Barlangkutatás
radonnal
Dezső Zoltán és Molnár Lajos
Debreceni Egyetem Izotópalkalmazási Tanszék, 4010
Debrecen, Pf. 8.
Bevezetés
A barlangokban
végzett radon vizsgálatok hazai és nemzetközi irodalmából ismeretes, hogy a
szerzők általában homogén és barlangon kívüli radon forráseloszlást
feltételeznek, s a radon koncentráció hely- és időfüggését (pl. évszakos
változásait) alapvetően a barlang és a felszín kapcsolatával magyarázzák [1].
Végső soron a radon adatok analízisével csak az adott barlang légkörzési
sajátosságait derítik fel, azaz mint a levegő áramlásának nyomjelzőjét
használják a radont. Nem túl nagyméretű, huzatos barlangok esetében várható is,
hogy egy ilyen egyszerű modell alapján megérthető az adott helyen a barlangi
radon viselkedése. Különösen igaz ez olyan helyzetben, amikor a méréseket ún.
integráló (passzív) módszerrel végzik, s így csak viszonylag durva
időfelbontású adatsorok állnak rendelkezésre, ill. várnak értelmezésre.
Nagyméretű, kevés felszíni kapcsolattal rendelkező barlangoknál, amilyen pl. a
Baradla-barlang is, a fenti egyszerű modell azonban már nem használható.
Szerencsés esetben ugyan a bejáratok környezetében még esetleg értelmezhetők
vele a mérési adatok, de ezektől távoli helyeken, különösen bonyolultabb
járat-rendszereknél már csődöt mond. Ilyenkor akár téves következtetések
levonása is előfordulhat.
E konferencián
elhangzott másik előadásunkban megmutattuk, hogy a Baradla-barlang
hossz-szelvénye mentén a barlangi levegő radon-tartalma igen sajátosan
változik. A barlang igen nagy mérete valamint az a tény, hogy az ún. hosszú
túra útvonala mentén végzett radon méréseinket mindössze két nap alatt -
gyakorlatilag teljesen állandó külső időjárási feltételek mellett - végeztük
el, lehetővé teszi, hogy az észlelt radon-profilt a barlang szerkezetével,
eddig fel nem kutatott, ill. nem ismert radon forrásaival hozzuk összefüggésbe.
A radon forrásaival kapcsolatban itt utalunk arra, hogy a több hazai barlangra
kiterjedő, az azokban fellelhető kőzeteken elvégzett természetes radioaktivitás
mérések eredménye alapján nem-régiben arra a következtetésre jutottunk, hogy a
barlangi radon alapvető forrása az agyag [2]. Itt elsősorban a barlangi üledék
kategóriába sorolt, azaz a víz által beszállított, ill. a kőzet-repedéseken át
vizes szuszpenzíó formájában már befolyt és a termekben, folyosókon helyenként
hatalmas mennyiségben felhalmozott agyagra, s nem a repedéseket kitöltő, a
karszt „lélegzését” elzáró agyagra gondolunk.
A jósvafői
bejárathoz igen közeli Labirintusban a Baradlával foglalkozó kutatók közül már
többen is beszámoltak váratlan és érdekes mérési tapasztalataikról. Ezek
legismertebbike az állandóan magasabb hőmérséklet (kb. 11.4 Cº, a barlang
más helyein 9.5-10.4 Cº). Évekkel ezelőtt Hakl ezen a helyen rövid idejű,
ún. radon-pöff megjelenését észlelte [3], Végh pedig szokatlanul nagy CO2-koncentrációt
mért ugyanitt [4]. Ugyanakkor egy alsó barlangon
keresztüli légcirkulációra utaltak már az integráló radon mérések eredményei is
[5]. Ezek, valamint a Jósva-forrás közelsége már korábban felvetette,
hogy esetleg ezen a helyen lehetne megkísérelni a régóta keresett
Hosszú-Alsó-barlangba való lejutást A kapcsolat azonban csak feltételezés, a
meggyőző bizonyíték még hiányzik. Így komoly próbálkozás eddig nem történt,
mert az igen omladékos terepen várhatóan csak nagy nehézségek árán és lassan
lehetne lejutni.
