Egészségtudományi Közlemények, 1. füzet, 1. szám (2011), 35 41. HAZAI BARLANGOK BIOKLIMATOLÓGIAI JELLEGZETESSÉGEI JUHÁSZ ELEONÓRA 1, DR. BARKAI LÁSZLÓ 2 Összefoglaló: A kőzet, a víz és a morfostruktúra ad karaktert annak a barlangi térnek, amely az ember szempontjából erősen körülhatárolt, ugyanakkor egyre sokoldalúbban kihasznált. Minden barlang maga készíti el a rá genetikusan jellemző levegőjét. Munkánk a magyarországi gyógyítás céljába állított két barlang klimatológiai összehasonlításának bemutatásával, hasonlatosságot keres városunk két barlangjával. Továbbá újszerű részletességgel tárja a gyógyászat szakemberei elé a barlangi klímaelemek változékonyságát és az azokat befolyásoló tényezőket. Kulcsszavak: gyógybarlang, bioklimatológia, közérzeti index, barlangtípus, barlangi levegő Bevezetés A barlangok olyan természetes földalatti üregrendszerek, amelyeknek sajátos topoklímáját számos meteorológia paraméterrel jellemezhetünk. A bennük zajló légköri folyamatoknak meghatározott tendenciával karaktert szab a kőzet, a víz, a morfostruktúra is. Ezek együtteseként értelmezhető az a tér, amely az ember szempontjából erősen körülhatárolt, ugyanakkor egyre sokoldalúbban kihasznált. A szpeleo-meteorológiai transzformálódás azon folyamat, melynek során a legkülönbözőbb fizikai állapotú felszíni légtömegek, stabilis fizikai állapotú barlangi levegővé alakulnak át, s melynek kiváltója a barlangi szubsztrátum hatásának érvényesülése. Azaz minden barlang maga készíti el a rá genetikusan jellemző levegőjét. Ezen levegő belélegzése igazoltan számos gyógyhatással bír, melyet a kezelések során felhasznál a szpeleoterápia. A magyarországi gyógyítás céljába állított barlangok, két barlangtípusnak felelnek meg. Ezek közül kettőnek, az Abaligeticseppkőbarlangnak és a Tapolcai-tavasbarlangnak a klimatológiai összehasonlítása ismert. [1] Ezen elemzés indította el gondolatainkat, miszerint ezen értékelések, közelebb vihetnek minket azon párhuzam bemutatására, mely városunk két barlangjával állítható fel. Vajon mutat klimatológiai hasonlóságot a lillafüredi Istvánbarlang, mint hűvös karsztbarlang a fent említett korábbival és a miskolctapolcai barlangfürdő Tavas-barlangja, mint tavasbarlang, a vizsgálati másodikkal? Az öszszehasonlításunk csupán egy elméleti felvetés. Hiszen kérdésünkre nyilvánvalóan a választ, mindkét helyszín részletes klimatológiai vizsgálata és azok elemzése fogja megadni. 1 Miskolci Egyetem Egészségügyi Kar, Fizioterápiás Tanszék 2 Miskolci Egyetem Egészségügyi Kar
36 Juhász Barkai Célunk hogy bemutassuk, miszerint ezen barlangok földrajzi közelsége és klimatológiai különbözősége nem csupán a természettudományos szakemberek számára vet fel izgalmas kutatási lehetőségeket, hanem az egészségtudományok területeivel foglalkozóknak is nyújtja azokat. A lillafüredi István-barlang terápiás felhasználása folyamatos. A barlangfürdő szpeleoterápiai gyógyhatásának bizonyítása remélhetően a közeljövőben megindul. Ezen átfogó tudományos feltárás jól példázhatja majd, az egyes szakterületek részeredményeinek közös feldolgozásának időszerűségét. Statisztikai elemzésekre van szükség ahhoz, hogy a lényegi összefüggések feltáruljanak, hogy megállapíthatók legyenek általános érvényű összefüggések a különböző barlangtípusokra [1]. Így lehetséges csupán a barlangnak, mint sajátos fölalatti térnek a mikroklíma-viszonyait megérteni és az egyes