Oxid uhličitý v jeskyních a starých dolech

Václav Cílek, Vladimír Daněček

(Speleo 3; str.23—29; Praha 1990)

Úvod

Při listování starými zprávami o studnařích a kanálnících jsme překvapeni množstvím smrtelných otrav způsobených škodlivými plyny. Horníci na tom nebyli o mnoho lépe – i když nepočítáme metan – docházíme k překvapivě vysokému číslu mnoha desítek úmrtí od roku 1918.

Několikrát jsme byli svědky šťastného zakončení hrozící tragédie při své činnosti v průzkumu historického podzemí a máme vlastní nedobré zkušenosti. Jeden z autorů kdysi zalezl v Pamukkale v Turecku do něčeho, co vypadalo jako řícený závrt, ale bylo to vyschlé ústí minerálního pramene vyplněné CO₂. Naštěstí rychle pochopil, oč se jedná a vylezl. Druhý z autorů usnul v důlním díle se smrtelnou koncentrací CO a CO₂. Neobvyklou náhodou byl vzbuzen a tedy zachráněn. Kromě poznatku, že tato smrt může být velmi příjemná, si odnesl velký respekt ke škodlivým plynům – proto píšeme tento článek.

Při jeho psaní jsme čerpali kromě uvedené literatury ze zážitků jeskyňářů a zvláště kladenských záchranářů – dva z nich nedávno zahynuli na udušení CO₂. Partii o působení CO₂ na lidský organismus jsme si ověřovali tak, že dva jeskyňáři drželi za nohy hlavou dolů třetího, který nad vodní nádržkou s asi metrovou vrstvou škodlivého prostředí dýchal vzduch se 13 % CO₂ a sledoval, co to s ním udělá.

Koncentrace CO₂ v přírodě, jeskyních a štolách

Vzduch obsahuje okolo 0,03 % CO₂. Ve štolách a v jeskyních se běžně setkáváme s koncentracemi 0,3—1,0 % CO₂, a to dokonce ve velkých a dobře větraných prostorách. Předpisy pro šachtu povolují max. koncentraci 1 % CO₂ a krátkodobě 1,5 % CO₂. Jeskyňáři dokáží pracovat 2—5 hodin v prostředí se 4 a někdy i o trochu více % CO₂, ale nelze to plně doporučit, protože každý má svou individuální mez.

Krátkodobě, tj. na několik minut či půl hodiny, někteří lidé snesou 5—6 % CO₂, ale riziko je neúměrné, protože už při dalším malém zvýšení následují mdloby.

CO₂ je bezbarvý plyn bez jakéhokoliv zápachu. Je těžší než vzduch, takže se hromadí v nejnižších partiích jeskyň, kde vytváří plynová jezírka dobře známá ze Zbrašovských jeskyň. Základní mechanismus hromadění CO₂ v jeskyních je následující:

1) – Srážková voda prochází půdním pokryvem. V důsledku činnosti mikroorganismů je půdní vzduch až 100× nabohacen CO₂, ten se rozpouští ve vodě a společně prosakují úzkými puklinami do skalního masivu. Zároveň rozpouštějí vápenec a vytváří tak kras.
2) – Voda s rozpuštěným CO₂ vstupuje do krasové dutiny a uvolňuje oxid uhličitý, ten, protože je těžší, se hromadí dole, nejčastěji blízko vodní hladiny, anebo i v suché jeskyni.

Vždy dávejte dobrý pozor, blížíte-li se ve stísněných prostorách k malým vodním plochám, které tak trochu vypadají jako „mrtvá voda“, v jejich okolí nerostou krápníky a stěny jeví stopy koroze. Je to typické nebezpečné prostředí! Ještě víc nebezpečné jsou obyčejné studny a některá důlní díla.

