Метеорологические наблюдения

Спелеотуристы часто получают задание на метеорологические наблюдения. Детальные метеонаблюдения в пещерах и шахтах различного типа не только расширяют наши знания об их микроклимате, но и позволяют перейти к различным расчетам, имеющим непосредственное народнохозяйственное значение. За 8 лет исследования глубинного карста Крыма спелеотуристами сделано свыше 64 тысяч замеров температуры и влажности воздуха под землей. Это позволило научным работникам рассчитать объем конденсационной влаги, выпадающей из водяных паров, содержащихся в воздухе карстовых полостей и трещин Главной гряды Крымских гор. Оказалось, что она составляет 15% общего объема подземного стока Горного Крыма. Величина ощутимая и важная! Однако роль конденсационной влаги не исчерпывается питанием подземных вод. С ней связаны многие процессы формирования натечных образований под землей, а согласно некоторым гипотезам зарубежных спелеологов - даже образование некоторых карстовых полостей. Микроклиматические условия, как мы показали выше (рис. 28), во многом определяют самочувствие человека при длительном пребывании под землей. Поэтому эти наблюдения имеют большое медико-биологическое значение.

Важнейшая микроклиматическая характеристика любой полости — температура воздуха в ней. Для измерения температуры воздуха пригоден любой термометр с ценой деления 0°, 2. Однако наиболее надежные резуль­таты получаются при использова­нии аспирационного психрометра Ассмана (рис. 47).

Рис. 47. Аспирационный психрометр Ассмана (ГОСТ 6353-52):

1 — ртутный термометр (влажный); 2 — ртутный термометр (сухой), 3 — оправа, 4 — заводной механизм и вентилятор; 5 — пипетка для смачивания батиста на влажном термометре

Психрометр со­стоит из двух одинаковых ртутных термометров, закрепленных в специальной оправе, имеющей заводной механизм с вентилятором, протягивающим воздух около резервуаров термометров. Резервуар правого термометра туго обернут батистом в один слой и перед работой смачивается чистой дистиллированной или снеговой водой из специальной пипетки. Перед началом измерений необходимо сверить термометры и убедиться, что стоблики ртути в них не разорваны и до смачивания они показывают одинаковую температуру (в удостоверениях к термометрам имеются бланки поправок, достигающих иногда 0,2—0,4°С).

Затем правый термометр смачивается водой, прибор заводится и помещается в воздушный поток либо горизонтально (это позволяет брать послойный температурный разрез через 0,1—0,2 м по высоте), либо вертикально. Надо следить, чтобы вентилятор не подсасывал более теплый воздух от наблюдателя, свечи или керосинового фонаря.

Лучше всего производить измерения с налобным электрическим фонарем.

Сухой термометр показывает непосредственно температуру воздуха под землей, а смоченный, вследствие испарения воды с поверхности батиста, — несколько меньшую температуру. Наблюдатель записывает показания обоих термометров, а также производит в точке замера отсчет по барометру. Дальнейшая обработка этих данных осуществляется уже на поверхности при помощи специальных таблиц.

Микроклиматические условия карстовой полости в каждой точке характеризуются температурой, абсолют­ной и относительной влажностью и дефицитом влажности. Все перечисленные показатели легко получить по данным психрометрической съемки из таблиц Савича. Нанеся на план полости значения температур воздуха, абсолютной и относительной влажности, легко проанализировать направления движения водяных паров в пещере (они движутся из областей с более высокими значениями упругости водяного пара к областям с меньшими значениями) и наличие конденсации влаги в отдельных точках полости (где относительная влажность равна 100%).

Следует иметь в виду, что в области упругостей водяного пара, близких к насыщению, температура сухого термометра может стать ниже температуры смоченного и психрометр иногда дает неверные показания (это происходит в момент испарения капельки влаги; случай­но попавшей со свода или сконденсировавшейся на резервуаре сухого термометра).

Значительно сложнее получить данные о скорости и расходе воздушного потока в карстовых полостях. Между тем именно эти величины определяют степень проветриваемости полости (отношение расхода воздушного по­тока за сутки к объему полости) и интенсивность про­хождения процессов конденсации. Почти в каждой из 1200 известных сейчас карстовых полостей СССР имеется тяга воздуха той или иной силы. Но чаще всего это настолько слабое дуновение, что его невозможно замерить существующими анемометрами.

