Gáznyomjelzés

A Csévi-szirtek barlangjainak feltáró kutatásában a legjobb útmutató segítőnk a légmozgás, a huzat. Ennek oka egyrészt az, hogy egy sok bejáratú szövevényes rendszerrel van dolgunk, ahol állandó vízfolyás nincs, és a tektonikai irányok sem jelzik mindig egyértelműen a folytatás irányát, másrészt a vertikális szintkülönbségek elég nagyok ahhoz, hogy stabil, erős légáramlás alakuljon ki. Hosszú évek alatt a bontásaink nagy részét a huzat alapján jelöltük ki, de sem a huzat erősségét, sem az áthúzó légmennyiséget nem mértük.

Az első kísérlet a konkrét légáramlási útvonalak és a mennyiségi viszonyok megállapítására az elmúlt években végzett nagyszabású hőmérséklet-mérési vizsgálatunk volt. Ez a vizsgálat számos kérdésre választ adott, de úgy gondoltuk, hogy az összefüggések tisztázásához szükség van még más, a légáramláshoz konkrétabban kötődő mérésre is.

Emellett szintén régi „ügy” az Ajándék-barlang-nak a többi barlanggal való kapcsolatának kérdése. A 47 szirteki barlangunk bejáratainak döntő többsége a 420-460m-es tszf. magasságban van. A legfontosabb kivétel az Ajándék-barlang a maga 600m-es magasságban nyíló bejáratával. Az erős ajándék-barlangi huzat miatt egyértelmű a kapcsolat valamelyik alsóbb szintű barlanggal, de eddig a sok próbálkozás ellenére sem sikerült megtalálni ezt az összefüggést, így az sem volt bizonyítható, hogy a szirteki barlangok egyetlen nagy, még feltáratlan rendszer részei.

Úgy gondoltuk, itt az ideje, hogy méréssel bizonyítsuk a régóta sejtett összefüggéseket. Egyúttal szerettünk volna kideríteni, hogy milyenek lehetnek a még ismeretlen részek, van-e esély arra, hogy véges mennyiségű munkával megteremthető legyen a járható kapcsolat. Ezért elvégeztük – tudomásunk szerint Magyarországon az első – gáznyomjelzéses légfestési kísérletet.

A mérést egy meleg nyári időszakban végeztük, kihasználva azt, hogy ilyenkor csak egy beömlési pont van (Ajándék-barlang), és így egy helyen elég bebocsátani a gázt, az alsó kiömlési pontoknál pedig folyamatos mintavételezéssel lehet nyomon követni a gázzal festett levegő útját. Technikailag lényegesen egyszerűbb a mérést kivitelezni, ha egy nyelő és több „kifolyási” pont van, mintha fordítva lenne.

A nyomjelzéshez kén-hexafluorid (SF6) gázt használtunk. Választásunk okai a következők voltak:

Ez a gáz a természetben csak igen kis koncentrációban (csak mesterséges forrásokból) van jelen,

inert, nem mérgező gáz,

alacsony koncentrációban is biztonsággal kimutatható,

a levegőnél ötször sűrűbb, ezért jól együtt mozog a lefelé áramló levegővel,

számunkra még éppen megfizethető (100.000Ft).

Nyomjelzés

A gázt az első mérési napon délelőtt engedtük be az ajándék-barlang-i ajtó denevér nyílásán. A szükséges gáz mennyiségének meghatározásánál az alábbi becslésekből indultunk ki: A gáznak a legközelebbi kijáratig kb. 500 méter utat kell megtennie. Ez egy (valószínűleg) túlbecsült 20 m2-es átlagos keresztmetszettel számolva 10.000 m3 légtérfogatot jelent. Ez 10 ppm-es biztonságosan kimutatható koncentrációt, és teljes elkeveredést feltételezve 100 l nyomjelző gázt jelent. További feltételezés volt, hogy az Ajándék-barlang-on beáramló levegő egytized része jut egy-egy nagyobb alsó bejáratba, így összesen 1 m3 gázt engedtünk be. A gáz mennyiségének megválasztásánál figyelembe vettük, hogy egy olyan kísérlet első végrehajtásáról van szó, ahol sok az ismeretlen, vagy nehezen becsülhető paraméter, ezért igyekeztünk kihasználni a technikai (és anyagi) lehetőségeket, és nagyobb mennyiséget használtunk fel a biztosabb siker érdekében.

