Kraške jame so edinstveno okolje, ki ga odlikujejo številni fizikalno-kemični procesi. Posegi v okviru gradnje turistične infrastrukture in sam turistični obisk lahko vplivajo na procese in spremenijo naravno stanje v jamah. Monitoring fizikalno-kemičnih parametrov naj bo premišljeno zasnovan projekt, usmerjen na parametre, ki so za določeno jamo bistveni. Pred vsakim posegom v jamo je nujno določiti in ovrednotiti pomembne procese in z njimi povezane parametre. V prispevku obravnavamo predvsem parametre jamske hidrologije in jamske klime.
Jamska hidrologija
Jame nastajajo zaradi pretakanja vode in raztapljanja kamnine v kraškem vodonosniku. Lahko so suhe ali vodne; skozi prve se kraška podtalnica ne pretaka več, druge so del aktivnega toka kraške podtalnice. V suhe in vodne jame vstopa tudi prenikla voda s površja, ki je glavni vir sige. Turistične jame so lahko tudi del vodonosnika, ki ga uporablja prebivalstvo za vodooskrbo. V takem primeru je gospodarsko izkoriščanje jame še posebej sporno. Če je jama že namenjena turizmu, naj bo monitoring, usmerjen v ohranjanje voda, še posebej intenziven.
Monitoring aktivnega toka v vodnih jamah
Večina naših večjih vodnih jam se napaja z nekraškega območja. Pretok vode v jamah močno niha, najvišji pretoki so tudi za več velikostnih redov višji od najnižjih. Zato moramo predvideti posledice ekstremnih dogodkov, kot so poplave. V jamah z aktivnim vodotokom moramo pred vsakim posegom nameniti posebno pozornost hidrologiji oz. hidravliki pretakanja vode skozi jamo. Na aktivni vodni tok lahko vplivamo na več načinov:
- z urejanjem poti in brežin rek pred in v jami
- z regulacijo toka kraške ponikalnice, ki ponika v jamo.
Že pred posegom v jamo moramo uvesti zvezno spremljanje parametrov kot so temperatura, nivo vode in, kjer je to mogoče, pretok. Prav tako moramo spremljati kemične parametre, ki so kazalci onesnaženja (npr. nitrati, fosfati, sulfati in kloridi). Spremljanje teh parametrov je potrebno tudi med izdelavo turistične infrastrukture in kasneje, ko je jama že namenjena turističnemu obisku.
Fizikalni parametri monitoringa vodotokov
- višina vode oz. pretok
- temperatura
- specifična električna prevodnost (SEP).
Monitoring vodnega nivoja, temperature in specifične električne prevodnosti (SEP) vode izvajamo s priročnimi registratorji, ki jih namestimo v aktivni tok (Slika 3). Registratorji te parametre zaznavajo in beležijo v notranji spomin. Želene parametre lahko spremljamo zvezno skozi daljše časovno obdobje. Podatke preko vmesnika prenesemo na računalnik (Slika 2), kjer jih z ustrezno programsko opremo obdelamo in interpretiramo (Sliki 4 in 5).
Kemični parametri monitoringa vodotokov
- pH
- alkalnost
- kationi
- anioni
Podobno kot poznamo registratorje tlaka, temperature in SEP obstajajo na trgu sonde z ionsko občutljivimi senzorji, ki beležijo pojavnost izbranih ionov v vodi.
Monitoring prenikle vode
Voda, ki iz kraškega površja prenika skozi epikras in vadozno cono, lahko na svoji poti naleti na jamske prostore. V razpoklinskem sistemu med površjem in jamskim stropom voda raztaplja karbonatno kamnino in pri tem porablja CO2, ki ga je vsrkala v atmosferi in v prsti. Ravnotežje med preostankom CO2 v vodi in parcialnim tlakom CO2 v jami odloča o tem, ali bo voda v jami agresivna ali prenasičena. V primeru, da se CO2 izloča iz vode, lahko pride do izločanja sige. Siga v vseh svojih pojavnih oblikah je ena od ključnih privlačnosti turističnih jam. V primeru, da voda v jami vsrka CO2 in obnovi del agresivnosti, lahko prenikla voda raztaplja kamnino ali prej odloženo sigo. Celotna zgodba izločanja in raztapljanja (iz) preniklih curkov je rezultat številnih procesov in parametrov med površjem, jamskim stropom in jamo. Turistična infrastruktura (novi vhodi, objekti nad jamo itd.) in prisotnost turistov lahko spremenita parametre, ki vplivajo na dinamiko izločanja sige. Zato je pomembno, da tovrstne vplive predvidimo že pred posegi ter jih spremljamo med gradnjo infrastrukture in med turističnimi obiski.
