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.