственного входа в пещеру в пределах 5 — 6 метров от входной двериобразуется небольшая буферная подзона, на которую оказывает влияние какпривходовая, так и основная нейтральная части пещеры. Уравновешивающая зонаимеет температуру в среднем 9,4 градуса и влажность в пределах 10,6 — 11,1 мб.

В нейтральной зоне выделяются три подзоны. Первая из нихприурочена 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 Тигровогохода. Температура и влажность здесь соответственно 9,7 — 9,8 град.С и 12 — 12,1мб.

Ощутимое увеличение температуры и влажности в средней частиТгрового хода объясняется как естественными причинами ( здесь она была выше ещев начальный период эксплуатации, так и техногенными: наличие в теченииполугода двери в Тигровый ход, препятствовавшей воздухообмену, наличиепосетителей в сравнительно малом объеме полости, и, предположительно наличиеосветительных ламп. Весьма характерно, что температура и влажность уменьшаютсяк дальней части Тигрового хода ( меньше посетителей, наличие связи споверхностью, или другими еще непройденными частями пещеры).

Ход влажности в переходной зоне в грубо сглаженном видеповторяет ход влажности на поверхности, он практически никак не влияет натаковой во внутренних частях пещеры. На суточный и, возможно, сезонный ходтемпературы и влажности во внутренних частях пещеры не влияют также ход этихметеоэлементов на поверхности, а также изменения давления. На эти элементымикроклимата, в дальних частях пещеры так же не влияет поток посетителей иосветительное оборудование.

Однако, незначительное повышение температуры и влажности вотдельных участках пещеры по сравнению с начальным периодом эксплуатациисвидетельствует о наличии техногенной нагрузки, которая и вызвала это повышение.

Содержание углекислого газа колеблется от 0,03 об.% ( т.етакого же как и на поверхности земли) до 1,0 об.%, увеличиваясь к болееудаленным от входа и слабопроветриваемым участкам. Имеющаяся тенденция кнакоплению углекислого газа в отдельных участках пещеры делает актуальнымвопрос о постоянных замерах содержания СО2 в воздухе пещеры, особенно в периодмаксимальной экскурсионной нагрузки.

Повышенное содержание паров ртути в воздухе пещеры ( 500 х10), характерное для отдельных точек Галереи сказок связано с техногеннымлокальным заражением, которое было ликвидировано активным проветриванием

Микробиологические исследования показали, что в результатеэксплуатации 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 развитияпещерной «плесени» был определен и предпринят ряд профилактических мер.

Радиометрическими исследованиями установлены колебаниярадиоактивности от 5 до 40 мк Р/час, что не представляет опасности дляпосетителей. Некоторое повышение радиоактивности ( до 40 мкР/час) связано сглинистой субстанцией, выполняющей пол Зала Перестройки.

.Сказанное определяет основные направления исследований наближайшие несколько лет.

Пещера Мраморная является уникальным памятником природы,действительная ее охрана и эксплуатация возможны только благодаря энтузиазмусотрудников Центра спелеотуризма «ОНИКС-ТУР». Исследования этой полостинеобходимы для создания комплекса мероприятий по ее охране и аналогичных пещер,которые с течением времени будут вводиться в эксплуатацию как в Украине, так ив странах СНГ.

Таблица 5.

Сводная таблица определения численности микроорганизмов вразличных пробах грунта

Место

отбора

проб

Дата

отбора

Общая численность

микроорганизмов

МПА Чапека Эшби КАА Тамия 1 06.04. 7.1х10 5.4х10 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

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

2.8х10

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

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

2.1х10

1.8х10

2.2х10

3.2х10

5.1х10

9.2х10

2.7х10

3.9х10

2.3х10

-

5.8х10

4.1х10

6 16.07 1.1х10 1.0х10 3.7х10 2.2х10

Таблица 6

Сводная таблица определения численности микроорганизмов впробах 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

Список литературы

Аверкиев М.С. Метеорология.-М.: Изд-во МГУ, 1951.-С.18-29.

Алисов Б.П., Дроздов О.А., Рубинштейн Е.С. Курсклиматологии.-Л.: Гидрометеоиздат, 1952. — 487 с.

Вахрушев Б.А., Горбатюк В.М. Гидрологические исследования ибезопасность пещерных экскурсионных комплексов // Исследования карстовых пещерв 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 слоявоздуха. — 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 методикамикроклиматических наблюдений в пещерах // Исследования карстовых пещер в целяхиспользования их в качестве экскурсионных объектов. — Тбилисси, 1978. — С.194-196.

Дублянский В.Н. Карстовые пещеры и шахты Горного Крыма. — Л.:, Наука, 1977. -С.183

Дублянский В.Н., Зенгига С.М., Региональные особенностиразвития карста Горно-Крымской карстовой области // Физическая география игеоморфология, 1970, т., с.74-79.

Дублянский В.Н.Зенгига С.М., Кулагина Т.И., Соцкова Л.М Оботличиях 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 толщиГлавной Горной гряды Крыма // Труды МИНХ и ГП. — Вып.67. — М.:,1967. — 164-171.

Дублянский В.Н., Соцкова Л.М. Микроклимат карстовых пещерГорного Крыма // Тезисы UII Межд. спелеол.конф. Лондон. — 1977.

Дублянский В.Н., Соцкова Л.М. К методике микроклиматическихисследований в карстовых полостях. — Пермь, 1981.

Дублянский В.Н., Шутов Ю.И. Газовый состав воздуха вкарстовых 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 газовогосостава воздуха карстовых полостей Подолии и Буковины // ДАН УССР, 1984. — Сер.Б. — №2. — С.19-21.

Методика микроклиматических наблюдений в естественных иискусственных 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 возможногоосвоения карстовых полостей Горного Крыма // Состояние, задачи и методыизучения глубинного карста СССР. — М.: 1982. — С.175-176.

Соцкова Л.М., Дублянский В.Н., Фербей Г.Г. Микроклиматкарстовых полостей Горного Крыма. Симф. Гос. университет. 1989, С.-133