Aerosol v atmosféře krasové jeskyně

Mgr. Roman Ličbinský, Ph.D.

Doctoral thesis

Aerosol in karst cave atmosphere

Abstract:

Jeskynní aerosol byl studován v prostředí Císařské jeskyně. Cílem práce bylo zjistit elementární složení aerosolových nanočásticv krasové jeskyni, která se standardně používá pro speleoterapii. Dalším cílem bylo prozkoumat vliv ventilace jeskyně a přítomnosti člověka na koncentraci a složení částic. Císařská jeskyně je od roku 1997 využívána pro účely speleoterapie Dětskou léčebnou se speleoterapií v Ostrově u Macochy. Jeskyně je formována v devonských vápencích (Vilémovické vápence) Macošského souvrství v hloubce 15–35 m pod povrchem. Povrch nad jeskyní je pokrytý jehličnatým lesem (nepůvodní borovice a smrky) s nízkým podrostem a loukami. Celková délka jeskyně je cca 250 m, celkový objem vzduchu byl odhadnut na cca 11 500 m3. Jeskyně je s povrchem spojena dvěma vchody nacházejícími se v nadmořské výšce 460 m n m (dolní vchod), resp. 470 m n m. (horní vchod). Dva vchody v různých nadmořských výškách způsobují dynamickou cirkulaci vzduchu, která je závislá na rozdílu teplot uvnitř a vně jeskyně. Každý z vchodů je uzavřen ocelovými dveřmi, ve kterých je umístěno větrací okénko. Okénko ve dveřích horního vchodu sloužilo během měřicích kampaních k regulaci cirkulace vzduchu v jeskyni: otevřené okénko umožnilo plnou ventilaci jeskyně, zatímco zavřené okénko ventilaci omezilo. Měření a vzorkování v jeskyni proběhlo v období od 24. srpna do 29. září 2016 a bylo rozděleno do dvou kampaní. První probíhala při omezené ventilaci jeskyně, zatímco druhá probíhala při plné ventilaci jeskyně. Měření početních koncentrací aerosolu a sběr jeho různých velikostních frakcí pro analýzu byly realizovány v Nagelově dómu (prostor v suché části jeskyně), který je v rámci speleoterapie využíván jako tělocvična. Jeho podlaha původně tvořená jeskynními sedimenty byla při úpravách jeskyně pokryta štěrkem z vápence. Sběr vzorků aerosolu ve frakci PM10 (částice aerodynamickým průměrem < 10 µm) pro určení hmotnostních koncentrací a analýzu byl realizován po stejnou dobu v jeskynní chodbě u spodního vchodu (před zatopenou částí jeskyně tzv. Hlubokým jezerem), kudy se prochází hlouběji do jeskyně po betonovém chodníku. Srovnávací měření hmotnostních koncentrací částic frakce PM10 (vč. stanovení obsahů prvků) proběhlo v období od 1. září do 29. září 2016 ve venkovní atmosféře poblíž budovy Dětského sanatoria se speleoterapií v Ostrově u Macochy (vzdálenost cca 1 km od jeskyně). K odběrům vzorků aerosolu byly využity dva typy přístrojů, a sice sekvenční vzorkovač Sven Leckel SEQ 47/50 (Sven Leckel Ingenieurbüro GmbH, Německo) a kaskádový impaktor ELPI+ (Dekati Ltd., Finsko). Odebrané frakce byly mineralizovány společně se sadou slepých vzorků a standardního referenčního materiálu za použití tlakového mikrovlnného rozkladu v kyselině v systému mikrovlnného rozkladu UltraCLAVE III® (MLS GmbH, Leutkirch, Germany). Stanovení koncentrací prvků bylo realizováno na přístroji Agilent 8800 triple quadrupole ICPMS/MS (8800 ICP-QQQ, Agilent Technologies, Waldbronn, Germany). Morfologie částic byla posouzena s využitím elektronového skenovacího mikroskopu VEGA TS 5136 LSU (Tescan, Česká republika) s energiově – disperzním rentgenovým detektorem (Quantax X – Flash 6/10, Bruker nano, Německo) pro stanovení obsahů prvků. Velikostní distribuce částic v obou ventilačních režimech vykazovala dvě maxima: jedno naprosto dominantní pro velikost 6 nm a druhé maximum pro velikosti 100 až 300 nm. Složení jednotlivých velikostních frakcí aerosolů bylo rozdílné a měnilo se jak s velikostí částic, tak s ventilací jeskyně. Podle koncentrací ve frakcích byly rozlišeny tři skupiny prvků: majoritní s koncentracemi vyššími než 100 ng m-3, minoritní