Počasí a koncentrace CO₂

1) – Hlubinný či hydrotermální CO₂ je uvolňován z přírodních teplých pramenů. Známe jej zvláště ze Zbrašovských jeskyní, kde způsobil smrt jednoho z objevitelů. Zpráva z roku 1560 hovoří, že z jeskyň vyšel dým a jeden dělník zdechl. David Havlíček se domnívá, že hlubinného původu jsou zvýšené koncentrace CO₂ v některých propastech Dolného vrchu. Je to docela pravděpodobné, protože z blízkého okolí jsou známy termální prameny.
2) – CO₂ vznikající v důsledku tlení dřeva či listí. Instruktivní případ popisuje J. Otava ve Speleofóru 1990, kdy v jeskyni pod Lažáneckým závrtem č.17 jen díky rychlé reakci nezahynulo pár jeskyňářů. Jeskyně byla zamořena biogenním CO₂, který vznikl rozkladem velké hromady hnoje uskladněné blízko jeskyně.
3) – CO₂ vznikající hořením dřeva. William Halliday upozorňuje, že nejvíc jeskyňářů zahyne zadušením CO₂, když si v ústí jeskyně rozdělají ohníček, spokojeně se natáhnou do spacích pytlů, tím se octnou blízko země, kde je nejvíc CO₂ a už se nikdy neprobudí, protože jak jsme si řekli, ve spánku přichází smrt zadušením pozvolna a příjemně. Varujte děti a tuláky před rozděláváním ohňů v podzemních dutinách a bunkrech!
4) – CO₂ vznikající v důsledku střelmistrovských prací. Každá výbušina má charakteristiku, které se říká kyslíková bilance. Výbušiny používané na povrchu mívají zápornou kyslíkovou bilanci, protože mohou bez problémů spotřebovávat vzdušný, snadno nahraditelný kyslík. Výbušiny používané v dolech mají neutrální a někdy dokonce kladnou kyslíkovou bilanci, protože vzduch v dolech se hůře obnovuje. Je tedy důležité v jeskyních používat důlní trhaviny, a to čerstvé. Stárnutím trhavin se zhoršuje jejich vliv na ovzduší – produkují více oxidů dusíku a někdy i CO. V jeskyních se někdy osvědčuje zavěsit před nálož igelitový pytel naplněný vodou. Rozprášená voda pohltí část „dýmů“.

Příznaky dušení

Malé koncentrace okolo 1 % CO₂ paradoxně zlepšují dýchání a člověk se cítí lépe. Dech se prohlubuje a zrychluje. Při 3 % koncentraci CO₂ se činnost plic zdvojnásobí. V jeskyních, kde stále cosi přelézáme a někam se šplháme, si toho nevšimneme. Spíš si to uvědomí při speleoterapii astmatické děti, kterým již 0,5 % CO₂ v ovzduší jeskyně zlepší dech. Při 8 % a více následuje rychlá smrt.

Příznaky dušení jsou individuální. Nejvíc zrádné je to, že řada lidí upadá do bezvědomí, aniž by byla tělem varována na zvýšenou koncentraci CO₂. Prostě jdou, necítí žádné varovné příznaky a omdlí. Většina lidí sice cosi pociťuje, ale příznaky dušení jsou tak slabé, že jim nevěnuje pozornost.

Co tedy cítíme? Někdy štiplavou chuť na jazyku a v nose podobnou chuti sodovky. Jindy malátnost a únavu či pobolívání hlavy. Chceme si odpočinout. Usedneme, tím se dostaneme do zóny bohaté CO₂ a začíná drama. Najednou se nám špatně dýchá. Plíce pracují lépe než předtím, ale naprázdno. Snad nejlépe bychom stav při dušení i po něm mohli popsat jako „kocovinu“ (ostatně má s ní společné právě to odumírání mozkových buněk) – to znamená: je nám „divně“, špatně kontrolujeme pohyby, bolí hlava, nejraději bychom spali.