Spremljanje količine in kemične sestave preniklih curkov je potrebno tudi pri vseh posegih zagotavljanja turistične infrastrukture nad jamo. Vsaka sprememba površine na območju izvora curkov lahko znatno spremeni njihovo količino in kemizem. S tem pa lahko povzročimo tudi prenahanje rasti ali celo korozijo kapnikov.
Parametri monitoringa preniklih voda
- pretok
- temperatura
- specifična električna prevodnost (SEP)
- kemična sestava (pH, alkalnost, kationi, anioni, indeks nasičenja)
- izotopska sestava.
Vse omenjene parametre lahko spremljamo zvezno, s terenskimi registratorji podatkov.
Jamska klima
Jame predstavljajo mejno klimatsko okolje med zemeljsko notranjostjo in zunanjo atmosfero. Jamska klima je dinamičen sistem, kjer klimatske procese pogojujejo stik z zunanjo atmosfero, geotermični tok iz globin in toplota, ki jo prinaša ali odnaša podzemna voda. Glavni parametri jamske klime so temperatura, vlažnost ter hitrost in smer gibanja zraka. Za procese v jamah je pomembna tudi sestava jamskega zraka, predvsem delež CO2. Za varstvo turističnih vodnikov, ki se v jami zadržujejo najdalj časa, pa je pomembna vsebnost radona in radonovih potomcev.
Tudi izločanje sige je v veliki meri odvisno od jamske atmosfere. Infrastrukturni posegi v jamo, kot so širjenje starih in odpiranje novih vhodov ter izdelava umetnih prehodov, lahko znatno spremenijo naravno stanje jamske klime. V literaturi najdemo več primerov, kjer so nedvomno dokazali povečano izločanje sige pozimi, ko v jamo vdira več svežega zraka, ki zmanjšuje koncentracijo CO2 v jami. Na povišano koncentracijo CO2 vpliva tudi prisotnost ljudi v jami.
Parametri jamske klime in njihovo merjenje
- Temperatura
Temperatura je parameter, ki vpliva na vse naravne procese. Temperatura jamskega zraka je rezultat izmenjav toplotnih tokov med zunanjo in jamsko atmosfero, geotermičnega toka, toplotnega toka kraške podtalnice in prenikle vode. Spreminjanje geometrije vhodov in notranjosti jame, režima toka podzemnih rek in prisotnost toplotnih virov v jami, lahko vodi k porušenju naravne toplotne bilance kraškega sistema.
- Gibanje zraka
Vzrok za gibanje jamskega zraka je v prvi vrsti efekt »dimnika«. Jamski zrak je pozimi toplejši in lažji od zunanjega, zato teče od nižjih proti višjim vhodom v jamo. Poleti je obratno; zrak se giblje od višjih proti nižjim vhodom. Prepih skozi jamo lahko povzroči tudi iztiskanje zraka zaradi dvigovanja kraške podtalnice ali pa znatne spremembe zunanjega tlaka ob prehodih vremenskih front. Gibanje zraka lahko spremljamo z različnimi napravami, ki zvezno beležijo hitrost, kot so vetrnice povezane s števcem vrtljajev, anemometri z vročo žico, v zadnjem času pa se uveljavljajo različni senzorji, ki temeljijo na Dopplerjevem pojavu.