Abstract:

s koncentracemi mezi 1 až 100 ng m-3 a stopové resp. ultrastopové prvky o koncentracích pod 1 ng m-3. Jako majoritní byly identifikovány prvky běžných horninotvorných minerálů, konkrétně Na, Mg, Fe, Al, Ca, a K. Kromě těchto prvků byla do této skupiny zařazena i S. Minoritní prvky představovaly běžné kovy (Mn, Cu, Zn, Sr, nebo Ba) společně s těžkými kovy jako jsou Cr, Ni, případně některé další prvky (P, Sb). Stopové/ultrastopové prvky představovaly těžké kovy, jako jsou Pb, V, Co, Mo, Ag, Cd, Sn, W, Tl, Bi, nebo U a další prvky jako Li, Ga, Rb, As, Se, nebo Te. Stejné skupiny prvků byly definovány také ve frakci PM10, i když byly některé prvky podle koncentrací zařazeny do jiné skupiny (K, Na a Mg se z majoritních prvků přesunuly do prvků minoritních, Pb se naopak ze stopových přesunulo do minoritních prvků). Prvky s nejzávažnějšími dopady na zdraví člověka klasifikované Mezinárodní agenturou pro výzkum rakoviny (International Agency for Research on Cancer – IARC) jako lidské karcinogeny a jako pravděpodobné karcinogeny patřily ke stopovým popř. minoritním prvkům (s koncentracemi v jednotkách ng m-3). Částice menší než 10 nm (částice nukleačního módu) dominovaly z pohledu početních koncentrací při obou ventilačních režimech jeskyně. V rámci práce nebylo možné určit složení těchto částic z důvodu omezení použitého kaskádového impaktoru (ELPI+), který neumožňuje odběry vzorků takto malých aerosolových částic. Nicméně jejich složení bylo odhadnuto ze složení částic Aitkenova módu (částice o velikosti mezi 10 až 100 nm), které vznikají, kromě jiného, kondenzačním růstem částic nukleačního módu a jejich složení by tak mělo být velmi podobné. V prostředí Císařské jeskyně vznikaly pravděpodobně nukleací z plynů vstupujících do vnitřního prostředí jeskyně z vnějšího ovzduší (pravděpodobně z oxidů síry a síranu amonného). Částice bohaté na vápník mohly vznikat dispergací skapových vod. Složení frakce aerosolových částic ve velikostním rozsahu 10 – 100 nm (částice Aitkenova módu) se lišilo při různých ventilačních režimech. Při omezené ventilaci obsahovaly částice této frakce z majoritních prvků S, Na, Ca, Al a Fe, z minoritních prvků P, Mn, Cr, Ni, Cu a ze stopových prvků Co, Mo, Cd, Sn a Pb. Naopak při plné ventilaci neobsahovaly nejmenší frakce částic v rozměrech od 15.1 do 29.4 nm téměř žádnou S a Ca a hlavními komponenty byly Fe, Cr, Mg a Ni. Frakce částic s rozměry 53.9 nm až 95.2 nm pak již obsahovaly rovněž majoritní prvky S, Ca, Fe a z minoritních prvků Cr a Mg. Při omezené ventilaci pravděpodobně vstupuje z vnějšího ovzduší hlouběji do jeskyně pouze omezené množství částic. Částice pravděpodobně vznikají v tomto režimu ventilace přímo v jeskyni kondenzačním růstem částic nukleačního módu a jejich vzájemnou koagulací, což indikují vyšší obsahy S. Při plné ventilaci, kdy je proudění vzduchu rychlejší, se pak do prostor Nagelova dómu dostává větší množství částic přímo z vnějšího ovzduší, což indikuje pestřejší složení těchto částic s vyšším obsahem prvků, jejichž zdroj je prokazatelně mimo jeskyni. Ke složení částic Aitkenova módu pravděpodobně přispívá rovněž disperze skapových vod s relativně vysokým obsahem vápníku. V případě frakcí částic o velikosti od 100 do 1000 nm (částice akumulačního módu) se na složení podílely zejména majoritní prvky S a Ca, v menších koncentracích pak rovněž Al a Fe, z minoritních prvků zejména P, Zn, Mn a ze stopových prvků Ni a Co. Téměř výhradně v rámci této velikostní frakce byly identifikovány rizikové prvky jako Cr, As, Mo, Cd, a Pb. Na základě pestrého složení lze předpokládat lze předpokládat několik možných zdrojů. Při plné ventilaci to byl nejspíše přímý vstup částic z vnějšího ovzduší do jeskyně, což indikují obsahy prvků jako je Ni, Cr, Zn a Pb, jejichž zdroj v jeskyni není pravděpodobný. Vyšší obsahy síry u části s rozměry do 379 nm mohou být vysvětleny koagulací menších částic Aitkenova módu zejména při omezené ventilaci jeskyně nebo přímým vstupem částic z vnějšího prostředí při plné ventilaci. Vyšší obsahy Ca u částic s rozměry nad 379 nm jsou způsobeny buď vstupem těchto částic přímo z vnější atmosféry nebo dispergací částic vzniklých otěrem materiálu na podlaze jeskyně při aktivitách dětských pacientů v rámci speleoterapie, a/nebo vznikem aerosolů disperzí skapové vody (v případě menších částice akumulačního módu), či dalším růstem menších částic tohoto složení. Část větších částic může být také vnesena do jeskyně