Микроклимат пещеры Мраморная и формы антропогенного влияния - Экология - Скачать бесплатно
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Физико-географические условия формирования карстовых полостей 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 вод пещеры.
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 на микроклимат
пещеры.
6. Меры предотвращения отрицательного воздействия антропогенных
факторов на микроклимат пещеры.
Заключение
ВВЕДЕНИЕ
Спелеология - это новое научное направление, которое выделилось из
карстологии и представляет комплекс науки, занимающийся изучением полостей
в земной коре, доступных для человека и характеризующихся специфическим
ландшафтом.
Одна из важнейших, но пока еще слаборазработанных ветвей спелеологии
- это спелеоклиматология или учение о микроклимате карстовых полостей.
Основы спелеоклиматологии были заложены работами Ю.Листова (1885),
А.Крубера (1915), Г.Кирла (Kyrle, 1922), Г.Вольфа ( Wolf, 1929) и ряда
других исследовател ей.
60-80 г.г. были годами накопления фактов,совершенствования
методик,постановки научных проблем. И только в конце 80-х годов стали
появляться научные работы в области спелеоклиматологии и сводки по
микроклимату отдельных карстовых регионов.
Стационарные ,долговременные микроклиматические наблюдения в отдельных
полостях на территории Крыма, практически не велись. По этому организация
мониторинга физико-географической среды пещеры Мраморная является на
сегодняшний день единственной в карстовом регионе Крымского полуострова.
Организация системных, долговременных наблюдений за физико-
геграфической средой карстовой полости, как за сложной, многогранной
динамической системой является необходимым условием при организации
объектов гео-экологического и спелео-туризма .Мировой опыт организации
подобных объектов туризма в таких всемирно известных пещерах как Мамонтова-
Флинт-Ридж, Карлсбадская в США; Постойнска яма , Мацоха в Словении и т.д.
показывает, что мониторинг пещерной среды должен включать много
разнообразных параметров, но одним из самых важных является микроклимат
пещеры. Микроклиматические условия, являются наиболее уязвимыми в
динамическом подземном ландшафте, по этому требуют самого детального
изучения.
Целью настоящей работы является подготовка характеристики микроклимата
в пещере Мраморная, выявление и определение степени влияния на него
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 систематической обработки
показаний приборов;
во-вторых : подбор специальных компьютерных программ для обработки
данных и компьютерная обработка материала;
в- третьих : выявление наиболее значимых факторов антропогенного
влияния на микроклимат пещеры;
в- четвертых : анализ полученных результатов.
Необходимо отметить тот факт , что сейчас необходимость оборудования и
охраны пещеры Мраморная не вызывает никакого сомнения, а на начальном этапе
работ по освоению пещеры Симферопольским клубом спелеологов высказывались
мнения отдельных спелологических клубов о якобы невосполнимом
,устращающих размеров, ущербе нанесенном пещере Мраморная в результате
подобных действий. На сегодняшний день , из мирового и отечественного
опыта и практики ясно, что оборудование и охрана пещеры как уникальнейшего
памятника природы для экскурсионного организованного, строго
контролируемого посещения, является единственным способом уберечь ее от
разграбления и неисправимого нарушения ее динамической системы. По этому
,полностью избежать антропогенного вмешательства невозможно в любом случае,
не зависимо от того оборудована пещера или нет ( печально известен опыт
никем не охраняемых пещер, которые варварски загрязнены и разрушены).
При подготовке работы использована разнообразная отечественная и
зарубежная литература по данной проблеме, в том числе ранее опубликованные
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 АН УССР
(1996) по пещере Мраморная , Киевского карстолого-спелеологического центра
(1994,1996).
1.Физико-географические условия формирования карстовых полостей Чатыр-
Дага.
Главная гряда Крымских гор, к которой относится Чатырдагский массив,
соответствует северной части мегантиклинория Горного Крыма. В разрезе
Главной гряды четко прослеживаются два структурных этажа. Нижний этаж
слагают сложно дислоцированные породы таврической серии - аргилл с
прослоями алевролитов и песчаников верхнего триаса и нижней юры и
залегающая на них с несогласием вулканогенная толща, аргиллиты и песчаники
средней юры. Водоупорный цоколь Главной гряды на разных массивах
находится на различных уровнях, что определяет условия движения подземных
вод и развитие карста в карбонатных породах верхнего структурного этажа. На
Чатырдаге водоупорный цоколь также дислоцируется в различных участках плато
на различных уровнях.
