Porovnání dynamiky oxidu uhličitého v krasových půdách a jeskyních

Bc. Matěj Hrdý

Master's thesis

Comparison of carbon dioxide dynamics in karst soils and caves

Abstract:

Práce je zaměřena na studium kapacity CO2 v krasových půdách na základě dynamických experimentů zahrnujících promývání půdních vrtů externím vzduchem na dvou vegetačně odlišných lokalitách v Moravském krasu a jejího srovnání s nárůstem koncentrace CO2 v atmosféře Amatérské jeskyně během jarního/letního období. Experimentální monitoring koncentrace CO2 v půdní atmosféře prokázal významně vyšší hodnoty dosahující téměř 6800 ppmv na lokalitě s luční vegetací (louka u Vilémovic) oproti lokalitě s lesní vegetací (Macošská plošina), kde koncentrace půdního CO2 dosahovala téměř 4700 ppmv. Na základě modelování naměřených nárůstů koncentrace CO2 pomocí dynamického modelu byla identifikována přítomnost artefaktů měření, souvisejících především s dlouhou časovou konstantou měřící sondy. Čerpací zkouška na lokalitě Macošská plošina umožnila kvantifikovat celkový hmotový tok CO2 z půd do jeskyně normalizovaný na plochu 1 m2, který odpovídal hodnotě 1,30 × 10-4 mol s-1 m-2. Srovnání tohoto toku s plochou Rozlehlé chodby v Amatérské jeskyni (~ 6000 m2) prokázalo dostatečnou kapacitu půd v nadloží (výsledný celkový tok CO2 z půd dosahoval hodnoty 0,78 mol s-1) pro nárůst koncentrace CO2 v atmosféře Rozlehlé chodby během jarního období až na letní maxima dosahující téměř 11000 ppmv. Hodnota celkového toku CO2 z půd také potvrdila nutnost advektivního transportu CO2 z půd/epikrasu do jeskyně pro nárůst koncentrace CO2 v jeskynní atmosféře během jarního obobí na běžné letní hodnoty.

Abstract:

The work is focused on the study of CO2 capacity in karst soils based on dynamic experiments covering washing of soil boreholes with external air at two locations with different vegetation in the Moravian Karst and its comparison with the increase of CO2 concentration in the atmosphere of Amatérská Cave during the spring/summer season. Experimental monitoring of the CO2 concentration in the soil atmosphere showed significantly higher values reaching almost 6800 ppmv in the location with meadow vegetation (meadow near Vilémovice village) compared to a location with forest vegetation (Macošská plateau), where the concentration of soil CO2 reached almost 4700 ppmv. Based on the modeling of the measured increases of CO2 concentration using a dynamic model, the presence of artifacts of measuring mainly related to the long-time constant of the measuring probe was identified. The pumping test at the Macošská plateau location allowed to quantify the total mass flow of CO2 from the soils into the cave normalized to an area of 1 m2, which corresponded to a value of 1.30 × 10-4 mol s-1 m-2. A comparison of this flow with the area of the Rozlehlá corridor in the Amatérská Cave (~ 6000 m2) demonstrated a sufficient capacity of the soils in the overburden (the resulting total CO2 flux from the soils reached a value of 0.78 mol s-1) for an increase in the CO2 concentration in the atmosphere of the Rozlehlá corridor during the spring season up to summer maxima reaching almost 11,000 ppmv. The value of the total CO2 flux from soils also confirmed the necessity of advective CO2 transport from soils/epikarst into the cave for an increase of CO2 concentration in the cave atmosphere during the spring season to the typical summer values.

Keywords

Amatérská jeskyně, dynamický model CO2, krasové půdy, oxid uhličitý, hmotový tok CO2, Amatérská Cave, dynamic model of CO2, karst soils, carbon dioxide, mass flux of CO2

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 5. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 16. 6. 2023
• Supervisor: Mgr. Marek Lang, Ph.D.
• Reader: doc. RNDr. Jindřich Štelcl, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Geoenvironmental risks and remediations / Geoenvironmental risks and remediations