pacienty, které se v jeskyni uvolní z jejich oblečení při pohybových aktivitách v rámci speleoterapie. Složení frakcí částic s průměrem větším než 1000 nm (hrubé částice) – zcela dominantí podíl majoritních prvků konkrétně prvků zemské kůry (Ca, Al, Mg, Fe a Na) a zvýšené početní koncentrace v době přítomnosti pacientů v jeskyni indikují jako hlavní zdroj mechanickou abrazi podlahy jeskyně při pohybových aktivitách pacientů. Dalším zdrojem může být resuspenze již deponovaných částic při pohybových aktivitách, a/nebo uvolňování částic z oblečení pacientů, na kterém byly vneseny do jeskyně. Vzhledem k velikosti těchto částic se nepředpokládá jejich přímý vstup do jeskyně, resp. do prostorů Nagelova dómu z vnějšího prostředí ventilací. Ze srovnání hmotnostních koncentrací velikostní frakce PM10 v jeskyni a ve vnější atmosféře vyplývá, že ve 12 dnech byla naměřena vyšší koncentrace PM10 v prostředí jeskyně a 14x byla koncentrace vyšší ve vnějším ovzduší. Z výše uvedených 12 dní tomu bylo v 10 případech v přítomnosti osob uvnitř jeskyně. Průměrná koncentrace PM10 stanovená za celou dobu měření v prostředí jeskyně 17.4 µg m-3 překvapivě převyšovala koncentraci ve vnějším ovzduší (15.3 µg m-3). Pokud byly do výpočtu průměrné koncentrace PM10 v jeskyni zahrnuty pouze dny bez přítomnosti pacientů, pak byla průměrná koncentrace PM10 v jeskyni pouze 7.6 µg m-3, tedy výrazně nižší než ve venkovní atmosféře. Podobné výsledky vykazovaly koncentrace Ca a dalších prvků běžných horninotvorných minerálů. Koncentrace Ca byla ve 13 dnech vyšší v jeskyni než ve vnějším ovzduší, a to v některých dnech až řádově, a bylo tomu tak výhradně v přítomnosti pacientů v jeskyni s výjimkou dvou dnů, které následovaly po naměřených extrémně vysokých koncentracích uvnitř jeskyně. Srovnání průměrných koncentrací stanovených za celou dobu řešení prokázalo řádově vyšší koncentrace Ca v prostředí jeskyně než ve vnějším ovzduší (3 707 ng m-3 vs. 249 ng m-3). Pokud ale byly zahrnuty pouze dny bez přítomnosti osob, pak byly koncentrace v jeskyni více než 3x nižší než ve vnějším ovzduší (77 ng m-3 vs. 231 ng m-3). Podobné trendy ve srovnání průměrných denních koncentrací jako v případě Ca byly pozorovány i pro další prvky běžných horninotvorných minerálů (K, Mg) a dalších prvků zemské kůry (Ba, P, Rb), naměřených jak v majoritních, tak minoritních i stopových koncentracích, i když rozdíly nebyly zdaleka tak výrazné a vyšší koncentrace v jeskyni nebyly naměřeny v tolika případech. Částice PM10 obsahující tyto prvky tak s největší pravděpodobností buď (1) vznikají přímo v jeskyni resuspenzí částic již deponovaných na povrchu podlahy nebo v přípovrchové vrstvě vzduchu, obrusem betonového chodníku, nebo obrusem vápencových klastů (štěrku) na podlaze aktivitami pacientů, nebo (2) jsou do prostředí jeskyně vneseny na oblečení pacientů. Všechny tyto procesy působí s největší pravděpodobností společně a nelze je od sebe rozlišit. Na koncentracích PM10 v jeskyni bez návštěvníků má bezesporu určitý podíl aerosol přinesený ventilací zvenčí. Ze srovnání průměrných denních koncentrací rizikových prvků a těžkých kovů stanovených v jeskynní atmosféře a vně jeskyně naopak vyplývá, že koncentrace těchto prvků byly vyšší ve vnějším ovzduší po celou dobu měření, přičemž průběhy koncentrací vně i uvnitř vykazují velmi podobný vývoj. To indikuje přímý vstup částic tvořených těmito prvky z vnějšího ovzduší do jeskyně. Stejný mechanismus je indikován vývojem průměrných denních koncentrací S v PM10. Detailní charakteristice aerosolů v jeskynní atmosféře byla doposud věnována spíše okrajová pozornost. Velmi málo informací bylo dostupných zejména o složení aerosolových částic o průměru desítek až stovek nanometrů, ačkoliv tyto informace mohou být velmi důležité pro lepší pochopení terapeutických účinků jeskynního prostředí při speleoterapii. Studie prokázala, že přítomnost člověka v prostředí jeskyně má zcela zásadní vliv na složení i koncentrace aerosolových částic s aerodynamickým průměrem větším než 900 nm, potažmo částic frakce PM10. Složení a početní koncentrace částic menších než 1 µm ovlivňovaly dominantně jiné procesy, a to nukleace, kondenzace a koagulace v případě částic obsahujících zejména síru, dispergace skapové vody v případě částic obsahujících vápník a ventilace v případě částic obsahujících těžké kovy a rizikové prvky. Předložená práce představuje první studii prvkového složení nanočástic v prostředí speleoterapeutické jeskyně.