A fenti
információk nyomán, élve a rendelkezésünkre álló nagy érzékenységű és aktív
radon detektálási lehetőséggel, még 1999 őszén mi magunk is végeztünk egy rövid
idejű (1 órás) radon mérést a Labirintusban. Legnagyobb meglepetésünkre úgy
tűnt, éppen ismét „pöffent” itt a barlang, hiszen a 7500 Bq/m3 –es
érték messze a legnagyobb volt minden azt megelőző, a Baradla-barlangban
gyűjtött mérési eredményünknél. Nyilvánvaló, hogy a fenti ismeretek és a
frissen szerzett tapasztalatok ráirányították figyelmünket a barlang ezen
részére, s idei kutatási munkánk egyik fő célja lett annak kiderítése, hogy
honnan ered és milyen időbeli trendet mutat e nagy radon koncentráció.
Méréstechnika
Ha egy helyiségben, teremben a radon koncentrációját
kívánjuk megmérni, akkor a megfelelő mérőeszköz kiválasztásán túl a mérésre
alkalmas, az uralkodó koncentrációt legjobban reprezentáló helyet, mérési
pozíciót is gondosan kell megválasztani. Ennek különösen nagy a jelentősége
akkor, ha a radonnak lokális forrása(i) és nyelője van(nak). A Labirintusnál,
amint arra Hakl is rámutatott [3], ez elsőrendű kérdés, mert itt a felszínre
vezető kijárat nagyon közel van, s a külső hőmérséklettől függően esetenként
erőteljes konvekció lép fel. A rendszeres és sokszor nagy létszámmal
jellemezhető látogató forgalom is befolyásolja ezen a helyen a hőmérsékletet,
az áramlási viszonyokat. Ha nem folyamatos, hosszú idejű monitorozást végzünk,
hanem esetenkénti hosszabb-rövidebb idejű mérések alapján kívánjuk (vagy tudjuk
csak) felderíteni az uralkodó radon-viszonyokat, akkor a fenti tényezőknek még
jelentősebb szerepe lehet. Ilyen megfontolásokat is figyelembe véve, a
méréseket mélyen a Labirintusban és mindig ugyanazon a helyen végeztük.
A radon detektálására minden estben ugyanazt a
készüléket, egy AlphaGUARD PQ2000 típusú (Genitron GmbH, Németország),
ionizációs kamrás berendezést használtunk. Mivel a mérőkamra feltöltése
diffúzió útján történik, vagyis viszonylag lassan reagál a radon koncentráció
változásaira, mérési időnek 1 órát választottunk, s minden alkalommal legalább
12 órán keresztül végeztük az adatgyűjtést. Az alkalmazott radon monitor nagy
érzékenységű hőmérőt valamint precíziós nyomásmérőt is tartalmaz, így ezen környezeti
paraméterek mérésére és regisztrálására is lehetőségünk nyílott. A radon
idősorok értelmezéséhez különösen a beépített barométer nyújt nagy segítséget,
hiszen a légnyomás tipikusan az a paraméter, amelynek hirtelen változása
azonnal befolyásolja a radonnak a pórustérből való kijutási lehetőségét. A
radon adatok mérési bizonytalansága (véletlen hiba) tipikusan 1-5 %. A
szisztematikus hiba nagysága pontosan nem ismeretes ugyan, de ennek nincs is
jelentősége, hiszen az ugyanazzal a készülékkel különböző időben és egyes
esetekben különböző mérési helyeken mért értékek összehasonlítása alapján
vonjuk le következtetéseinket.
Eredmények
A bevezetőben említett
legelső (1999. okt.) mérés után először 2000. márciusában végeztünk radon mérést a Labirintusban,
ez azonban még szintén csak rövid idejű volt, s valójában ekkor került sor a
végleges mérési hely kiválasztására. Nem kis meglepetésünkre a radonszint
ugyanakkorának adódott mint az első alkalommal, s ez máris kétségessé tette a
„pöffel” kapcsolatos hipotézis fenntarthatóságát. Az ekkor gyűjtött 10 db 10
perces mérési adat ugyanakkor határozott trendet, éspedig kb. 1000 Bq/m3/óra
emelkedést mutatott. Ez az érték azt sejteti, hogy itt valószínűleg a korábban
feltételezettnél is jóval magasabb, a Baradla-barlangban eddig nem ismert magas
radonszint a jellemző.