Верхний структурный этаж Главной гряды, в том числе и Чатырдага сложен
верхнеюрскими и нижнемеловыми (валанжинскими) отложениями. Их отличительной
особенностью является литологическое разнообразие, фациальная изменчивость,
контрастность мощностей.
Положение Горного Крыма на северной окраине субтропического пояса
обуславливает мягкость климата ( Ресурсы....1996). Основными факторами,
определяющими его особенности, и , вместе с тем, условия формирования
микроклимата карстовых полостей, являются радиационный баланс, атмосферная
циркуляция и характер подстилающей поверхности.
Продолжительность солнечного сияния в Горном Крыму меняется от 2180 до
2470 часов. Это обусловливает значительные различия в климатических
особенностях северного и южного макросклонов. Прямая солнечная радиация
существенно зависит от крутизны склонов и их экспозиции . Изменения
колическтва солнечной радиации на северном макросклоне в зависимости от
его крутизны отражены в Табл.1.
Таблица 1.
Изменения прямой солнечной радиации, кал/год в зависимости от крутизны
склона.
|Крутизна склона, градусы |Северный макросклон. |
| 0 - 9 |18958 |
|10 - 19 |15370 |
|20 - 45 | 4533 |
Различия в продолжительности солнечного сияния и величине прямой
солнечной радиации оказывают непосредственное воздействие на формирование
температур приземного слоя воздуха и его увлажнение в зонах заложения
карстовой полости.
Разнообразие теплового режима Чатырдага определяется в закономерном
изменении средних годовых температур на разных высотах, определяющем
термические условия карстовых полостей (Табл.2)
Таблица 2
Изменения средних годовых температур на северном макросклоне.
|Средняя годовая |Абсолютная высота ,м |
|температура,оС. | |
|+ 9,0 |250 - 400 |
|+8,0 |560 - 630 |
|+7,0 |800 - 840 |
|+6,0 |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 в карстовых
полостях. Суточная амплитуда температур воздуха зимой значительно меньше,
чем в летний период. При пасмурной, с туманами погоде средняя суточная
амплитуда в ноябре - январе менее 2 град.С, к марту постепенно возрастает
до 3 гр.С. Максимальные ее значения (3,5 - 4,0 гр.С) наблюдается в апреле-
сентябре. В отдельные дни значения амплитуд температур воздуха могут
достигать 15-20 гр.С, причем в летний период это наблюдается чаще, чем
зимой.
Наиболее низкие значения среднего минимума отмечаются на плато с ноября
по март. Они наблюдаются при установлении северо-восточного и северного
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 воздуха ниже 0 гр.С
устанавливается в начале декабря. Продолжительность периода с температурой
-5 гр.С достигает 110 дней. Зима на яйле сравнительно мягкая, со
среднемесячной температурой около - 4 гр.С, с интенсивным гололедом,
изморозью, сильными ветрами и метелями. Лето наступает при переходе
среднемесячной температуры через 15 гр.С. В июле- августе средняя
температура воздуха повышается до 16,4 гр. С, а абсолютные максимумы
достигают 28-30 гр.С. Период со среднесуточными температурами выше 10 гр.С
длится около 120-140 дней.
Средняя температура почвы следует годовому ходу температуры воздуха. В
январе почва охлаждается до -4 грС,а в отдельные дни декабря и февраля даже
до -15...-25гр.С. В июне- июле она прогревается до 19 - 21 гр.С. В среднем
же в горах около 50 дней с нулевой температурой почвы.
Перенос различных воздушных масс, их трансформация и фронтогенез
являются основными циркуляционными процессами формирования климата Главной
гряды , в т.ч. Чатырдагского массива. Атмосферная циркуляция
характеризуется преобладанием западного переноса, обусловливающего приток
воздуха из Атлантики. Периодически вторгаются холодные воздушные массы с
северных широт, теплые и влажные со Средиземного моря, сухие - с
территории Азии.