Abstract:

Aerosol particles were studied in the Císařská Cave. The aim of the study was to find out elemental composition of aerosol particles in the karst cave that is used for speleotherapy. Another goal was to investigate the effect of cave ventilation and human presence on the concentration and composition of aerosol particles. The Císařská cave has been used since 1997 for speleotherapy of children by the Children Sanatorium with Speleotherapy in Ostrov u Macochy. The cave is formed of Devonian limestones (Vilemovice limestone) of the Macocha formation at depth of 15 – 35 m below surface. The surface above the cave is covered by coniferous forest (non-native pines and spruces, with low underbrush) and meadows. The length of the cave is approximately 250 m. The total volume of the cave was estimated to be about 11,500 m3. The Císařská Cave is connected to the surface by two entrances at different altitudes (the lower entrance at 460 m above sea level (a.s.l.) and the upper entrance at 470 m a.s.l.). These two main entrances in different altitudes cause dynamic air circulation that is dependent on difference of temperatures inside and outside the cave. Both entrances are closed with steel doors with small windows. The window in the door of the upper entrance was used to control cave ventilation (an opened window allows full cave ventilation, whereas a closed window ensures reduced ventilation). Measurements and aerosol sampling in the Císařská Cave were carried out during the period from 24th August to 29th September 2016 and was divided into two campaigns. The first one was conducted during reduced cave ventilation, while the second one was performed during full cave ventilation. Number concentration measurements and sampling of separate aerosol fractions for analyses were performed in the Nagel Dome chamber (the largest space in the dry part of the cave) that is used as a gym for physical activities of patients taking speleotherapy. Its floor originally formed of cave sediments was covered with limestone gravel during the cave modifications. Sampling of aerosol particles with aerodynamic diameter smaller than 10 µm (PM10) to determine the mass concentration and composition was performed within the same period in the corridor behind the lower entrance (in front of the flooded part of the cave so-called Hluboké lake). Through this corridor, patients walk deeper into the cave on a concrete pathway. For comparison, mass concentration measurements of PM10 aerosol fraction (including elemental analyses) were performed during the period from 1st September to 29th September 2016 in the ambient environment next to the building of the Children Sanatorium with Speleothery in Ostrov u Macochy (approx. 1 km from the Císařská Cave). Two different types of devices were used for aerosol sampling - medium volume sequential samplers (SEQ 47/50, Sven Leckel Ingenieurbuero GmbH, Germany) and electrical low-pressure impactor (ELPI+, Dekati Ltd., Finland). Sampled particle fractions were mineralized along with a set of blank filters and the standard reference material using a pressurized microwave assisted acid digestion (UltraCLAVE III®, MLS GmbH, Leutkirch, Germany). The multi-element measurement was performed on an Agilent 8800 triple quadrupole ICPMS/MS (8800 ICP-QQQ, Agilent Technologies, Waldbronn, Germany). Aerosol particle morphology was assessed by using scanning electron microscope VEGA TS 5136 LSU (Tescan, Czech Republic) and chemical analysis of separate particles was performed by coupled energy dispersive X-ray detector (Quantax X – Flash 6/10, Bruker nano, Germany). Particle size distribution showed two maxims; the dominant first one for particles of 6 nm and the second one for particles with diameters between 100 nm and 300 nm. Composition of separate aerosol particle fractions was different and changed both with particle diameter and cave ventilation regime (measuring campaigns). Three groups of elements were identi

