9 мая 2007 г.

Климат пещер. Собачьи пещеры

Еще в античные времена были известны пещеры, посещение которых опасно для жизни. В небольшую пещеру Канини близ Неаполя человек мог зайти свободно, но сопровождающие его собаки погибали. Стоило наклониться к четвероногому другу - и человек тоже терял сознание. Это объяснялось высокой концентрацией углекислого газа в приземном слое воздуха (до 77%). Газ поступал в пещеру по трещинам в известняках и вулканических породах. Такие же пещеры известны в других районах Европы (Збрашовская, Чехия, 36%), Азии (Кармал, Иран, 24%), Америки (Калифорния, США, 19%).

Иногда сообщения о наличии СО2 в пещерах основывались на недоразумении. Например, в Крыму первое упоминание о нем принадлежит академику П. Кеппену (1821 г). При описании Туакской пещеры на южных обрывах Карабийского массива он цитирует письмо полковницы Дарьи Штеге. "Выстрелив во вход два раза из ружья, чтобы отогнать злых духов, мы прошли 70 или 80 аршин самою зараженною атмосферою, дойти до конца пещеры я не смогла как по собственному расслаблению сил и дурноте, так и по жалобам моих спутников..." Так появилась легенда об углекислом газе в Туакской пещере, которая проникла даже в научную литературу.

Массовые обследования более 700 полостей Крыма в 60-е гг. показали, что в его пещерах и шахтах нет опасных для жизни концентраций СО2, хотя фоновое содержание повышено по сравнению с атмосферным воздухом на порядок (0,2-0,7 объемных %). Тем опаснее было исключение - Бездонный колодец на Агармыше. Исследования гидрогеолога Ю И Шутова показали, что в холодный период содержание углекислого газа в нем близко к фоновому (0,5%), а вот в теплый оно повышается до 2,4-3,2%, и огромная "бутылка" колодца заполняется опасной для жизни смесью почти до горлышка.

Спуски Ю И Шутова, несмотря на некоторые технические сложности, закончились благополучно. Но так бывает не всегда 1.10.1972 г в пещере Кюв де Сорье (Франция) погибли Жан Жако и Шарль Жан, а затем пытавшийся спасти их мэр городка Робер Шоссе. Удушение произошло в результате высвобождения СО2 из кармана, внезапно вскрытого обрушением гипсового блока. В 80-90 гг. с высокими концентрациями СO2 (более 4%) столкнулись спелеологи в дальних частях пещеры Золушка (Молдова-Украина). Исследования черновицких медиков показали уменьшение количества сердечных сокращений у мужчин и увеличение - у женщин (в состоянии покоя), и увеличение у всех - под нагрузкой. После 3-4 часов работы в загазованной части пещеры фиксировались утомляемость, сонливость, жажда, раздражительность, потеря координации, снижение внимательности (увеличение числа ошибок при топосъемке).

Что же это за коварный газ? Оксид углерода - бесцветный газ, имеющий слегка кисловатый вкус. Благодаря большему удельному весу, чем кислород, он накапливается в нижних частях пещер, образуя "озера". Человек хорошо приспосабливается к атмосфере, содержащей до 3% СО2, концентрация более 12% абсолютно смертельна, диапазон 3-6% - спорный. Последние достижения космической медицины выявили, что при концентрации 3-6% пребывание здорового человека в загазованной атмосфере допустимо 60-90 минут, 5-7% - переносится индивидуально (через 15-20 минут ощущается теплота во всем теле, легкая головная боль), при концентрации более 7% проявляется токсический эффект, требующий напряжения сил для сохранения работоспособности. Повышение концентрации СО2 в воздухе до 6% вызывает увеличение глубины дыхания с 670 до 2100 мл, частоты - с 14 до 27 раз в минуту.