Главная гряда, способствуя усилению динамической турбулентности
воздуха и создавая условия для подъема воздушных масс, формирует
собственный режим увлажнения. Возрастание до 6,1 - 9.8 мм.рт.ст. летом
способствует конденсации влаги в трещинно-карстовых коллекторах. Суточный
ход абсолютной влажности на яйле выражен слабо.
Годовая амплитуда относительной влажности составляет в среднем 12 - 15
%. Максимальная относительная влажность за счет большой повторяемости
циклонических явлений отмечается зимой (78 - 85% при максимуме в январе).
Минимальные значения характерны для августа ( 30 - 66%), суточный ход
относительной влажности на плато наиболее четко проявляется летом
(колебания около 10 - 20 %).
Режим осадков обуславливается преимущественным воздействием юго-
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 и держится от 30 до 150 дней.
В целом климатические условия Главной гряды и Чатырдагского массива в
теплый период года неблагоприятны для питания подземных вод и развития
карстовых процессов,. Большая часть выпадающих осадков расходуется на
испарение. Запасы подземных вод пополняются только за счет конденсации и
ливневых осадков с интенсивностью более 20 мм/сут. В холодный период,
напротив, происходит питание подземных вод за счет продолжительных дождей,
снеготаяния, а также активизация карстовых процессов.
Физико-географическое положение пещеры Мраморная.
Пещера расположена в прибровочной части северо-западного замыкания
плато Чатыр-Даг. Обнаружена Симферопольскими спелеологами в 1987 году.
Близкое расстояние от г. Симферополя ( 32 км ) и трассы Симферополь-Ялта
( 16 км ) делает ее легко доступной. Первоначальный вход в нее ввиде
пятиметрового естественного колодца, расположен на высоте 918 метров над
у.м. и находится на плоском водоразделе между двумя балочными системами
( Чумнох на западе и Безымянная на востоке ) . Верховья этих балок глубоко
врезаны в северные склоны и плато Чатыр-Дага . Однако, в связи с тем, что
эти балочные системы являются более молодыми формами рельефа, чем сама
карстовая полость, какая-либо связь между ними отсутствует.
Морфогенезис пещеры Мраморная.
Участок плато, на котором расположена пещера, сложен грубослоистыми и
крупноплитовыми нижнетитонскими известняками, которые под углом 20 - 30
град. падают на запад ( непосредственно над пещерой : Ап 270 - 280 град.
угол падения 20 - 22 град.). На западном склоне массива эти известняки со
структурным несогласием ложаться на двухсотметровую толщу оксфордских
конгломератов и песчаников, смятых в широкие складки. Конгломераты и
песчаники также со структурным несогласием налегают на отложения
таврической серии (1) .
Участок , в котором заложена пещера, ограничен тектоническими
нарушениями, которые имея широтное и меридиональное простирание ,
выкраивают крупный тектонический блок с урочищем Чумнох и прилегающими
водоразделами. Уточнения сбросов и зон тектонической трещиноватости будет
производится в процессе дальнейшего научного изучения.
В настоящее время в процессе поверхностных маршрутных исследования и
наблюдений в полости установлено наличие двух нарушения, определяющих
морфологию и направление подземных ходов на участках пересечения ими
полости. Первое нарушение фиксируется в южной части участка стенкой срыва
с Апр 310 град. Здесь на контакте слоистых и массивных известняков прямо
над полостью сформировалась крупная карстовая воронка. В полости вдоль
плоскости сброса развит крутонаклонный ход вверх, выполненный рыхлым
обломочным материалом, часть которого вывалилась в пещеру.
Второе нарушение, выраженное зоной трещиноватости с Апр 285 град.
находится в северной части участка. В пещере нарушению этой зоны
соответствует 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 уходит под
нижнемеловые отложения и достигает Аянского источника, вытекающего из
пещеры Аянская.
Гидрогеологическая роль этого разлома весьма велика. Он переориентирует
практически весь подземный сток Нижнего плато Чатыр-Дага с западного на
северное и выводит его в Аянский источник.
История открытия и оборудования пещеры Мраморная.
Пещера обнаружена в 1987 году Симферопольскими спелеологами. В течении
этого и последующего года была взята под охрану Симферопольского клуба
спелеологов (председатель А.Ф.Козлов ) . Вход в полость был закрыт
решетчатым люком , над входом в пещеру велость постоянное дежурство членов
клуба. Эти меры были необходимы , так как великолепному натечному убранству
пещеры ( как позднее выяснилось уникальному ) угрожало варварское
разграбление.
В течение полутора лет ( конец 1987 - начало 1989 ) пещера
оборудовалась ( главным образом первая привходовая галерея Сказок ) и была
введена в эксплуатацию в апреле 1989 года. Первая очередь экскурсионного
маршрута составила 180 метров. Организация. которая занялась охраной и
оборудованием пещеры был Симферопольский клуб спелеологов, в последствии
реорганизованный в Центр спелеотуризма «ОНИКС-ТУР». Первоначально Центр
имел подчинение Объединению молодежных клубов по интересам , а затем
Госкомитету по делам молодежи, На сегодняшний день Центр является
самостоятельной организацией с коллективной формой собственности.
Первым этапом оборудования пещеры для экскурсионного посещения было
устройство пешеходных дорожек и оснащение их удобными перилами в Галерее
сказок.
Следующий этап включал в себя прокладку удобного горизонтального
тоннеля в Тигровый Ход и оборудование его галерей экскурсионными дорожками
приблизительной протяженностью 200 метров.
Повышение количества экскурсантов и все возрастающем интересе к
карстовым пещерам, как уникальным объектам природы выявило необходимость
оборудования экскурсионными маршрутами Зала Перестройки, что представляло
для работников Центра наибольшую сложность. ( Огромный глыбовый завал на
протяжении всего зала).
В перспективе планируется оборудование экзотических экскурсионных
маршрутов для ограниченного количества экскурсантов ( в основном
спелеологов) в Нижних галереях пещеры.
Исследования пещеры не прекращалось со дня ее открытия
симферопольскими спелологами. В первые же месяцы открытия (ноябрь-декабрь
1987 года) была сделана полуинструментальная съемка пещеры. Сейчас планы и
разрезы полости постоянно уточняются, проводится теодолитная съмка основных
ходов пещеры.
На сегодняшний день пещера оборудована по мировым стандартам, за год ее
посещает более 100 тыс.человек. Пещерный комплекс Мраморная является
единственным в странах СНГ, вошедшим в качестве действительного члена в
Международную ассоциацию посещаемых пещер ( ISCA ).
3.Методика микроклиматических наблюдений.
Методика микроклиматических исследований в карстовых полостях
разработана слабо. Этот раздел вообще отсутствует в общих методических
руководствах по изучению карста ( Методы..., 1963г.; Чикишев, 1973 г.). В
1950 - 1980 годах в СССР и за рубежом появились многочисленные публикации,
в которых, наряду с изложением регионального фактического материала ,
затрагиваются и методические вопросы ( Голод, 1976 г ; 1978 г; Дублянский,
1977 г. и др.; Соцкова , 1981 г. и др). В 1981 году во Всесоюзном
институте карстоведения и спелеологии состоялась заседание рабочей группы
, которая подготовила методику микроклиматических наблюдений в естественных
и искусственных полостях трещиноватых, закарстованных породах и во льдах (
Методика ...1982 г.). Эти материалы вошли также в первую в СССР
методическое руководство по изучению карстовых полостей ( Проблемы... ,1983
г.). Ниже кратко изложены основные положения методики микроклиматических
исследований.
3.1 Используемая терминология.
Термины « пещерная погода» и «микроклимат пещер» ввел в научную
литературу Г.Кирл ( Kyrle, 1922 ) . До 1960 года термин «микроклимат пещер»
использовался отечественными, и , в особенности зарубежными исследователями
без всяких оговорок и ограничений. В 60 - 80 -х годах , в связи с развитием
общей климатологии появились тенденции, осложняющие ситуацию.
