МИКРОКЛИМАТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПЕЩЕР
44. Погодные условия на поверхности. Маршрутные микроклиматические наблюдения под землей часто теряют ценность при отсутствии сведений о состояния погоды на поверхности. Поэтому дежурное отделение спелеолагеря (спасательный отряд) проводит определенный объем метеонаблюдений непосредственно с момента организации лагеря. Знание местных признаков изменения погоды [11] часто позволяет предвидеть возникновение опасных ситуаций и предупредить об этом группы, работающие под землей.
На поверхности рекомендуется измерять температуру и влажность воздуха при помощи аспирационного психрометра, а атмосферное давление при помощи барометра БАММ-10. Чтобы избежать частых замеров, рекомендуется установить в лагере комплект самописцев (термограф, гигрограф, барограф с недельным заводом). По этим приборам легко определить тенденцию изменений метеоэлементов на протяжении суток (обработка их лент производится спелеотуристами согласно специальным наставлениям Гидрометеослужбы СССР).
При выпадении осадков следует выставить на открытом месте (на поляне) какую-либо емкость для примерного определения количества осадков. Эти сведения затем следует увязать с материалами подземных наблюдений (важно выяснить, при каком количестве осадков начинается сток в карстовые полости; какое время проходит от начала ливня до затопления входа в полость или образования сифона). Эти наблюдения помогут обеспечить дальнейшее безаварийное изучение и посещение пещер района. Например, на массиве Алек после начала сильного ливня в распоряжении спелеотуристов, находящихся под землей, до подъема воды будет не более одного часа. Поэтому при паводке не следует пытаться выйти на поверхность. Необходимо найти под землей незатопляемую "зону спасения" и укрыться в ней. Спад паводка происходит за 14-18 часов после окончания ливня. Это минимальное время, на которое должен быть рассчитан аварийный запас освещения и продуктов при любом выходе под землю.
45. Температура и влажность воздуха под землей. При маршрутных исследованиях температура и влажность воздуха измеряются с помощью аспирационного психрометра через каждые 5-10 м (по горизонтали или по вертикали), на высоте около 1 м от пола и на таком же расстоянии от стенок. Через каждые 100-150 м в характерных поперечных сечениях закладываются микроклиматические поперечники, на которых производятся послойные замеры на высоте 0.1, 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5 м от пола по трем-четырем вертикалям (в центре галереи и у стенок). Если пещера или шахта имеет большую глубину, то дополнительно необходимо измерять атмосферное давление барометром БАММ-10.
Сложным и пока еще неразработанным вопросом является измерение температуры стен пещеры. Это очень важная характеристика, получить которую при маршрутных наблюдениях трудно. В теплых пещерах можно попытаться устанавливать срочные термометры в узкие щели и закрывать их пластилином. Показания термометров можно снимать не ранее, чем через два-три часа. В ледяных пещерах (при температуре ниже нуля) иногда применяется способ вмораживания термометра.
Обрабатывают материалы микроклиматической съемки обычно по психрометрическим таблицам. По значениям температур сухого (tсух) и смоченного (tсм) термометров, аспирационного психрометра и атмосферному давлению в точке замера (мм. рт. ст.) находят поправку delta tсм, которую прибавляют к показанию смоченного термометра. Затем по психрометрическим таблицам получают значения абсолютной влажности (е, мб), дефицита насыщения (d, мб) и относительной влажности (ф, %).
Основная задача микроклиматической съемки - определять температурные и влажностные характеристики "нейтральных" частей карстовых полостей. В любой пещере или шахте существует привходовая "уравнивающая" зона различной протяженности, где в определенное время года (или при резких изменениях погодных условий на поверхности) могут наблюдаться значительные изменения температуры и влажности, достигающие 10-20°. По мере удаления от входа амплитуда колебаний микроклиматических параметров постепенно уменьшается. Мы попадаем в "нейтральную" часть полости, где суточные, недельные, а иногда и сезонные колебания температуры практически (в пределах точности приборов) отсутствуют. Температура и влажность "нейтральных" частей - это довольно устойчивые для карстовых полостей данного типа характеристики. Опыт изучения микроклимата карстовых полостей горного Крыма показал, что на основании статистической обработки материалов по нескольким десяткам пещер или шахт эти характеристики можно определить из уравнения:
y=a·xb+c,
где х - расстояние от входа, в м (длина или глубина); у - температура (°С) или абсолютная влажность (мм. рт. ст.); а, b - числовые коэффициенты, характеризующие "уравнивающую" зону, а с - "нейтральную" зону. Температура в "нейтральной" зоне различных карстовых полостей колеблется от +4,4°С +9,1°С (рис. 24).
Значительно больше задач практического карстоведения можно решать, используя для расчетов j-d диаграмму.
46. Движение воздуха. При наличии воздушной тяги анемометрами АСО-3 или МГ-1З в сужениях карстовых полостей определяются ее направление и скорость (м/сек). Зная площадь поперечного сечения полости в месте замера, легко рассчитать расход воздушного потока, а затем и коэффициент воздухообмена (отношение объема воздуха, проходящего через полость в сутки, к объему полости). Величина коэффициента воздухообмена является надежной характеристикой проветриваемости карстовой полости и используется наряду с другими микроклиматическими параметрами для расчета количества конденсационной влаги, формирующейся в трещинно-карстовых коллекторах.
В одноходовых пещерах коэффициент воздухообмена обычно меньше единицы (и никогда не превышает пяти). В зависимости от конфигурации полости она представляет собой "холодный мешок" (в нее зимой затекает более плотный холодный воздух), или "теплый мешок" (из нее летом вытекает холодный воздух и она заполняется теплым воздухом). Изменения температуры воздуха в таких полостях происходят за счет прогрева горной породы и местных конвективных токов воздуха.
Шахты-поноры или вскрытые пещеры с большим входом нередко являются "холодными мешками", аккумулирующими в зимнее время огромные "запасы холода". Так, в пещере Сумган-Кутук в Башкирии (глубина 125 м) общая площадь зимнего охлаждения вмещающих пород на двух ее этажах составляет 75000 кв. м. В шахте Снежная на Кавказе ледник, образующийся в весенний паводок, за счет застывания попадающей в нее воды на переохлажденных стенах полости достигает глубины 200 м.
В двухвходовых пещерах (или в полостях, соединяющихся с поверхностью большим количеством непроходимых для человека щелей) возникает четкая сезонная циркуляция воздуха. Летом она направлена от верхнего входа к нижнему, зимой - наоборот. При значительном перепаде высот между верхним и нижним входами скорость движения воздуха в таких полостях может достигать 5-10 м/сек. Перепад давления воздуха между отдельными точками полости и поверхностью настолько велик, что можно определять направление и интенсивность движения воздуха при помощи самописцев-барографов, установленных на поверхности и под землей. При обработке лент самописцев следует иметь в виду, что общая разность давлений Δp по верхнему и нижнему приборам слагается из двух величин: Δp1 - разности давлений, обусловленной различным высотным положением приборов (чем ниже по отношению к уровню моря расположен прибор - тем давление выше) и Δp2 - разности давлений, обусловленной разными плотностями поверхностного и подземного воздуха в конкретных условиях данной полости. Поэтому показания всех барометров и барографов следует привести к одной высоте по преобразованной формуле Бабине: