Температура воздуха.

Температура воздуха в пещерах обычно постоянна и колеблется в незначительных пределах. Известны пещеры с температурой воздуха от -5 до 12°С. В глубоких шахтах температура в среднем 3-9°С. Минусовые температуры встречаются лишь в пещерах со льдом. С увеличением глубины температура незначительно повышается.

Сохранение температуры тела 37°С в пределах нормы - необходимое условие жизнедеятельности человека. Оптимальный тепловой режим обеспечивающийся за счет теплопродукции человека и тепловым состоянием среды, называется тепловым комфортом.

Подземная среда не обеспечивает комфортных условий. Человек вынужден поддерживать тепловое равновесие за счет физической и химической терморегуляции организма, которая, однако, имеет пределы, а также специальных мер защиты.

На воздухе скрытый период терморегуляции организма составляет 30-40 минут.

Теплоотдача происходит за счет:
- длинноволнового излучения;
- молекулярной теплопроводности;
- турбулентной теплопроводности;
- испарения пота;
- дыхания;
- нагревания поступающей пищи и воды.

Теплопотери за счет длинноволнового излучения - это поглощение тепла человеческого организма капельками воды окружающего воздуха и стенами. Сравнительно небольшое уменьшение температуры стен относительно температуры воздуха оказывает заметное влияние на теплоощущение и комфортность: появляется состояние дискомфорта, теплопотери увеличиваются на 50% и более. При разности температур стен и воздуха 3-4°С на расстоянии 25-50 см от стены теплопотери одетого человека очень велики. Для уменьшения теплопотерь из-за стен достаточно находиться от них на расстоянии 0,7-1,0 м, при этом исчезает и ощущение дискомфортности.

При повышенной влажности температура одежды повышается на 3-4°С по сравнению с температурой воздуха, что препятствует конденсации влаги на ней, но приводит к резкому выделению тепла за счет поглощения его капельками воды в инфракрасном спектре. При 100% влажности и температуре воздуха ниже 15°С в состоянии покоя ощущение комфортности исчезает через 1-2 часа для легко одетого человека.

Теплопотери за счет молекулярной теплопроводности - это поглощение тепла за счет непосредственного соприкосновения тела с поверхностью стен, пола. Теплоотдача пропорциональна разности температур и площади соприкосновения поверхностей, она начинает сказываться при температуре поверхности ниже 20°С.

В положении стоя эти теплопотери происходят только через обувь, но при лазании, протискивании в щели теплопотери молекулярной проводимости резко увеличиваются. К ним в этом случае добавляются также теплопотери за счет длинноволнового излучения. Еще больше молекулярные теплопотери в мокром (даже выжатом) комбинезоне. Опытами Рубнера установлено, что такая одежда увеличивает теплопотери тела по сравнению с обнаженными частями из-за лучшей проводимости тепла через мокрую кожу.

Допустимое время пребывания в мокрой одежде в состоянии покоя не более 1 часа, при физической работе - 2-3 часа. В горизонтальных пещерах можно увеличить срок пребывания в несколько раз, сняв мокрую одежду целиком или частично. На вертикальных участках снимать одежду не рекомендуется, так как потерявшая эластичность кожа легко травмируется.

Не следует 5-15 минут лежать или сидеть на полу, либо прислонившись к стене. Если работа требует длительного лежания или сидения, необходимо подкладывать коврик толщиной 0,5-1,0 см из войлока или полиуретана.

Теплопотери за счет турбулентной проводимости - это теплопотери при воздухообмене. Они играют заметную роль при ходьбе, особенно в мокрой одежде и при ветре.

Теплопотери за счет испарения пота в условиях пещерного климата в состоянии покоя и легкой работы незначительны. При тяжелой физической работе теплопотери с потом сильно увеличиваются. При резких изменениях теплового состояния среды (прикосновении к стенам, переходе к месту со сквозняком) может привести к переохлаждению и простудным заболеваниям.

Теплопотери за счет дыхания начинают сказываться при температуре воздуха ниже 20°С, а в диапазоне пещерных температур и влажности они не превышают 20%. Такое отклонение от комфортных условий ещё компенсируется за счет адаптации организма, поэтому им можно пренебречь.

Теплопотери за счет нагревания поступающей пищи и воды сказываются при отрицательных температурах. В условиях пещерной среды они незначительны. При приеме горячей пищи и воды эти теплопотери исключаются.

Тепловое состояние человека и характеризующие его параметры приведены в Табл.1.

Таблица 1 Тепловое состояние и его параметры. (по С.П. Уманскому)

Существует прямая зависимость времени, в течение которого организм человека сохраняет тепловой комфорт, от величины темпера­туры окружающей среды и теплоизолирующих свойств одежды, (см. левый график номограммы).