Так Б.А. Алисов и другие ( 1952 г., ) понимает микроклимат как местные
особенности климата, обусловленные строением подстилающей поверхности. И.А.
Гольцберг (1987 г) считает микроклиматом климат небольшой территории,
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 как
климатические особенности небольших участков земной коры непосредственно
связан с климатом. Таким образом, понятие «местный климат» не является
общепринятым. Медики и архитекторы говорят о климате замкнутых пространств,
созданных человеком : микроклимате квартиры, подземного сооружения и пр.
(Шаповалов, Мицкевич, 1975 ) . С этих позиций применение термина «
микроклимат карстовых полостей» вполне оправдано, так как их климат это
климат небольших территорий, представляющих собой замкнутое пространство.
В карстологии наблюдается примерно такая же картина. Часть
исследователей рассматривает микроклимат пещер как распределение и
изменение давления, температуры, и влажности воздуха под землей под
влиянием изменения этих факторов на поверхности, в открытой атмосфере (
Trimmel, 1968 ;Wwigley, Brown, 1978 и др.). Р.Гейгер (1960 ) определил
микроклимат пещер как климат их приземного слоя. Наиболее детально
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,
который в свою очередь делится на топоклимат ( климат отдельных галерей,
завалов, колодцев ) и климат лимитируемого слоя ( особенности зоны контакта
пещерного воздуха с полом, стенками и потолком пещеры ) . Очевидно ,
введение этих понятий и терминов имеет смысл только при очень детальном
стационарном изучении климата карстовых полостей.
Автор понимает под микроклиматом карстовой полости режим
метеорологических элементов ( атмосферное давление, движение воздуха,
температура, влажность, газовый состав воздуха ) внутри пещеры или шахты
определенного морфогенетического типа.
3.2 Цели и задачи исследований
Целью микроклиматических исследований в карстовой полости пещеры
Мраморная является определение суточных , недельных, месячных, годовых
особенностей 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 карстовых полостей на
формирование подземных вод, карстовых микроформ и различных пещерных
отложений,;
определение влияния антропогенного вмешательства на микроклимат пещеры.
3.3 Проведение наблюдений.
Организация микроклиматических наблюдений предполагает регулярный
контроль за состоянием измерительных средств, а также их поверку ( по
наиболее точным ) перед началом серии измерений для выявления неисправных
приборов и определения систематических погрешностей с последующим введением
в результаты измерений соответствующих поправок (Стернзат, 1978).
Отсчет показаний производится с точностью 0,2 - 0,5 цены наименьшего
деления прибора после выдержки , соответствующей инерционности
измерительного комплекта. Для температурных измерений с помощью ртутных
термометров необходимая выдержка составляет : в воде - 10 - 15 секунд, в
воздухе 3 - 5 минут, в песке, рыхлой породе, до 1 часа; при отсчете
показаний аспирационного психрометра - 4 минуты, крыльчатого анемометра -
100 секунд. При проведении первых замеров надо предусмотреть необходимое
время для выравнивания температуры приборов с температурой воздуха в
пещере ( 15 - 30 минут ) .
В узких ( низких ) ходах и залах малого объема тепловыделения и дыхание
наблюдателя могут существенно исказить результаты измерений , что
необходимо учитывать при организации наблюдений. В тоя части пещеры, где
производится наблюдения , необходимо ограничить пребывание посторонних
людей и исключить пользование светильниками , нагревателями открытого огня
( свечи, карбидные лампы ) .
В течении всего периода наблюдений на поверхности ( вблизи пещеры, вне
зоны влияния воздушного потока из входного отверстия ) производят срочные
замеры основных метеоэлементов ( температура , давление, влажность воздуха,
направление и скорость ветра ) с указанием погодных условий ( облачность,
осадки и их интенсивность ) и расположение пункта наблюдений в рельефе.
Сроки наблюдений желательно синхронизировать со стандартными для
метеостанций ( 0,3,6,9,12,15,18,21 час по московскому декретному времени) ,
что позволяет в совокупности с данными метеостанции охарактеризовать
условия на поверхности. В связи с возможными проявлениями в пещере
запаздывания погодных колебаний на поверхности желательно располагать
сведениями о метеоусловиях
|