Az április első napjaiban, egyébként még kellemetlenül
hideg időben végzett hosszú idejű mérési kampányunk a fenti várakozásnak
megfelelő eredményt hozott. Az 1. ábrán bemutatott adatsor szerint itt már
kezdetben 9-10 kBq/m3 volt a radon koncentrációja, amely a
folyamatosan csökkenő légnyomás hatására másnap további 20 %-ot emelkedett még.
A barlangi radon eredetéről vallott nézetünk, a helyszín omladékos, bár
helyenként foltokban agyagot is tartalmazó volta nehezen engedi meg, hogy e
nagy radon koncentrációt egy közeli, a Labirintusban keresendő forrással
magyarázzuk. A felszálló meleg áramlat jelenléte is támogatja azt az
elképzelést, hogy a forrás valahol a mélyben (alsó barlang?) keresendő.
|
1. ábra. Téli trendnek megfelelő radon
koncentráció a Labirintusban
|
2. ábra. Nyári trendnek megfelelő radon
koncentráció a Labirintusban
|
A következő, szintén egy napos mérési sorozatra július
végén került sor. Ekkor a barlang már nyilvánvalóan a nyári „üzemmódnak”
megfelelően viselkedett, ami itt a Labirintusban a 2. ábrán láthatóan a télihez
képest lényegen kisebb radonszinttel jellemezhető. Érdekes ugyanakkor, hogy az
utolsó 6 órában tapasztalható egyre meredekebb emelkedés a légnyomás
emelkedését követi, bár ahhoz képest egy kicsit késik. Hová tűnt a radon? Egy
lehetséges válasz: talán a hideg barlangi levegővel kifolyik a
Hosszú-Alsó-barlangból távozó víz mellett, ha van megfelelő légtér. Itt, a
Medence-forrás tárójában meg is találtuk a keresett radont! Az első szifon
közeléig követtük, a mért koncentráció 5 kBq/m3 volt.
A júliusi, meglepő adatsort reprodukálandó augusztusban
közel három napon át végeztünk újabb méréseket a megszokott helyen. Az
eredmények alapvetően hasonlóak voltak, de a hosszú észlelési idő egyben újabb
megfigyelésekre is lehetőséget adott. A 3. ábrán bemutatott idősorban pl. két
jelentősebb csúcs található, s mindkettő korrelációt mutat egy-egy 6, ill. 4
óra hosszat tartó hirtelen nyomáseséssel. Megfigyelhető ugyanakkor, hogy az
átlagos radonszint ekkor valamivel magasabb volt, mint júliusban, amit az
akkorihoz képest alacsonyabb felszíni hőmérséklettel hozhatunk talán
kapcsolatba.
3. ábra. Augusztusi radon idősor a Labirintusban
A hosszú enyhe ősz lehet az oka, hogy szeptember és
október folyamán a fenti, nyári üzemmód még mindig tartott és csak november
közepén mértünk először az áprilisihoz hasonló, 10 kBq/m3-es értéket
a Labirintusban. Ekkorra a Medence-forrás tárójából gyakorlatilag eltűnt a
radon, ott mindössze ~200 Bq/m3 volt mérhető, ami a nyári értékhez
képest elhanyagolható, különösen, ha figyelembe vesszük azt a körülményt, hogy
a megelőző éjszaka radon monitorunkkal a Labirintusban mértünk, tehát a lassú
diffúzió miatt még maradhatott kevés radon a mérőkamrában.
A kialakult kép
tehát világos, egyértelműen magyarázható a már ismert elvi alapokon. Azaz –
legalábbis az ún. Szenthe-féle táró kihajtása óta – a keresett alsó barlang a
hőmérsék-letnek, mint kontroll-paraméternek a hatása alatt „lélegzik”. Ha a
további, a téli rezsimre vonatkozó vizsgálatok eredménye állandó, az
időjárástól független radon koncentrációt mutat, akkor ezt a barlangot a
légkörzés alapján elég szigorúan egy
bejáratos barlangnak kell tekinteni. Ez azt jelenti, hogy itt ki tud
alakulni a barlang mérete és a benne található forrás mennyisége által
determinált maximális radon koncentráció. A minimumot azonban nem egyedül a
legnagyobb elképzelhető külső hőmérséklet szabja meg, hanem arra hatással van
az alsó és felső (a jelenleg járható) barlangok közötti összeköttetések
keresztmetszete, elhelyezkedése valamint a magasabban elhelyezkedő barlangban
uralkodó radon viszonyok is, azaz ez utóbbi légkörzése.