Изучение сотен пещер в разных районах мира показывает, что повышенное на порядок содержание СО2 является тем "фоном", на котором развиваются все процессы под землей (формирование пещерных минералов, развитие спелеофауны и пр.) Имеется даже предположение, что углекислый газ сыграл определенную роль в эволюции человека. В зависимости от объема пещер, в которых укрывался первобытный человек, и наличия естественной вентиляции при обогревании кострами в них возникали зоны его повышенной концентрации. В наиболее укрытых от опасности и плохо вентилируемых частях пещер, очевидно, укрывались женщины с маленькими детьми. Так формировалось "привыкание" к повышенной концентрации СО2, которая в количестве 2-3% активирует нервные клетки подкорковых образований головного мозга, тонизирует кору его больших полушарий.

Откуда же берется СО2 под землей? Известно несколько его источников: атмосферный или почвенный воздух, окисление органических или неорганических соединений, имеющихся в пещерах и во вмещающих породах, подток сухих струй газа и пр. Сейчас появилась возможность определения источников СО2 в конкретной пещере. Для этого следует изучить изотопный состав углерода, входящего в его молекулу. "Облегчение" углерода на 5-25 промилле (обогащение изотопом С13) характерно для реакций окисления органических веществ почвы; на 40-70 промилле - для окисления углеводородов метанового ряда; отяжеление на 5-10 промилле - для СО2 глубинного генезиса. Так что, как всегда, проблема диалектична: с одной стороны, углекислый газ - враг всему живому, с другой - его более глубокое изучение раскрывает многие тайны неживой природы и человеческого организма.

В практике исследования пещер известны случаи отравления и другим оксидом углерода - СО. Угарный газ не имеет цвета и запаха. Он образуется при взрывах, работе двигателей внутреннего сгорания, источников открытого огня. Симптомы отравления им - головная боль, одышка, учащенный пульс; возможны быстрая потеря сознания и судороги. В 1946 г. чуть не закончилось трагедией первое погружение в источник Воклюз с аквалангом, когда Дюма и Дюфур, а затем Тайи и Морандье испытали сильнейшее отравление: в баллоны из-за неисправности компрессора был закачан воздух с примесью СО.

Еще один опасный газ, встречающийся под землей,- это сероводород (H2S). Он немного тяжелее воздуха, бесцветен, при большом разбавлении пахнет тухлыми яйцами, однако быстро наступает адаптация к запаху. Отравление возникает при концентрации 0,2-0,3 мг/л, содержание выше 1,0 мг/л - смертельно. Токсичность сероводорода проявляется в раздражающем действии на глаза и органы дыхания, к которым затем присоединяются поражение центральной нервной системы и паралич сердца. Сероводород част в пещерах, через которые разгружаются на поверхность минеральные воды. Именно в небольшой пещере Мацестинская близ Сочи чуть не погиб в начале XX в. Э. Мартель. Он так увлекся ее обследованием, что потерял сознание. В 1971 г. опытные спелеологи П. Дебре и М. Роке погибли от отравления H2S в воздушном куполе за сифоном одной из пещер юга Франции. Позже выяснилось, что через купол проходила жила окисленного сернистого минерала. Сероводород часто встречается в вулканических пещерах совместно с SO2, CO2, N2 и другими газами. По сообщению Г. А. Максимовича, сложная по составу смесь газов заполняет пещеры, образованные при горении пластов угля.

Таким образом, газовый состав воздуха в пещерах и подземных пространствах может быть самым различным - "нейтральным", полезным или опасным для человека. Ну а как обстоит дело с его чистотой? Вот тут все вроде бы благополучно. Немногочисленные замеры, выполненные в гипсовых пещерах Подолии (Кристальная, Озерная), в известняковых пещерах Кавказа (Ново-Афонская) и в соляных копях Закарпатья и Приуралья (Солотвино, Соликамск), показали, что воздух подземелий очень чист и содержит не более 100 микробов в 1 м3. В. Н. Андрейчук доказал, что вследствие естественной вентиляции карстовые пещеры многократно очищают поверхностный воздух от разных примесей. Так что пещеры - это "легкие земли".

Дублянский В.Н.,
научно-популярная книга