Abstract:

fied based on element concentration in particles: major elements in concentrations higher than 100 ng m-3, minor elements in concentration range between 1 and 100 ng m-3 and trace resp. ultra-trace elements in concentrations below 1 ng m-3. Elements of common rock forming minerals (Na, Mg, Fe, Al, Ca, K) and sulfur were detected as major elements. Common metals (Mn, Cu, Zn, Sr, Ba) together with heavy metals (Cr, Ni) and other elements (P, Sb) were detected as minor elements. Heavy metals Pb, V, Co, Mo, Ag, Cd, Sn, W, Tl, Bi and U and other elements such as Li, Ga, Rb, As, Se and Te were detected as trace / ultra-trace elements. The same groups of elements were defined for PM10 aerosol particles fraction; however, some elements were moved to different group of elements. K, Na and Mg were moved from major elements to minor elements. Pb was moved, on the contrary, from trace elements to minor elements. The elements with the most serious effects on human health classified by the International Agency for Research on Cancer (IARC) as human carcinogens and as probable carcinogens were detected as trace or minor elements (with concentrations in first ng m-3). Particles smaller than 10 nm (nucleation mode particles) were dominant in the particle number concentration measurements in both cave ventilation regimes. These particles were not analysed due to the limitations of the used cascade impactor (ELPI+) which does not allow sampling of such small particles. Nevertheless, their composition inside the cave was deduced/estimated from the composition of Aitken mode particles (particles between 10 –100 nm), which originate inter alia by a condensational growth of the nucleation mode particles. In the Císařská Cave, these particles originated probably by nucleation of gasses entering the cave from the outside atmosphere (probably of sulfur oxides and ammonium sulfate). Calcium-rich particles could originate by dispersion of drip water. Composition of the particle size fractions between 10 – 100 nm (Aitken mode particles) was different at diverse cave ventilation regimes. At reduced ventilation, particles in these size fractions contained major elements such as S, Na, Ca, Al a Fe, minor elements such as P, Mn, Cr, Ni, Cu and trace elements such as Co, Mo, Cd, Sn a Pb. On the contrary, at full ventilation, the smallest particles in 15.1 and 29.4 nm fractions did not contain S and Ca and main components were Fe, Cr, Mg a Ni. Particle fractions 53.9 nm and 95.2 nm contained major elements S, Ca and Fe and minor elements Cr and Mg. At reduced ventilation, only a limited number of particles entered deeper passages of the cave. Particles probably originated in this ventilation regime inside the cave by the condensation growth of nucleation mode particles and their mutual coagulation that is indicated with higher sulphur content. At full ventilation, when air flow is higher, more particles entered Nagel Dome chamber that is indicated with more varied particle composition with higher content of elements, the source of which is demonstrably outside the cave. Drip water dispersion probably contributes to calcium-rich Aitken mode particles concentrtions as well. Major elements such as S and Ca (in lower concentrations Al and Fe as well), minor elements P, Zn and Mn and trace elements Ni and Co mainly (among the elements in defined groups) participated in composition of particle fractions between 100 and 1000 nm (accumulation mode particles). Several sources are assumed based on varied composition. At full ventilation, particles directly enter the cave from outside atmosphere that is indicated with content of elements with sources outside the cave such as Ni, Cr, Zn and Pb. The higher S contents in the particles with diameter up to 379 nm can be explained by the coagulation of smaller Aitken mode particles, especially at limited cave ventilation or their direct input from the outside atmosphere at full ventilation. The higher Ca content in the particles larger than 379 nm was caused either by direct input of particles from the outside atmosphere or by mechanical abrasion of the cave floor material during children patients’ taking speleotherapeuty and / or by drip water dispersion (smaller accumulation mode particles) or by growth of smaller particles of this composition. A certain amount may be introduced into the cave by patients and released from their clothes under physical activities during speleotherapy. Particles with diameters larger than 1000 nm (coarse mode particles) contained completely dominant share of major elements resp. earth crust elements (Ca, Al, Fe, Mg, and Na).This together with increased number concentrations during patients’ presence in the cave indicate mechanical abrasion of the cave floor during physical activities of patients’ taking speleotherapy. Other sources could be resuspension of deposited particles during patients’ physical