elemek egymáson keresztül érvényesülő hatásait kimutatni. Barlangi tipizálás hazai példákon keresztül W. Gressel (1958) a korábbi hőmérsékleti faktorokon nyugvó felosztás helyett a dinamikai szempont szerintit javasolja. E szerint a barlangok három fő csoportja különböztethető meg: Dinamikus barlangok, amelyek két vagy több nyíláson keresztül kapcsolatban vannak a külvilággal. Sztatikus barlangok, amelyeknek csak egy bejáratuk van. Sztatodinamikus barlangok, amelyek a dinamikus barlangokhoz hasonlóan, több nyílással állnak kapcsolatban az atmoszférával, de olyan elzárt oldaltermeik vannak, amelyek a barlangi szellőzéstől egyáltalán nem, vagy csak részben befolyásoltak. (A termálbarlangokat a szerző különleges barlangfajtáknak tekinti. Hőmérsékleti viszonyaikat a keresztülfolyó termálvíz erősen befolyásolja, lehetnek dinamikusak és sztatikusak is egyaránt.) A barlangok klímáját energiaforgalmuk határozza meg. A különböző barlangokra jellemző sajátos energiamérleget a felszín és a barlang közötti energiacserék alakítják ki. Ebben a folyamatban szerepe van az adott tájra jellemző felszíni éghajlati viszonyoknak, a barlang kifejlődésének eredményeként létrejött morfostruktúrának, a barlangot magába foglaló szilárd kőzetréteg geopotenciális energiáinak, valamint a barlang légáramlási rendszerének. A barlangok bioklimatikus viszonyainak rendszere az ott tartózkodó ember közérzetének objektív leírásán alapszik. Az osztályozás történhet a biológiai hőmérséklet, mely különböző hatások eredője és erőteljesen befolyásolja a közérzetet, alapján. Ismeretes a Linke-féle érzet hőmérséklet, ám alkalmazhatóbb a Bradke-féle közérzeti index. Ez utóbbi magába foglalja a környezet hőmérsékletét, a nedvességi viszonyait és a légáramlást. Így az index alapján valamennyi barlang közérzeti zónába illeszthető. A melegérzetet keltő barlangtípusra (Bi>5) jellemző a magas hőmérséklet és páratartalom, a légáramlás pedig gyenge. Ez a klíma egészséges emberi szervezet
Hazai barlangok bioklimatológiai jellegzetességei 37 számára is nehezen elviselhető, ezért ez egy terhelő klíma. A tipizálás ebben a csoportban elméleti. A komfortérzetet keltő barlangtípusra (Bi=2,1-5) az ember számára kellemes. A klíma tehát nem terhelő és tartósabb tartózkodás esetén sem jelentkeznek reumatikus tünetek, vagy meghűlés. Ide sorolható a hazánk területén, Tapolca város alatt elhelyezkedő Tavas-barlang. Része a Tapolcaibarlangrendszernek, mely szarmata mészkőben kialakult karsztbarlang. Vizének hőmérséklete 19-22 C, a Malom-tó forrásnál 16-18 C. A barlang szokatlanul meleg, páradús klímával bír. Az energiaforrás nem más, mint a járatokat jelentős részben kitöltő, felszín alatti langyos vízfolyás. A hűvösérzetet keltő barlangtípusra (Bi=0,1-2) példa az Abaligeti-barlang, mely a mecseki karszton található és középsőtriász anizuszi mészkőben alakult ki. A 3 oldalággal rendelkező barlangra jellemző a légmozgás. A komfortérzetet és hűvösérzetet keltő barlangtípusok kímélő klímának tekintendők. A hidegérzetet keltő barlangtípus léghőmérsékletének évi átlaga 0 C alatt van. Az index is 0, vagy negatív értékű. A szakirodalom szerint elkülönítendő a jegesbarlang a jégbarlangtól, mivel előbbiben a jég csupán a kitöltés anyaga, míg utóbbi teljes egészében jégben képződött üregrendszer. Továbbá érdemes megjegyezni, hogy a több-bejáratú, úgynevezett dinamikus jegesbarlangok és a jégbarlangok