Рис. 48. Крыльчатый (струнный) анемометр АСО-3:

1 — ветровое колесо; 2 — защитное кольцо; 3 — механический счетчик

Наиболее приспособленный для работы под землей анемометр АСО-3 (рис. 48) имеет порог чувствительности 0,1 м/сек — скорость, с которой можно встретиться только в сужениях карстовых полостей. На рис. 49 приведена номограмма для перерасчета скорости воздуха, замеренной в контрольном (узком) сечении, на скорость, наблюдающуюся в расширениях карстовых полостей. Основанная на уравнении неразрывности потока, она не нуждается в специальных пояснениях.

Рис. 49. Номограмма для определения скорости движения воздуха (v м/сек) в произвольном сечении карстовой полости (S, м²) при фиксированном расходе потока (м³/сек):

а - порог чувствительности анемометра АСО-3; б - сужения карстовых полостей, недоступные для непосредственного исследования (площадь менее 0,07 м²); в, г, д - средние сечения различных типов карстовых полостей; е - ключ номограммы

Изредка в отдельных пещерах страны можно встретить участок с очень большой интенсивностью воздушной циркуляции. Например, в Красной пещере в Крыму имеется ход, где скорость воздушного потока достигает 8 м/сек. Здесь необходим чашечный анемометр МГ-13, хорошо работающий в интервале скоростей ветра от 2 до 10 м/сек.

Удовлетворительная классификация карстовых полостей по микроклиматическим особенностям еще не создана.

За рубежом в основу имеющихся классификаций обычно положен принцип проветриваемости полости. Различают статические полости, в которых движение воздуха осуществляется только за счет теплообмена со стенками и конвекции, динамические, проветриваемые за счет тяги, возникающей при расположении входов на разной высоте, и стато-динамические, в различные сезоны имеющие то статический, то динамический режим. К последнему типу обычно относятся полости, входные отверстия которых или средние части их галерей периодически перекрываются отложениями льда и снега либо подземными водами (сифоны).

В отечественной литературе более распространены классификации по морфологическому облику пещер (Г. А. Максимович, 1963). Выделяются мешкообразные теплые, холодные и сложные пещеры (одноходовые), ветровые и проходные (двухходовые). Создание универсальной микроклиматической классификации пещер и шахт - дело будущего, и задача советских спелеологов - получить как можно больше фактических материалов по этому вопросу.

Замеры температуры, влажности воздуха и скорости его движения необходимо производить в небольших пещерах и колодцах через каждые 5 м, в крупных полостях - через 20 м, а также перед всеми боковыми разветвлениями и в местах резких изменений продольного профиля полости. Наблюдения обычно осуществляются на стандартной высоте 0,5 м от пола или стенки полости. Для выяснения особенностей распределения местных тепловых и воздушных потоков нужно в 3-4 наиболее характерных сечениях полости произвести более детальную съемку по трем вертикалям (у стенок и в центре хода) через каждые 0,5 м по высоте.

Очень интересны данные, полученные различными группами в одной и той же полости, но в разные сезоны года. Так как микроклиматические особенности ближней части пещер и шахт зависят от погодных условий, первые замеры надо делать на поверхности в нескольких метрах от входа в полость.

Большой интерес представляют сведения о составе и пригодности для дыхания воздуха в пещерах и шахтах. При посещении незнакомой полости или уже исследован­ной шахты, но в другой сезон года нужно проверить ее воздух на загазированность. На загазированном участке полости желательно отобрать пробу воздуха на анализ. Для этого литровая бутылка заполняется концентрированным раствором соли, который выливается в месте, где надо отобрать пробу. Воздух пещеры, заполнивший бутылку, «запирается» небольшой порцией рассола; последний должен на 3—6 см перекрывать пробку. Бутылка транспортируется в лабораторию в переверну­том виде.

Описание карстовых полостей

Пещеры и шахты во многих карстовых районах СССР находятся в труднодоступной местности. Их повторное обнаружение и посещение научными работниками часто либо невозможно, либо может быть осуществлено через много лет. Поэтому, кроме топосъемки, турист-спелеолог, как правило, производит максимально полное описание открытой и обследованной им пещеры или шахты. Разумеется, детальность и квалифицированность описания зависят от многих причин — в первую очередь от уровня специальной подготовки группы и времени, выделенного на обследование полости. Материалы описания входят в картотеку пещер и шахт исследуемого района, которая ведется при каждой секции спелеотуризма.

В отечественной и зарубежной литературе имеется много схем описания и карточек учета карстовых полостей. Наиболее полные вопросники были опубликованы в 1962 г. профессором Г. А. Максимовичем и краеведом П. П. Хороших]. Однако и они не в полной мере отве­чают возросшему уровню советской спелеологии. В 1960 г. нами был составлен рабочий макет, а в 1962 г., во время I Всесоюзного слета спелеологов, уточнен окончательный вариант учетной карточки, состоящий из 65 вопросов. При ее разработке был обобщен литературный материал по 16 опубликованным вопросникам, а также данные восьмилетних личных исследований пещер и шахт различных районов страны. Опыт использования этой карточки спелеологами СССР и Болгарии показал, что она вполне отвечает задачам, стоящим перед спелеотуристами, и позволяет систематизировать фактический материал по каждой изученной полости в форме, представляющей интерес и для спортсменов и для научных работников.

В большинстве случаев заполнение граф карточки, приведенной в приложении 3, не трудно для достаточно подготовленного спортсмена и не требует специальных разъяснений. Содержание работы спелеолога при морфометрической, геологической, гидрогеологической и микроклиматической характеристиках карстовых полостей изложено выше, в соответствующих разделах.

Фотографирование под землей

Фотография, сделанная под землей,— не только иллюстрация к отчету или украшение туристского альбома; это документ, представляющий большой интерес для различных специалистов. Фотосъемка под землей — сложное и интересное дело. К сожалению, пока имеется мало работ, освещающих условия и методику подземной съемки].

На поверхности рекомендуется делать снимки, дающие представление о характере местности в районе карстовой полости, особенностях ее геологического строения и подходах к полости. Вход в нее фотографируется снаружи и изнутри. Здесь вполне уместны фотоснимки отдельных спелеологов или всей группы.

Отдельно производятся снимки источников, скоплений известкового туфа, поверхностных водотоков около пещеры. Очень хорошо смотрятся фотографии лагеря, подготовки к спуску в карстовую полость и бытовые сцены, в которые введен «спелеологический элемент» - починка снаряжения, сборка лестницы и пр.

Под землей все сюжеты фотосъемки можно подразделить на 5 групп.

1. Сюжеты, характеризующие морфологию полости. Фотографируется перспективный вид галереи (зала, шахты), фрагменты отдельных залов, остатки этажей, в виде мостов перегораживающих галерею, фрагменты стенок и сводов, отражающие особенности залегания пород и заложения по ним ходов. Эти снимки имеют большое научное и учебное значение, так как часто лучше всякого чертежа поясняют, как формируется карстовая полость.

2. Сюжеты, характеризующие водные особенности полости. Фотографируются подземные озера, реки, карстовые сифоны, выходы подземных источников, следы различных уровней стояния подземных вод в виде желобков, полос и примазок глины, скопления снега и льда, коры оледенения.

Первые две группы сюжета предполагают широкое введение в кадр спелеологов, которые, однако, не должны позировать. Значительно лучше, если они делают какую-то свою работу - производят замеры, ведут записи, отбирают образцы, готовятся к фотографированию. Вполне допустимо комбинировать снимки, несущие большой объем специальной информации, с сюжетами третьей группы.

3. Сюжеты, характеризующие условия спуска в полость и движения под землей. Эти сюжеты должны помочь правильному восприятию особенностей спелеотуризма как сложного вида туризма. К сожалению, в спелеологии еще не установилось отличное правило обязательной фотодокументации маршрута, как это принято в альпинизме. В фототеках советских спелеологов практически отсутствуют качественные снимки, иллюстрирующие технику спуска по лестницам различных конструкций, подвешивание на весу новой секции лестницы, особенности использования под землей различных альпинистских методов спуска и подъема на веревке, приемы посадки в резиновые лодки и высадки из них, преодоление полуоткрытых сифонов, транспортировку оборудования, снаряжения и пострадавших. Эта группа сюжетов дает неисчерпаемые возможности для фотолюбителя.

4. Сюжеты, характеризующие пещерные отложения. Обычно фотографируются только наиболее красивые группы натеков. Между тем большой интерес представляют снимки характерных сталактитов, сталагмитов, драпировок, каскадных натеков, скоплений пещерного жемчуга, известковых цветов. Часто встречаются натеки нескольких возрастов, сформировавшиеся на поваленных колоннах, обвалившихся глыбах, наклоненные под углом сталактиты. Во многих пещерах можно встретить каскады озер в русле водотока (синтры), заполненные водой или прорванные, сухие. Спелеологу следует помнить, что минералогия пещер еще разработана очень слабо. Удачно выполненные фотографии, снабженные масштабом (предмет, размеры которого известны, - спичечный коробок, карандаш, бленда от фотоаппарата, компас, а еще лучше - специальная складная линеечка с миллиметровыми делениями), ориентированные по отношению к странам света и надежно привязанные к плану и разрезу пещеры, представляют ценный фактический материал.