Hranice plynových jezírek vůči atmosféře bývá ostrá. S tím je spjaté další riziko: při náhlém nadechnutí atmosféry s 5 či více % CO₂ může dojít k okamžitému šoku a bezvědomí. Takto mohl skončit neandrtálec z Gánovců – po chůzi na čerstvém vzduchu se shýbl k minerálnímu pramenu vylučujícímu CO₂, aby se napil. Omdlel a zadusil se. Možná to však bylo jinak.

Význam pro archeologii

Zaměstnanci závodu Krušná Hora u Berouna existujícího na místě bývalého důlního provozu si stěžují, že na nádvoří někdy nalézají mrtvé ptáky a potkany. Za zhoršeného počasí totiž z šachty vystupuje atmosféra bohatá CO₂, což drobní savci (a málem také jistý jeskyňář z Týnčan) nemohou vydržet. Naštěstí i tento případ neskončil pro nás tragicky, ale dobře ilustruje, proč v některých travertinech jako byl ten gánovecký, nalézáme poměrně hojný kostní materiál.

Spolu s archeologem Václavem Matouškem se pak dobře shodneme, že rozdělat oheň v jeskyni tak, aby zůstala obyvatelná a děti si měli kde hrát, není jednoduchá záležitost. Snad proto byla obydlena nepatrná Děravá sluj na Kotýze v Českém krasu, protože měla přírodní komín. Kdybychom byli archeology a měli vykopat jeskyni, asi bychom si nejdříve udělali mikroklimatický rozbor situace, abychom získali představu, kde je možné rozdělat ohniště.

Význam pro karsologii

Pohyb CO₂ v jeskyni je důležitý z hlediska koroze. Oxid uhličitý se rozpouští ve vlhkém vzduchu, koroduje okolí vodních nádrží, ale také pravděpodobně může s vlhkým vzduchem stoupat ke stropu jeskyně, srážet se v podobě vodních kapek (s HCO₃) a korodovat stropy. Nepřekvapilo by nás, kdyby tímto mechanismem vznikala část obřích hrnců a možná i stropních koryt.

Dilema záchrance

Představme si, že v jeskyni se pohybuje skupina jeskyňářů. Jeden z nich se dostane do plynového jezírka a omdlí. Na šachtě se tato situace řeší následujícím způsobem: člověk, který nalezne omdlelého, se ho nepokouší zachránit, protože ví, že než by si ho v nebezpečné atmosféře naložil a odnesl, tak spotřebuje tolik kyslíku, že tam pravděpodobně zůstane také. Na místo nehody zavolá záchranáře, který má kyslíkový přístroj, ten, pokud se dostaví včas, nešťastníka zachrání.

V jeskyni nemáme kyslíkový přístroj, takže omdlelý by byl odsouzen k smrti. Pokusíme-li se ho zachránit, je dost pravděpodobné, že tam zůstaneme s ním. Co tedy dělat? Na tuto otázku se každý musí připravit sám. V každém případě by k omdlelému měl slézt jen jeden člověk, a pokud to jde, uvázat kolem něj provaz a snažit se ho vytáhnout z vyššího místa, kde je méně CO₂. V okamžiku, kdy dojde k nehodě, je už prostě pozdě. Zde je třeba věnovat se prevenci.

Nejjednodušším způsobem, jak změřit koncentraci CO₂ v jeskyni je prosávací detektor typu Universal 66.

Jak indikovat CO₂

Už jsme si řekli, že nejhorším indikátorem CO₂ je lidské tělo. Prostě ho většinou nerozeznáme. Druhým nejhorším indikátorem je karbidka (přesto pravděpodobně zachránila O. Šimíčkovi a Bostedovým život – viz Speleofórum 1990). Různé karbidky potřebují různé množství kyslíku k tomu, aby mohly hořet. Ze zahraničí známe případy, „kdy všichni jsou mrtví, ale karbidka hoří dál“.