klímáját a felszín éghajlati viszonyai az év minden részében megszabják. Ugyanakkor az egy-bejáratú, nyáron statikus jegesbarlangok mikroklímája jelentősen eltérhet az adott terület felszíni éghajlati viszonyaitól. Ez a barlangtípus terhelő klíma. Ide tartozó a Telkibányaijegesbarlang, mely hazánk egyetlen jegesbarlangja. A Zemplén-hegységben található, riodacitban kialakult ismeretlen genetikájú jeges üreg, melyben a jég nem marad meg egész éven át. Valamennyi barlang léghőmérséklete szignifikánsan különbözik a másiktól. Ugyanez állapítható meg a páranyomás értékeiről is. [2,5] Az Abaligeti-barlang a Mecsek hegység ÉNy-i részén, az úgynevezett Abaligetikarszton található, triászkorú kagylós mészkő övezetben. A hőmérséklet átlaga 11,0-11,7 C között, a maximum 11,7-12,8 C között, a minimum 9,8-11,2 C között változik. A levegő relatív nedvességtartalma 95-100%, a vízgőznyomás értéke a belső térségekben, évi átlagban 9Hgmm. A CO 2 0,2-0,7tf%-ban fordul elő. A levegő párájában előforduló Ca ionok 70mg/l értéket mutatnak átlagosan. A Tapolcaitavasbarlang méretében sokkal kisebb, szarmata korú mészkőben alakult ki. Évi átlagos középhőmérséklete 18 C körül mozog. Termálvize évi átlagosan 7-8 C-kal melegebben tartja a levegő hőmérsékletét, mint az Abaligeti-barlangban. A maximum értéke eléri a 21 C-ot, a minimum 16-17 C között változik. A levegő relatív nedvességtartalma 95-99%, míg a vízgőznyomás 12-16,2Hgmm között változik. A CO 2 értéke 0,5-1,1tf% között mozog. A Tapolcai-tavasbarlangban és a hozzá hasonló termál barlangokban a barlang egy adott pontjának mikroklímáját igen erősen befolyásolják a belső léghőmérséklet, a belső légáramlás és a belső páratartalom. A belső hőmérséklet a külső hőmérséklettel, a külső vízgőznyomással és a belső légtér relatív nedvességtartalmával mutat viszonylag szorosabb összefüggést. Gyenge a kapcsolat a külső széllel és negatív a korreláció a belső légáramlással.
38 Juhász Barkai Szintén negatív korreláció mutatkozott a belső léghőmérséklet és a szabad légtér relatív nedvességtartalma között. Mindezen eredmények a tapasztalattal összhangban vannak. A Thorthwait-féle éghajlati rendszer bizonyítékai alapján a példaként említett karsztbarlangok felszíneinek a csapadék és hőmérséklet hatékonyságában kiemelkedő eltérés nincsen. Különösen gyorsan érvényesül a csapadék hatása, amely a mindenkori hőmérsékleti, légáramlási és beszivárgási viszonyoktól függően meghatározza a belső térségek nedvességi viszonyait. Valamennyi karsztos terület az év minden időszakában elegendő csapadékot kap. A téli, viszonylag kisebb értékeket ellensúlyozza az ugyancsak kicsi párolgás. A havi középhőmérsékletek alapján megállapított évi ingás Abaliget környékén 20 C, a Tapolcai-medencében 22 C, Telkibánya környékén 24 C körüli érték. A területek barlangjainak belsejében maximálisan 2-3 C-os az évi ingás. Ugyanakkor a bejáratok környékén gyakori a 10-12 C-os ingás, amelynek szélsőségesen változó alsó határai a téli időszakra esnek. Befolyásoló tényező a kőzet típusa, mely szerint a mészkőben képződött üregek esetében a felszínhőmérsékleti szélsőséges ingások kisebbek. [2,4] A barlangok klímájának változékonysága A klíma és a felszín anyagi és alaki tulajdonságainak kölcsönhatásai különleges módon érvényesülnek a barlangokban. Egyrészt, mert a Nap sugárzásából nyert felszíni energiák a barlangklíma alakításában csak közvetve, a