Очень эффектны снимки глыбовых навалов, скоплений глины и песка, микроформы, образованные на их поверхности каплями воды, различные ледяные образования. Чтобы получить хорошие снимки этого вида отложений, потребуется много усилий и выдумки.

5. Сюжеты, характеризующие зоологические, палеозоологические, археологические особенности полости. Спелеологу часто приходится встречаться с различными проявлениями жизни под землей. Не будучи специалистом, он не имеет права производить самостоятельные сборы, раскопки и шурфовки. Но запечатлеть все виденное на пленке и переслать фотоснимки с описанием пещеры, где они были сделаны, специалисту - прямой долг советского спелеотуриста.

Фотографировать можно колонии летучих мышей и отдельные особи этих интересных животных, различных насекомых и водных обитателей пещер. Материалы фотосъемки зоологических объектов следует пересылать на биологический факультет Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (Москва, В-234). Часто в рыхлом заполнителе и в натеках можно встретить отдельные кости или целые скелеты животных, многие из которых вымерли много тысяч лет назад. Изучением этих костных остатков и их возраста занимается отдел палеозоологии Зоологического института Академии наук УССР (Киев, Владимирская, 55). Наконец, фотографии различных остатков материальной культуры человека, найденных под землей (черепки посуды, целые сосуды, различные орудия, рисунки и знаки на стенах и сводах), следует направлять в Институт археологии Академии наук СССР (Москва, ул. Дмитрия Ульянова, 19).

Общее требование ко всем фотоснимкам, сделанным под землей, - ясная и четкая документация и ориентировка. Лучше всего при каждой секции иметь фототеку с подробными описаниями к ней, касающимися не только объектов, но и условий съемки (фотоаппарат, объектив, выдержка, диафрагма, расстояние, условия освещения, фотоматериал, вид проявителя и условия проявления).

Для фотосъемки под землей можно использовать любой из выпускаемых нашей промышленностью фотоаппаратов. В основном съемка производится малоформатными камерами с размером кадра 24 x 36 мм. Рекомендуется иметь с собой минимум два аппарата этого типа: «Зоркий» или «ФЭД» с простым и широкоугольным объективом, заряженный высокочувствительной пленкой - для съемки общих планов, и «Зенит» с переходными кольцами, с пленкой средней чувствительности - для съемки ближнего плана, различных фрагментов натеков, а также палеозоологических и зоологических объектов. В последние годы за рубежом наметилась тенденция к переходу на фотокамеры с квадратным кадром (6 х 6 см). При пользовании в качестве осветителя лампой-вспышкой этот формат имеет определенные преимущества. В СССР чаще употребляется среднеформатный аппарат «Москва-5».

Для получения качественных снимков необходим штатив. Следует выбирать такую его конструкцию, которая не боится сырости. Можно отдать предпочтение телескопическим штативам. При съемке надо пользоваться тросиком с защелкой.

Для черно-белой фотосъемки сейчас обычно применяются пленки средней, высокой и особо высокой чувствительности: ФОТО-65, ФОТО-130 и ФОТО-250. Для проявления пленок, заснятых пол землей, до последнего времени употреблялись стандартные метол-гидрохиноновые мелкозернистые проявители различного состава. Сейчас с успехом применяется фенидоновый проявитель, позволяющий повысить светочувствительность пленки в 4-5 раз. Рекомендуемый журналом «Советское фото» состав фенидонового проявителя следующий: сульфит натрия - 100 г, гидрохинон - 5 г, бура - 5 г, борная кислота - 3,5 г, бромистый калий - 1 г, фенидон - 0,2 г, вода - до 1000 мл. Сульфит натрия и гидрохинон растворяются отдельно в объеме 500-600 см³ при температуре 30-35ºС. В объеме 300-350 см³ при температуре 50-60ºС растворяются поочередно бура, борная кислота, бромистый калий и фенидон. Затем оба раствора смешиваются и доводятся до объема 1 л.

Установлено], что лучше всего фенидоновый проявитель работает при разбавлении водой 1:1, при температуре 22º. При снижении температуры он мало отличается от обычного гидрохинонового проявителя. С повышением температуры появляется вуаль. Приводим таблицу зависимости получаемой светочувствительности пленки от времени ее проявления при температуре 22º в разбавлении 1:1 (табл. 11):

Таблица 11