А - одетый в лёгкий комбинезон;
Б - в шерстяном белье и ватной куртке;
В - шерстяное белье, шерстяной свитер, меховая куртка с брюками;
Г - куртка с водоветронепроницаемой тканью и теплой подстежкой.

Рано или поздно теплопотери окажутся больше, чем теплопродукция, и начнется охлаждение.

Существует номограмма (правый график) ориентировочного времени пребывания в одежде с различной теплоизоляцией (В.И. Кричагин, В.И. Хроленко и А.И. Резников).

где:
Q - тепловой поток со всей поверхности тела (S = 1,6 кв.м.) в ккал/час.
I факт - фактическая теплоизоляция одежды в КЛО (1 КЛО = 0,18 град/ккал/кв.м./час обеспечивающий состояние комфорта человека в покое при теплообразовании 50 ккал/кв.м/час).
tв - температура окружающей среды.

Нижняя часть номограммы позволяет определить дефицит тепла

Д = Q - M,

где:
Д - дефицит тепла (Д = 80 ккал/час соответствует переходу в состояние дискомфорта II степени, а Д = 180 ккал/час - Ш степени);
Q- общие теплопотери (ккал/час) определяется по верхней части номограммы;
М - теплопродукция организма (ккал/час).

Номограмма позволяет решать задачи ориентировочного прогнозирования допустимых интервалов времени пребывания человека на холоде, если известны:
а) теплоизоляционные свойства одежды (факт.) взятые при ожидаемых условиях (покой, нагрузка, без ветра, при ветре);
б) возможна и приблизительная оценка фактической теплоизоляции комплекта;
в) температура воздуха;
г) уровень физической нагрузки.

Кроме одежды, уменьшения теплопотерь на некоторое время можно достичь за счет увеличения теплопродукции организма (см. Табл.2).

Таблица 2

Выработка тепла (по Харперу)

В условиях простого спелеологического путешествия (сухая пещера с температурой 8-10°С, влажностью 97-99%) легко одетый человек (в шерстяной костюм и комбинезон) может находиться 5-6 часов, выполняя легкую работу, с сохранением состояния комфортности. Дополнительными мерами (утепленная одежда, физические нагрузки) можно увеличить этот срок до 10-12 часов, после чего работоспособность спелеолога ухудшается, наступает ощущение дискомфортности, усталость, а затем переохлаждение.

Длительные исследования пещер (более 10 часов) необходимо соответственно организовывать и оснащать средствами индивидуальной (одежда) и групповой (подземный лагерь) защиты. В подземных лагерях необходимо организовывать прием горячей пищи и воды, комфортные условия для отдыха и сна.

Влажность.

Воздух в пещерах имеет повышенную влажность - от 80 до 100%. Опытами М. Рубнера установлено, что увеличение влажности на 12,8% по тепловому эффекту равно увеличению теплопотерь тела на 1°С. При расчетах теплопотерь следует вносить поправки за счет влажности, уменьшая температуры на 2-3°С. При особо неблагоприятных условиях (ветер, мокрая одежда, усталость) переохлаждение может наступить очень скоро Для защиты от влаги применяется одежда из водоотталкивающей ткани. (капрон, лавсан, авизент).

Туман.

При большой разнице температур воздуха пещерного и наружного, особенно, во время заморозков, в привходовой части может образовываться туман, который иногда выходит наружу в виде столба дыма. Например, пещера Продуха в Одесской области. Ещё реже образуется туман в залах с большим объемом воздуха (более 1 млн. куб.м).

Туман может испугать новичков, его ошибочно могут принять за газ. Он может затруднять ориентировку.

Появление облака тумана над входом часто используют для поиска новых полостей, особенно зимой.

Ветер.

Есть пещеры, но чаще отдельные участки, где движение воздуха ощутимо. В этом случае теплопотери увеличиваются и могут приводить к переохлаждению. Влияние ветра нужно учитывать при расчете теплопотерь (см. Табл.3).

Таблица 3

Поправки температур на ветер (По С. Нилу и Р.Шамбуреку).

Глава 3. ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ ОПАСНОСТИ ПЕЩЕР.

Температура воды

Температура воды в пещерах не превышает 15°С (обычно 5-11°С, иногда до 1-5°С). Только в термокарстовых пещерах вода тёплая, у нас в стране в подземном озере Коу в Бохарденской пещере вода с температурой 32°С

В обводненных пещерах спелеолог, даже не преодолевающий водных преград, подвергается действию брызг, капели, касается мокрых стен, Одежда его быстро намокает.

Обладая значительно большей теплоемкостью (84 раза) и теплопроводностью (в 25 раз), чем воздух, вода с температурой ниже 15°С представляет серьезное испытание из-за опасности переохлаждения.