- Vlažnost zraka in kondenzacijski procesi
Vlaga iz jamskega zraka se lahko kondenzira na hladnih jamskih stenah. Kondenzirana voda je agresivna in jamske stene korodira. Kondenzacijska korozija je pomemben proces preoblikovanja jamskih rovov, še posebej v bližini vhodov, kjer je amplituda dnevnih in sezonskih nihanj temperature in zračne vlage velika. Če s posegi spremenimo temperaturo in zračno vlago, lahko sprožimo ali zavremo kondenzacijske procese v jami. Kondenzacija je lahko škodljiv proces posebej v primeru, ko so na jamskih stenah stari podpisi oz. slikarije.
- Ogljikov dioksid (CO2)
Ogljikov dioksid je eden glavnih parametrov kraških procesov. Ravnotežje sistema - voda - ogljikov dioksid - kalcijev karbonat - odloča o tem, ali bo potekalo raztapljanje ali izločanje. Na delni tlak CO2 vplivajo številni naravni procesi, kot so tok CO2 iz epikrasa, razkroj organskih snovi, naravna ventilacija jame itd.
Zvezne meritve vsebnosti CO2 v Obirski jami na Avstrijskem Koroškem so pokazale letne oscilacije CO2, ki jih povzroča kroženje zraka skozi kraški sistem (Spotl in ostali 2005). Pozimi, ko zunanji svež zrak vdira skozi spodnji vhod in izhaja skozi neznane izhode na površje, je koncentracija CO2 v jami tudi več kot trikrat manjša kot poleti, ko zrak kroži v nasprotni smeri. Ker se kemizem sigotvornih vodnih curkov spreminja znatno manj, so variacije CO2 povezane s cirkulacijo zraka glavni vzrok spremenljive hitrosti izločanja sige. Na vsebnost CO2 v jami vpliva tudi človekova prisotnost. V manjših, slabo prezračenih prostorih lahko večja količina ljudi znatno dvigne koncentracijo CO2, kar potrjujejo meritve v več jamah. V Cisarski jami na Moravskem krasu na Češkem (Faimon in ostali 2006) so merili vsebnost CO2 v prisotnosti skupin ljudi. V dvorani, ki meri približno 3000 m3, je 90 minutna prisotnost 38 oseb zvišala vsebnost CO2 iz 630 ppm na 1070 ppm. Pokazali so, da bi sama prisotnost ljudi v jami težko spremenila ravnotežje do te mere, da bi sigotvorne vode postale agresivne. Vsekakor pa se hitrost izločanja sige lahko spremeni.
Bolj kot sama prisotnost ljudi v jami, lahko vsebnost CO2 in s tem naravne procese v jami spremeni gradnja turistične infrastrukture, ki bi spremenila naravno kroženje zraka skozi jamo. To lahko naredimo z umetnimi tuneli in vhodi, spremembo geometrije rovov itd. Vsebnost CO2 v zraku merimo z infrardečimi analizatorji plina.
- Radon
Radon je radioaktiven žlahtni plin, ki nastaja v kamnini kot razpadni produkt urana 238U. Koncentracija radona v jamah je velika predvsem v neprezračenih jamah, torej tistih, kjer je malo izmenjave zraka z zunanjo atmosfero. V takem primeru predstavlja nevarnost za osebe, ki se v jami dolgo zadržujejo, predvsem jamske vodnike.
Monitoring radona izvajamo neposredno v jami s kontinuirnimi merilniki ali detektorji jedrskih sledi. Bolj ogrožene osebe opremimo z osebnimi dozimetri.
Literatura
Spotl, C., Fairchild, I., Tooth, A. 2005: Cave air control on dripwater geochemistry, Obir Caves (Austria): Implications for speleothem deposition in dynamically ventilated caves. Geochimica et cosmochimica acta 69, 10, str. 2451-2468. Amsterdam.
Faimon, J., Stelcl, J., Sas, D. 2006: Anthropogenic CO2-flux into cave atmosphere and its environmental impact: A case study in the Cisarska Cave (Moravian Karst, Czech Republic). Science of the total environment 369, 1-3, str. 231-245. Amsterdam.