A kísérletet 10:20-kor  kezdtük, a kb. 1 m3 gázt 20 percen keresztül engedtük be az Ajándék-barlang-ba. Ekkor a külső hőmérséklet 26 °C volt, és az ajtón behúzó légáramot 60-120 l/s-nak mértük A mért és a becsült paraméterek alapján a jelzett levegő megjelenési ideje legalább 5 órával a beeresztés utánra volt várható, ennek ellenére a mintavételeket már délben elkezdtük. A nyomjelzés napján hét alsóbb szintű barlang bejáratánál vettünk mintát 1-3 órás időközönként, majd a mintavételt néhány barlangnál további két napon át folytattuk. Szerencsére az idő végig jó volt, a hőmérséklet nappal 25-30 °C volt, és éjszaka sem hűlt le 20 °C alá, így a barlangokban az erős lefelé húzó légáramlás, ha változó intenzitással is, de végig fennmaradt.

Barlang bejárat

Tszf. feletti magasság [m]

Térbeli távolság az Ajándék-bg bejáratától [m]

Ajándék-barlang

598

-

Indikációs-barlang

502

151

Huzatos-barlang

491

162

Sörös-üreg

484

169

Ork-barlang

482

191

Leány-Legény-Ariadne-rendszer (Leány-bg)

452

228

Leány-Legény-Ariadne-rendszer (Legény-bg)

460

243

Vacska-Rejtekút-rendszer (Vacska-bg)

459

362

A levegőmintákat a biztonság kedvéért három különböző mintavevőbe gyűjtöttük: 10ml-es műanyag fecskendőbe, melynek végét tömítőanyaggal, majd két réteg parafilmmel ledugaszoltuk, átöblített és ledugózott kémcsőbe, valamint kis filmes doboz méretű műanyag kapszulába. Mindegyik mintavevőt külön tépőzáras zacskóba tettük, majd a három mintát együtt egy közös zacskóba. A begyűjtött mintákat a mérésig hűtőtáskában tároltuk.

   

A gáz beengedése és a behúzó légáramlat mérése

A Csévi-szirti barlangok poligonmenetének felülnézete a gáznyomjelzésben vizsgált bejáratok feltüntetésével

A Csévi-szirti barlangok poligonmenetének oldalnézete a gáznyomjelzésben vizsgált bejáratok feltüntetésével.

Mérés

A minták SF6 tartalmát gázkromatográfiával mértük az ELTE Kémiai Intézetében. A mérésekhez csak a fecskendőbe gyűjtött légmintákat használtuk fel. Egy esetben ellenőrzésképpen egy kémcsőbe gyűjtött mintát is lemértünk, a fecskendőbe gyűjtött párjához képest érdemi különbség nem volt. A gyűjtött mintákból 0,1; 0,2 vagy 0,5 ml gáztérfogatot adagoltunk a készülékbe. A detektort nagytiszta héliumban hígított SF6-tal kalibráltuk 5 ill. 10 ppm-es értékekre, háttérmintaként nagytiszta héliumot és az egyetem mellől vett levegőmintát mértük.

Kiértékelés és értelmezés

A gázkromatográfiás mérések eredménye a készülék detektora által mért beütésszám, ami közvetlenül nem a koncentrációval, hanem az SF6 gáz mennyiségével függ össze, amely a beadagolt gázminta térfogatának ismeretében váltható koncentrációra. További nehézség, hogy a detektor jel és az SF6 mennyiség közötti összefüggés elvileg nem lineáris, hanem exponenciális, de a mi esetünkben a relatíve kis mérési tartomány lehetővé tette a lineáris közelítés alkalmazását. A kalibráció és a minta-térfogat kompenzáció, valamint a háttér-érték levonása után a mért értékeket koncentráció [ppm] egységben kaptuk.