A két barlang
közötti egyirányú ráhatás elsősorban ezek egymástól való elzártságának a
következménye. Ismeretes, hogy a már több helyen megkezdett bontások,
feltárások épp ennek megszüntetését célozzák. Mivel a Baradlában a már
rendelkezésünkre álló adatok szerint a két szinten tapasztalható radon
koncentráció között a különbség egy ötös faktort tesz ki, várható, hogy ez
felhasználható egy újonnan létrehozott kapcsolat, összeköttetés bizonyítására
még jóval annak előtte, hogy az ember ezt az átjárót közlekedési céllal
megközelítené. Ennek demonstrálását is megkíséreltük, kihasználva az idei igen
száraz időjárást.
A Barlang Őre és
a Csikóstanya között a főágban jó közelítéssel állandó és 2 kBq/m3 a
radon koncentrációja. Ugyanez az érték volt mérhető az itt található egyik
vizes szifonban is, ami arra utal, hogy a radon még az ilyen „eldugott”
helyekre is bediffundál. A vízszint megfelelő lecsökkentése után itt a
koncentráció gyakorlatilag azonnal megemelkedett 6 kBq/m3-re. Erre
semmilyen más magyarázatot nem találtunk, mint azt, hogy itt közvetlenül az
alsó üreg-rendszerrel való kapcsolat jött létre. Másnap a szifon még mindig
nyitva volt, ekkorra a koncentráció már 7 kBq/m3-t ért el. A további
növekedés magyarázható azzal, hogy egy enyhe konvekció is beindult, ami további
radon feljutását eredményezte. Úgy gondoljuk, hogy ez az eredmény elég
meggyőzően bizonyítja feltevésünk helyességét, azaz itt a Baradla-barlangban a
radon a barlangi szerkezet felderítésére is felhasználható.
Összefoglalás
A Baradla-barlang ún.
Labirintus termében a barlang más ismert részeinél mérthez képest lényegesen
magasabb radon koncentrációt észleltünk a téli időszakban. Az évszakos
változások felmérésének eredménye felvetette annak lehetőségét, hogy ez a
sajátos trend a Hosszú-Alsó-barlang jelenlétével és ennek önálló légkörzésével
magyarázható. Ezzel kapcsolatosan ezért a Szenthe-féle táróban is megvizsgáltuk
a radon viszonyokat. Az itt kapott mérési eredmények megerősítették fenti
feltételezésünket. Az így összeálló kép alapján úgy gondoljuk, hogy a magas
radon szintek szifonos helyeken történő keresése, ill. észlelése a keresett alsó
szintre történő lejutás lehetőségének felmérésére megbízható előrejelzést képes
adni.
Irodalom
[1] Hakl J., Hunyadi I. and Várhegyi A.: Radon monitoring in caves. In: Radon
measurements by etched track detectors. Applications in radiation protection,
Earth sciences and the environmental. Eds: S. A. Durrani, R. Ilic., World
Scientific Publishing Co., Singapore, 261-283.,1997.
[2] Dezső Z., A barlangi radon eredetének vizsgálata, II. Karsztfejlődés
Konferencia, Szombathely 2000. április 13-15.
[3] Hakl J., személyes közlés
[4] Végh Zs., személyes közlés
[5] Hakl J., Hunyadi I.,
Törőcsik I.: Radon measurements in the
Baradla cave. In: Conference on the karst and cave research activities of
educational and research institutions in Hungary. Jósvafő, 17-19 May 1991. Eds:
L. Zámbó, M.Veres. MKBT, Budapest, 109-115., 1993.
Ezt a munkát a Karszt és Barlang Alapítvány anyagilag is támogatta, amiért a szerzők ezúton is köszönetet mondanak.