В воде без защитной одежды вся масса тепла теряется за счет молекулярной теплопроводности. При этом, если в воздушной среде теплопотери идут с площади, составляющей 75% поверхности тела, то в воде - со всех 100%. Резко уменьшается и скрытый период теплорегуляции для человека - в воде он не превышает 2-3 мин.

Критическая точка повышения теплопродукции в воде определяется при гораздо более высокой температуре среды: 34-35°С вместо 28-29°С на воздухе. Это значит, что даже при попадании в теплую воду в первые же минуты спелеолог имеет значительные теплопотери, с которыми компенсаторный теплорегуляционный механизм организма не может справиться в течение длительного времени.

При таких условиях, несмотря на усиление теплообразования и обмена веществ, которыми организм человека отвечает на охлаждение, температура тела начинает понижаться. Даже после прекращения охлаждения температура тела ещё некоторое время понижается как бы "по инерции", затем наступает повышение температуры на 0,5-1,5°С выше нормальной и только спустя 2-4 часа она окончательно стабилизируется.

На графике приведены данные о возможных сроках пребывания человека в воде, в зависимости от её температуры.

Быстрое развитие переохлаждения в холодной воде обуславливается тем, что она выступает ещё и как шоковый раздражитель. Потери тепла в такой воде происходят настолько интенсивно, что порождают специфический "холодовой шок", при котором пострадавший сразу же погружается на дно, не предпринимая никаких действий к своему спасению.

Развитию холодового шока (по Лартингу) способствуют:
- перегревание перед погружением в холодную воду;
- состояние озноба перед погружением;
- быстрое погружение в холодную воду (падение) без постепенной адаптации к ней;
- эмоциональные потрясения;
- переполненный желудок и кишечник.

Охлаждение организма в воде вызывает усиленное потребление кислорода и может привести к кислородному голоданию.

График зависимости времени погружения от температуры воды

( по И.Циммерману)

время пребывания (часов)

1 - переохлаждение без защитной одежды;
2 - опасность перегрева в гидрокостюме (на воздухе в тени)
3 - время пребывания под водой без гидрокостюма;
4 - время пребывания под водой в гидрокостюме"мокрого типа" (толщина неопрена 4 мм)
5 - потеря сознания при погружении без одежды;
6 - время пребывания под водой в гидрокостюме постоянного объема (сухого);
7 - критическое время пребывания под водой в гидрокостюме "мокрого типа" (потерявшего герметичность).

Спуски без гидрокостюма сухого типа в пещерах при температурах воды ниже 15°С запрещаются.

Время пребывания в гидрокостюме в воде определяется количеством и качеством белья. На графике приведены допустимые сроки пребывания в воде в гидрокостюмах разных типов. Для уменьшения теплопотерь применяют гидрофобное (не смачиваемое водой и потом) белье, утеплители из поропласта, шерстяное бельё плотной вязки. Для этих же целей резина заменяется прорезиненным капроновым полотном. Для защиты гидрокостюма от порезов о микрорельеф поверх него одевают защитный комбинезон из технического капрона, авизента и т.п.

Промышленность не выпускает гидрокостюмов для спелеологов, "Садко" и "Тягур" не совсем пригодны для исследования сложных пещер, поэтому спелеологи сами конструируют и изготовляют их. При проверке гидрокостюмов и комбинезонов рекомендуется руководствоваться ГОСТ 12.4.067-79 "Система стандартов безопасности труда. Метод определения теплосодержания человека в средствах индивидуальной защиты".

Прохождение обводненных пещер требует не только специальной личной защитной одежды, но и дополнительных мер по обогреву: каталитические бензиновые грелки, фольгированные полиэтиленовые накидки и т.п. Повышенные требования предъявляются и к средствам групповой защиты и снаряжению: аварийным комплектам, аптечке, связи и др. Создание комфортных условий в подземных лагерях и горячее высококалорийное питание очень важны. Рекомендуется не только прием витаминов и глюкозы, но и адаптогенных средств: элеутерококка, заманихи, аралии, левзеи, родиолы ("золотого корня"), женьшеня.

Водные преграды

Вода - обычная преграда карстовых и некоторых искусственных пещер. Среди них выделяют:
- реки, озёра;
- каскады, водопады;
- русловые плотины;
- закрытые и открытые сифоны;
- подводные пещеры.

Особенностью подземных водных преград является то, что опасность утопления здесь сочетается с другими: падением, переохлаждением, переутомлением, порчей снаряжения, специфическими опасностями, связанными с работой акваланга и т.д.

Подземные реки и озера преодолевают вплавь и на надувных лодках. При резких движениях в лодке легко опрокинуться. В гидрокостюмах сухого типа при неправильном вхождении в воду существует опасность перевернуться вверх ногами. Гидрокостюмы и лодки легко проколоть, порвать об острые выступы.

При пользовании гидрокостюмами сухого типа спелеолог должен "обжиматься", постепенно погружаясь в воду. Для предохранения гидрокостюма поверх одевают защитный комбинезон. Для исследования подземных рек в горизонтальных обводненных пещерах можно применять многосекционные надувные лодки. В качестве плавсредств в каскадных шахтах удобно использовать герметичные транспортники с положительной плавучестью, для чего в них укладывают поролон.

Каскады, водопады. Слабые каскады воды встречаются во всех глубоких карстовых шахтах, пропастях. Водопады встречаются реже, но при высоте более двух метров они очень сложны, особенно при прохождении вверх.

Водопады и каскады по возможности стараются обходить, т.е. навешивать снаряжение так, чтобы не попадать в струю воды. При подъемах применяют раздвижные лестницы, шесты, крючьевую технику и кошки-якоря.

Русловые плотины (их ещё называют гурами или синтровыми мисами) располагаются в руслах подземных рек и могут достигать высоты до 7 м. Они перегораживают галереи, создавая озера. Зачастую плотины располагаются друг за другом, образуя ступенчатый профиль. Это серьезные преграды, требующие наличия специального снаряжения и навыков для их преодоления. Иногда в нижней части плотин делают отверстие и спускают воду, после чего преодолевают их с помощью шестов, лестниц и крючьевой техники.

Сифоны. Открытые и полуоткрытые сифоны преодолевают вплавь или вброд. Ограниченная видимость, теснота, незначительное пространство между поверхностью воды и потолком повышают опасность преодоления их Открытые и полуоткрытые сифоны при увеличении водотоков могут превращаться в закрытые.

Закрытые сифоны проныривают под водой, если они невелики, с задержкой дыхания, а в остальных случаях с использованием аквалангов. Здесь к прочим опасностям добавляются специфические опасности работы с аквалангом, а также потеря ориентировки из-за замутнения воды, возможность запутаться в страховочных и телефонных концах.

При проныривании с задержкой дыхания следует организовать надёжную сигнализацию или связь и страховку. Работать в сифонах могут только спелеологи, прошедшие специальную подготовку, а при использовании аквалангов - спелеологи, имеющие подготовку пловцов-подводников.

Подводные пещеры. Исследуются с помощью аквалангов. Техника и тактика их прохождения разработаны подводниками-аквалангистами. Она очень специфична, требует специальных знаний, навыков и опыта, и в данной работе не рассматривается.

Паводки.

Паводок - внезапный подъем уровня воды в подземных потоках из-за ливневых осадков или интенсивного таяния снега на поверхности. В некоторых естественных шахтах паводок сечения не могут пропустить всю воду, и она скапливается в полостях перед ними, иногда достигая огромной высоты. В пещере Скельской в Крыму найдены следы оставленные паводком на высоте 45 м, а в пещере Келасурской на Кавказе - на высоте 70 м. Вслед за сильными бурями или длительными дождями подземные потоки разливаются иногда по обычно сухим туннелям. Как следствие этого, образуются источники, действующие два-три раза в год, а то и один раз на памяти местных жителей.

Паводок - грозная опасность. В большинстве пещер период подъема паводковой воды равен нескольким часам. Особенно подвержены действию паводковых вод пещеры с входами в тальвегах, а также в руслах периодических водотоков.

В пещерах спелеологам случалось быть застигнутыми паводком и, выбрав подходящее не затапливаемое водой место, пережидать там до спада воды, порой по несколько суток.

Правильный выбор мест подземных лагерей, контроль максимальных уровней воды по следам паводков, оставляемых на стенах, наличие неприкосновенного запаса продовольствия, топлива и освещения, надежной связи с поверхностью обеспечивают безопасность. Перед началом спусков в пещеры следует брать прогнозы погоды на ближайшей гидрометеостанции или в КСС, а в ходе работы следить за изменениями погоды и вовремя реагировать на метеосводки передаваемые по радио или получаемые из КСС.

Гидрологические феномены. Известны пещеры с периодически изменяющимся уровнем воды независимо от погодных условий на поверхности. Уровень воды меняется в них из-за гидрологических особенностей полостей, заполненных водой. При исследовании таких пещер следует учитывать возможность внезапного наводнения.

Таким гидрологическим феноменом является пещера Фонтесторб во Франции. На дне её периодически появляется вода, за 36 мин. и 36 сек. заполняет пещеру, достигая своего наивысшего уровня, в течение 4 мин вода переливается через естественный барьер, затем уровень воды падает, пещера становится сухой. Через 32 мин 6 сек. вода начинает снова заполнять пещеру. Эта ритмичность не изменялась на протяжении уже двух столетий. Известны ритмичные карстовые источники, вытекающие из неисследованных пока полостей в горах Каратау.

При первопрохождениях пещер следует предварительно собрать у местных жителей и из литературы сведения о гидрорежиме источников. В пещере надо обращать внимание на следы уровней воды.