activities and /or release of particles from patients’ clothes. Direct input into the Nagel Dome chamber by cave ventilation from the outside atmosphere was not assumed due to the particle size. Comparison of PM10 mass concentrations inside the cave and in outside atmosphere showed that a higher PM10 concentration was measured inside the cave on 12 days and 14 times was the concentration higher in the outside atmosphere. However, in 10 days when the concentration was higher inside the cave (from 12 days), there were patients inside the cave. The average PM10 mass concentration determined for the whole period of measurements was 17.4 µg m-3 inside the cave and was surprisingly higher than in the ambient air (15.3 µg m-3). If only days when children patients were not present during speleotherapy in the cave were included in the calculation, the average concentration of PM10 in the cave was only 7.6 µg m-3 thus significantly lower than in ambient air. The similar results were found for calcium and other elements of common rock forming minerals. Ca concentration in PM10 was higher inside the cave than in the outside atmosphere on 13 days (orders of magnitude higher in some days). It was solely on the days when there were children patients inside the cave, except for two days, which, however, followed the measured extremely high concentrations inside the cave. Order of magnitude higher average Ca concentration inside the cave than in outside atmosphere was determined (3 707 ng m-3 vs. 249 ng m-3). However, if only days when speleotherapy did not take place in the cave were included, then the average concentration in the cave was more than 3 times lower than in the ambient air (77 ng m-3 vs. 231 ng m-3). Similar trends were observed for other elements of common rock forming minerals (K, Mg) and other Earth’s crust elements (Ba, P, Rb) detected at major, minor and trace concentration levels. Although differences were not so significant and higher concentrations inside the cave were not measured in so many cases. PM10 aerosol particles containing these elements thus probably originated (1) inside the cave by resuspension of particles deposited on the cave floor or in subsurface air layer, by abrasion of concrete pathway, or limestone gravel on the floor during patients’ activities (2) and / or are introduced from the outside adhered on patient clothes. All these processes probably work together and could not be separated. Undoubtedly, the aerosol brought by ventilation has a certain share in the concentrations of particles in the cave without visitors. On the contrary, a comparison of the average daily concentrations of risk elements and heavy metals detected in the cave atmosphere and outside the cave shows that the concentrations of these elements were higher in the ambient air throughout the measurement, with the similar development of concentrations trends inside and outside. This indicates the direct introduction of particles formed by these elements from the outside air into the cave. The same mechanism is indicated by the development of average daily S concentrations in PM10. To this date, only little attention was paid to find detailed characteristics of aerosols in cave environments. Especially, a little is known about the composition of the aerosol particles of tens to hundred nanometers in diameter, although this information may be very important for a better understanding of the therapeutic effects of the cave environment in speleotherapy. The study showed that the presence of humans in the cave environment has a fundamental effect on the composition and concentration of aerosol particles with an aerodynamic diameter larger than 900 nm and aerosol particles of the PM10 fraction. The composition and number concentrations of particles smaller than 1 µm were predominantly influenced by other processes, namely nucleation, condensation and coagulation in the case of particles containing mainly S and dispersion of drip water in the case of particles containing Ca and ventilation in the case of particles containing heavy metals and risk elements. The presented work represents the first study of the elemental composition of nanoparticles in the environment of a karst cave used for speleotherapy.

Keywords

aerosol, jeskyně, ultrajemné částice, speleoterapie, složení aerosolů, prvkové složení, početní koncentrace, velikostní distribuce, kaskádový impaktor, ICPMS/MS ultrafine particles, speleotherapy, cave aerosol composition, elemental composition, particle number concentration, particle size distribution, cascade impactor, ICPMS/MS

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 10. 6. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 3. 9. 2020
• Supervisor: doc. Ing. Jiří Faimon, Dr.
• Reader: RNDr. Pavel Mikuška, CSc., doc. RNDr. Josef Zeman, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Geology / Applied and Environmental Geology