Záchranáři nám dokonce rozmlouvají tak spolehlivý prostředek jako je svíčka, protože i těch je víc druhů. Obvykle zhasínají okolo 4 % CO₂. Viděl jsem tetínské jeskyňáře kopat v Martině po dobu několika hodin v prostředí, kdy se nepodařilo rozsvítit svíčku. Podobnou zkušenost má víc skupin a zatím – až na bolení hlavy – se nikomu nic nestalo. Zkusili jsme si to už nejednou sami, ale velmi neradi bychom to někomu doporučovali. Ovšem do důlního díla, kde koncentrace CO₂ bývají obecně vyšší než v jeskyních, bychom za podobných okolností nevlezli.

Elegantním indikátorem jsou trubičky na CO₂, které se občas daří sehnat na šachtě. Jsou spolehlivé, zvláště při nižších koncentracích. Přístroj je malý a lehký. Neměl by scházet ve výzbroji jeskyňářských skupin, zvláště zabývají-li se historickým podzemím. Složitějšími a dražšími indikátory jsou interferometry, které nalezneme na každé šachtě.

Umělé větrání

Jsme v situaci, kdy potřebujeme vykopat hlubokou sondu ve dně závrtu, ale při dnu sondy se nám stále drží CO₂. Co dělat? Především můžeme počkat na zimu a zkusit, zda koncentrace neklesne. Další možností je nahlédnout do Agricolových „Dvanácti knih o hornictví a hutnictví“, kde je popis různých větracích mechanismů starých šachet.

Luboš Med svého času vyzkoušel jednoduchý a úspěšný způsob větrání používaný studnaři. Do sondy spouští okapovou rouru, kterou dole vzepře o kámen. Pod trubku položí rozsvícenou karbidku. Chvíli to trvá, než se vzduch ohřeje, pak stoupá nahoru jako komínem a dolů proudí čerstvý vzduch seshora. Ze stejného důvodu rozdělávali staří studnaři na dně šachtice malý ohýnek. Dnes by jej snadno nahradil plynový vařič, ale varianta s trubkou je elegantnější.

Ze starých popisů známe i další řešení: jsou jimi kamna umístěná na povrchu, která však mají nasávání dole vyvedené trubkou. V Severních Čechách na uhelných šachtách se údajně jáma dělila mezistěnou na široké těžní oddělení a asi půl metru široké větrání, které fungovalo zcela automaticky rozdílnými vlastnostmi obou průřezů.

Závěr

Oxid uhličitý je nebezpečný, bezbarvý a lidským tělem obtížně postižitelný plyn, který se hromadí zejména v nejnižších částech jeskyní a štol. Zvlášť nebezpečné je okolí malých vodních nádrží. Člověk si většinou neuvědomí jeho zvýšenou koncentraci, omdlí a umírá. Z tohoto důvodu je nutné provádět jeho detekci nejlépe prosávacím detektorem.

Literatura:

Ministerstvo zdravotnictví ČSR (1985): Hygienické předpisy. – Svazek 58/1985, ON 440001. Praha.
Kolektiv (1986): Důlní plyny 2. – Hlavní báňská záchranná stanice Ostrava: 1—46. Ostrava-Radvanice.
Halliday W.R. (1984): American Caves and Caving. – HarperCollins Publishers: 1—348 (76—80). USA, New York.
Chromý J. (1927): Zbrašovské aragonitové jeskyně. – In: Sedláček A.: Hranice a lázně Teplice se Zbrašovskými krápníkovými jeskyněmi: 11—19. Spolek pro udržování krápníkových jeskyní v Hranicích. Hranice.
Kašpar J. (1943): Plynová jezírka CO₂ ve Zbrašovských jeskyních. – Věda přírodní, 22/2: 29—34. Praha.
Panoš V. (1953): Hranický kras a reservace Hůrka. – Československý kras, 6/6—7: 136—142. Brno.
Otava J. (1990): Oxid uhličitý v jeskyních. – Speleofórum, 9 ('90): 64—65. Brno.