J 2017

Carbon dioxide seasonality in dynamically ventilated caves: the role of advective fluxes

LANG, Marek, Jiří FAIMON, Jean GODISSART and Camille EK

Basic information

Original name

Carbon dioxide seasonality in dynamically ventilated caves: the role of advective fluxes

Name in Czech

Sezónnost oxidu uhličitého v dynamicky ventilovaných jeskyních: role advektivních toků

Authors

LANG, Marek (203 Czech Republic, belonging to the institution), Jiří FAIMON (203 Czech Republic, belonging to the institution), Jean GODISSART (56 Belgium) and Camille EK (56 Belgium)

Edition

Theoretical and Applied Climatology, Wien, Springer Wien, 2017, 0177-798X

Other information

Language

English

Type of outcome

Článek v odborném periodiku

Field of Study

10500 1.5. Earth and related environmental sciences

Country of publisher

Austria

Confidentiality degree

není předmětem státního či obchodního tajemství

Impact factor

Impact factor: 2.321

RIV identification code

RIV/00216224:14310/17:00095865

Organization unit

Faculty of Science

DOI

UT WoS

000406123400048

Keywords (in Czech)

advektivní tok z půd/epikrasu; dynamický model jeskyně; sezónnost koncentrací CO2 v jeskynním vzduchu; ventilační mód jeskyně

Keywords in English

advective flux from soil/epikarst; dynamic cave model; cave air CO2 level sesonality; cave ventilation mode

Tags

Tags

International impact, Reviewed
Změněno: 29/3/2018 22:59, Ing. Nicole Zrilić

Abstract

ORIG CZ

V originále

The seasonality in cave CO2 levels was studied based on (i) a new data set from the dynamically ventilated Comblain-au-Pont Cave (Dinant Karst Basin, Belgium), (ii) archive data from Moravian Karst caves, and (iii) published data from caves worldwide. A simplified dynamic model was proposed for testing the effect of all conceivable CO2 fluxes on cave CO2 levels. Considering generally accepted fluxes, i.e., the direct diffusive flux from soils/epikarst, the indirect flux derived from dripwater degassing, and the input/output fluxes linked to cave ventilation, gives the cave CO2 level maxima of 1.9E-2 mol m-3 (i.e. 440 ppmv), which only slightly exceed external values. This indicates that an additional input CO2 flux is necessary for reaching usual cave CO2 level maxima. The modeling indicates that the additional flux could be a convective advective CO2 flux from soil/epikarst driven by airflow (cave ventilation) and enhanced soil/epikarstic CO2 concentrations. Such flux reaching up to 170 mol s-1 is capable of providing the cave CO2 level maxima up to 3E-2 mol m-3 (70,000 ppmv). This value corresponds to the maxima known from caves worldwide. Based on cave geometry, three types of dynamic caves were distinguished: (i) the caves with the advective CO2 flux from soil/epikarst at downward airflow ventilation mode, (ii) the caves with the advective soil/epikarstic flux at upward airflow ventilation mode, and (iii) the caves without any soil/epikarstic advective flux. In addition to CO2 seasonality, the model explains both the short-term and seasonal variations in D13C in cave air CO2.

In Czech

Sezónnost koncentrací CO2 v jeskyni byla studována na základě (i) nového souboru dat z dynamicky ventilované jeskyně Comblain-au-Pont (Dinantská krasová pánev), (ii) archivních dat z jeskyní Moravského krasu a (iii) publikovaných dat ze světových jeskyní. Pro testování vlivu uvažovaných toků CO2 na koncentrace CO2 v jeskyni byl navržen zjednodušený dynamický model. Na základě obecně akceptovaných toků, t.j. přímý difúzní tok z půd/epikrasu, nepřímý tok odvozený z odplyňování skapových vod a vstupní/výstupní toky spojení s ventilací jeskyně, dosahují koncentrace CO2 v jeskyni až 1,9 x 10-2 mol m-3 (t.j. 440 ppmv), což jen mírně převyšuje venkovní hodnoty. To naznačuje, že pro dosažení obvyklých maximálních hodnot koncentrací CO2 v jeskyni je nutný další vstupní tok CO2. Modelování naznačuje, že dalším tokem by mohl být konvekční advektivní tok CO2 z půd/epikrasu řízený prouděním vzduchu (ventilace jeskyně) a zvýšenými koncentracemi CO2 půdách/epikrasu. Takový tok dosahující až 170 mol s-1 je dostatečný pro dosažení koncentrací CO2 v jeskyni až 3 x 10-2 mol m-3 (70000 ppmv). Tato hodnota odpovídá maximálním hodnotám známým ze světových jeskyní. Na základě jesknyní geometrie byly rozlišeny 3 typy dynamických jeskyní: (i) jeskyně s advektivním tokem CO2 z půd/epikrasu při sestupném ventilačním módu proudění vzduchu, (ii) jeskyně s advektivním tokem CO2 z půd/epikrasu při vzestupném ventilačním módu proudění vzduchu a (iii) jeskyně bez advektivního toku z půd/epikrasu. Kromě sezónnosti CO2 vysvětluje model také krátkodobé a sezónní variace v hodnotách D13C v CO2 v jeskynním vzduchu.