A mért SF6 koncentrációk a gáznyomjelzés kezdete óta eltelt idő függvényében

Az ábra alapján az alábbi következtetéseket vonhatjuk le:

A fő célt, azaz a nagy csévi-szirtek-i barlangrendszer létének igazolását sikerült elérni. Az Indikációs- és a Leány-barlangi bejáratnál a nyomjelző gáz egyértelműen megjelent, mégpedig olyan nagy koncentrációban, ami csak gyors konvekciós terjedéssel magyarázható. Tekintve, hogy a Leány-Legény-Ariadne-rendszer csak méterekre van a Vacska-Rejtekút-rendszer-től, kijelenthetjük, hogy a Szirtek négy nagy barlangja egy még csak részben feltárt nagy rendszer része, melynek hosszúsága várhatóan meghaladja a húsz kilométert, vertikális kiterjedése pedig a 300 métert.

Az Indikációs- és a Leány-barlang-ban mért görbék jellege eltérő. Az Indikációs-ban a gáz hirtelen jelent meg nagy koncentrációban, és közel egy nap múlva gyakorlatilag ki is ürült, ezzel szemben a Leány-barlang-ban lassabban érte el a koncentráció a maximumát, és napok múlva sem csökkent jelentősen. Ebből egyrészt arra következtetünk, hogy a Leány-barlang-ba nem az Indikációson keresztül érkezik a levegő, másrést az Indikációs-barlang összeköttetése az Ajándék-barlang-gal szűkebb, kevés elágazással rendelkező folyosó- vagy repedés-hálózat lehet, míg a Leány-barlang és az Ajándék-barlang között nagyobb terek is várhatóak, ahol a gáz jobban fel tudott hígulni, és amelyekből több nap alatt sem tudott kiürülni. Érdemesebbnek tűnik tehát a Leány-barlang felől bontani, ott várhatóan ember által is könnyen járható szakaszokat találhatunk.

A Huzatos-barlang, az Ork-barlang és a Sörös-üreg esetében látszik, hogy szerencsétlen módon éppen akkor hagytuk abba a mintavételt, amikor kiderülhetett volna, hogy van-e egyértelmű összefüggés köztük és az Ajándék-barlang között. Az utolsó mért értékek ugyan mindenütt emelkedést mutatnak a korábbi értékekhez képest, de nem akkorát, ami alapján érdemi következtetést lehetne levonni.

Érdekes a Legény-barlang-i bejárat és a Vacska-barlang esete. A Legény-barlang-nál a legmagasabb az alapszint, amely végig megmaradt, a Vacska-barlang-nál pedig eleinte még csökkent is a koncentráció, majd a harmadik napon már szignifikáns emelkedést látunk, de az emelkedés mértéke itt sem perdöntő. E barlangok légkörzését már erősen befolyásolhatja az Ariadne-barlangi bejárat közelsége, amely az Ajándék-barlang-hoz hasonlóan szintén felső bejáratként huzatol, ráadásul igen intenzíven. Az is elképzelhető azonban, hogy az eltérő alapszinteket valamilyen méréstechnikai probléma okozza.

További tervek

A gáznyomjelzési kísérletet alapvetően sikeresnek nyilváníthatjuk, de korántsem lezártnak. Az első eredményekből is látszik, hogy hasonló mérést kevesebb SF6 nyomjelző gázzal is el lehet végezni. Ugyanilyen mérési elrendezés esetén a szükséges gázmennyiség mintegy negyede a most felhasználtnak, ami tetemes költségmegtakarítást jelent.

A következő mérési alkalommal szeretnénk az egyes bejáratokon ki- ill. beáramló levegő mennyiségét pontosan mérni. Ezzel lehetővé válna az ismeretlen járatok hosszának és térfogatának a jelenleginél pontosabb becslése.

Tervezzük továbbá, hogy a mérést kiterjesztjük a barlangok belsőbb részeibe is, ez remélhetőleg segítséget nyújt a konkrét bontási helyek kiválasztásában. A barlangokon belüli, több napon át tartó folyamatos mintavételi kampány nagyon nehezen kivitelezhető. A mostani mérés alapján azonban pontosabban lehet tervezni a mintavételeket, és így több belső pont párhuzamos vizsgálata is lehetővé válik.

Köszönetnyilvánítás

Köszönetünket felezzük ki Dr. Torkos Kornél egyetemi docensnek a gázkromatográfiás mérésekben nyújtott pótolhatatlan segítségéért.

Comments powered by CComment

Kategória: