Antropogenní ovlivnění jeskynního mikroklimatu 02 Studie - Balcarka • dynamika CO2/dýchání návštěvníků • pohyb návštěvníků v jesk. prostředí • otevírání dveří návštěvníky jeskyně [USEMAP] Jeskyně Balcarka • severní část M. krasu • 30-40 tisíc turistů/rok • celková délka: 350 m • dvě patra: rozdíl 20 m • existence 3 známých vstupů + další otvory (Objevitelský komín) • 2 monitorovací místa: (1) Vstupní dóm … C (2) dóm Galerie … I [USEMAP] Obraz0167 [USEMAP] • International Journal of Speleology • článek byl publikován v květnu 2015 • monitoring na Galerii (vrchní patro) • měření – CO2, teploty a návštěvnost • tři měření v průběhu podzimu 2013 (48–h. měření s až 265 návštěvníky) • návrh dyn. modelu simulujícího CO2 • určení parametrů kontrolujících CO2 uvnitř dómu v navštěvované jeskyni Studie 1: Dynamika CO2 a dýchání návštěvníků [USEMAP] • 3 hl. rezervoáry CO2 (1) hl. dóm - Galerie (2) dóm 1 - nižší CO2 (3) dóm 2 - vyšší CO2 • 6 hlavních toků CO2 (i) přímý přírodní tok (ii) antropogenní tok (iii) adv. vstupní tok (iv) adv. výstupní tok (v) dif. vstupní tok (vi) dif. výstupní tok Studie 1: dynamický model [USEMAP] Studie 1: dynamický model • celkový tok CO2 do dómu Galerie dán rovnicí: • koncentrace CO2 v dómu Galerie v průběhu jednotlivých módu proudění: • modelované (hledané) parametry: jN, cadj, kA, kDT (do nejlepšího proložení) antrop. tok přír. tok advektivní toky difuzní toky UAF: DAF: [USEMAP] Spring Studie 1: vliv přír. toků CO2 jaro: nízké koncentrace CO2 díky intenzivní ventilaci během zimy potlačení ventilací dominance přírodních toků [USEMAP] Autumn Studie 1: vliv okolního CO2 podzim: hlubší pasáže = vyšší CO2 z léta, vstupní pasáže = nízké CO2 přínos CO2 z hlubších pasáží přínos CO2 ze vstupních pasáží [USEMAP] Data_II Antr. toky: 3,5 x 10-3 mol s-1 Adv. toky: 1,5 x 10-3 mol s-1 Přír. toky: 6,7 x 10-6 mol s-1 Dif. toky: 4,8 x 10-8 mol s-1 Studie 1: regrese dat [USEMAP] Studie 1: hlavní závěry Konc. CO2 na Galerii byly řízeny různými faktory v závislosti na podmínkách: • bez přítomnosti návštěvníků byly koncentrace CO2 na Galerii řízeny toky CO2 ze sousedních prostor (závislost na koncentracích CO2 a tepl. rozdílu) • během pobytu návštěvníků byly koncentrace CO2 na Galerii řízeny antro- pogenními toky CO2 (závislost na počtu návštěvníků a délce jejich pobytu) V případě dostatečně dlouhého pobytu v jeskyni by antropogenní CO2 vyde- chovaný návštěvníky téměř ztrojnásobil přírodní koncentrace CO2 na Galerii Pro lepší ochranu jeskynního prostředí je nutná redukce délky pobytu skupin návštěvníků v jeskyni a zvýšení časového intervalu mezi prohlídkami jeskyně [USEMAP] Studie 2: Pohyb osob v jeskynním prostředí • Acta Carsologica (publ. duben 2015) • Vstupní dóm (u vchodu, úzký profil) • jedna monitorovací kampaň (48–h.) (17 skupin návštěvníků; celkem 269) • měření – CO2, teploty a návštěvnost • analýza antropogenních vlivů na CO2 v úzko-profilových pasážích jeskyně • kvantifikace těchto vlivů na základě dynamického modelu CO2 v jeskyni [USEMAP] Studie 2: dynamický model [USEMAP] Studie 2: dynamický model • celkový tok CO2 do Vstupního dómu dán rovnicí (suma dílčích toků CO2): • vT: celková rychlostí proudění vzduchu dána: přírodní rychlost: antrop. rychlost: • modelované (hledané) parametry: jN, cadj, kA, kDT, j(AP) (nejlepší proložení) antrop. tok přír. tok advektivní toky [USEMAP] • efekt v úzko-profilových chodbách uvnitř jeskyně • skupina představuje píst tlačící před sebou vzduch • UAF mód: stejný směr vN i vA → vT je dána sumou • v DAF módu pohyb osob proti směru př. proudění (i) vN > vA (přír. proudění) (ii) vN < vA (změna módu) Studie 2: Pohyb osob v jeskyni [USEMAP] Vliv advektivních toků CO2 • v DAF módu nárůst CO2 • v UAF módu pokles CO2 Antropogenní vlivy na CO2 • dýchání → píky na křivce CO2 (tok 3 x 10-3 mol s-1) • pohyb: změna proudění (antr. proudění je až 60x vyšší než přír. proudění, změna směru proudění) Studie 2: Regrese dat [USEMAP] Studie 2: hlavní závěry Konc. CO2 ve Vstupním dómu byly řízeny konc. CO2 v sousedních dómech: • v UAF módu pokles konc. CO2 (transport CO2 ze vstupních pasáží jeskyně) • v DAF módu nárůst konc. CO2 (transport CO2 z hlubších pasáží/epikrasu) Modelování ukázalo 2 hlavní antropogenní fenomény ovlivňující konc. CO2: (1) dýchání návštěvníků a (2) jejich pohyb v úzko-profilových jesk. chodbách Identifikace 2 komponent proudění vzduchu: (i) přírodní a (ii) antropogenní • antr. proudění může dosahovat až 60x vyšších hodnot oproti přírodnímu • změna směru proudění působící proti pohybu na směr shodný s pohybem Antropogenní fenomény ovlivňující CO2 se mohou vzájemně neutralizovat [USEMAP] Studie 3: Otevírání dveří návštěvníky jeskyně • International Journal of Speleology • článek otištěn v časopise v září 2017 • monitoring – Vstupní dóm a Galerie • měření – CO2, tepl. rozdíl, proudění • 5 monitorovacích kampaní (4 expe- rimenty s dveřmi, 1 měření CO2/AF) • detailní ověření vlivu otvírání dveří na (i) proudění vzduchu jeskyní a (ii) koncentrace CO2 v jesk. atmosféře [USEMAP] Studie 3: Experiment s otvíráním jesk. dveří [USEMAP] Data UAF mód Data DAF mód [USEMAP] Ověřovací kampaně v DAF módu [USEMAP] Studie 3: toky CO2 • vliv dveří #2 a #3: nárůst konc. CO2 (efekt zesílený otevřením dveří CD) • dveře #4 → pokles koncentrací CO2 (suma proudění přes dveře #2 a #3) • dif. tok CO2 z epikrasu do V. dómu: 1,5 x 10-9 - 3,9 x 10-6 mol s-1 • adv. tok CO2 z Galerie do V. dómu: 1,7 x 10-3 - 2,0 x 10-2 mol s-1, t = 3,0 h • adv. tok CO2 z epikrasu do V. dómu: 3,6 x 10-3 - 5,9 x 10-2 mol s-1, t = 0,1 h #2 + #3 + CD celk. tok CO2: 1,1 x 10-2 mol s-1 [USEMAP] Studie 3: vliv ventilačních větví na koncentrace CO2 Tři hl. ventilační větve v jeskyni během UAF módu: (1) #1 – CD (2) (ii) #2 – EC – GC (3) #3 – #4 • všechny ventilační větve z jeskyně obj. komínem • pokles CO2 ve Vstupním dómu = přínos venk. CO2 V DAF módu kompletně odlišné v. větve v jeskyni: • nárůst CO2 ve Vstupním dómu = přínos CO2 z EK • nižší CO2 na Galerii = vyšší proudění mezi Galerií, Vstupním dómem a obj. komínem přes dveře #2 (žádné ovlivnění Vst. dómu díky větší vzdálenosti) • dveře #4 sumarizují proudění přes dveře #2 a #3 [USEMAP] Studie 3: hlavní závěry Na základě otevírání dveří byly rozlišeny různé v. větve pro UAF/DAF mód • UAF mód: nárůst proudění vzduchu → zvýšené adv. toky CO2 z jeskyně (uplatnění ve Vstupním dómu – přínos CO2 ze vstupních pasáží jeskyně) • DAF mód: otevření některých kombinací dveří = změna směru proudění a hlavního zdroje CO2 → významný nárůst konc. CO2 ve Vstupním dómu (nárůst dán transportem zvýšených koncentrací CO2 adv. toky z epikrasu) Krátkodobé změny ventilace mohou významně ovlivnit mikroklima jeskyně • u frekventových zpřístupněných jeskyní opatření pro udržení podmínek • automatické uzavírání dveří, harmonizace vstupů/odchodů návštěvníků [USEMAP]