barlang és a felszín közötti légcserék közvetítése által érvényesülnek. Másrészt, mert a barlangrendszereknél a szubsztrátumot jelentő kőzet a mederfeneket kitöltő hordalékkal, esetleg nyílt víztükörrel együtt, a levegőt teljes egészében körülzárja. Természetesen a felszínhez kapcsolódó nyílás kivételével. Továbbá, belül a barlangban a levegő, saját tömegéhez viszonyítottan, igen nagy felületen érintkezik az őt körülvevő szubsztrátummal. Így a kőzet fizikai tulajdonságainak hatása erőteljesen érvényesül. A szpeleo-meteorológiai transzformáció már 30-50m-es barlangszakaszon a kiegyenlítődési, vagy bejárati zónában végbemegy. Ez a nagyobb barlangokra jellemző erősebb légáramlás mellett, 100-200m hosszú is lehet. Azaz a barlangklíma elemei a bejárattól a belső térségek felé haladva kisebb-nagyobb mértékben, de folytonosan változnak. Egy gyógybarlang esetében az a barlangszakasz, amely az előírt legoptimálisabb klímafeltételekkel bír, változó helyű. Télen, amikor a hideg felszíni levegő a bejáraton keresztül a barlang főágán áramlik a barlangba befelé, a szpeleoterápia szempontjából optimálisnak mondható térség határa a barlang bejáratától számítva beljebb tolódik. Azonban a nyári félévben, amikor a levegő áramlása a mellékágakon és a hajszálrepedéseken át a barlang főágán keresztül a bejárat felé irányul, azaz megfordul, a gyógyászat szempontjából legkedvezőbb térség a barlang nyílásához közelebb található. [2,3] A magassággal legszorosabb kapcsolatot a léghőmérséklet mutat - mind télen, mind nyáron egyaránt a talaj felszínétől felfelé növekszik. A relatív nedvesség
Hazai barlangok bioklimatológiai jellegzetességei 39 nyáron a magassággal csökken, télen az összefüggés nem szignifikáns. Télen a légáramlás változása szorosabb összefüggést mutat a magassággal, mint nyáron. A barlangok belső formakincse rendkívül változatos. A napsugárzás teljes hiányából adódóan a szabad felszínre jellemző energiakülönbségek nem alakulnak ki. Így egy barlangon belül a kis légterek klímája hasonló, vagy megegyező. A kiegyenlítődési, vagy bejárati zónák klímájának változékonysága ismert. A barlangra jellemző konstans meteorológiai értékeit a levegő mintegy 50-70m után veszi fel. Mely értékek a hossztengely mentén haladva lényegesen nem változnak több 100m után sem. Mielőtt a levegő a barlangot elhagyja, hirtelen felmelegszik azokban a mellékágakban, szerkezeti vonalakban, amelyek egész éven át melegebbek. Hasonló törvényszerűségek érvényesülnek a nedvességviszonyoknál is. Az átmeneti időszakban, április és október hónapokban, van ugyan különbség a felszíni és a barlang bejárata közötti levegő hőmérséklete között, azonban ez a különbség nem lépi át a 2%-os szignifikancia-szintet. Ennek az az oka, hogy ezekben az időszakokban a barlang és a felszín közötti energia és légcsere is a legkisebb értékeket veszi fel, a két légtér közötti különbségek ekkor mosódnak el leginkább. A jelenség, a légáramlás irányának többszöri megváltozásában nyilvánul meg. A levegő nedvességtartalmának hasonló törvényszerűségeinek magyarázata, szintén az áramlási viszonyok és azok változásai. Télen és az átmeneti hónapokban a két légtömeg páranyomás értékei között az eltérés nem szignifikáns. Illetve csupán 2%-os szinten mutatkozik jellemző eltérés, a mi a transzformálódás folyamatának megindulására enged következtetni. Az év minden más részében a felszíni levegő és a barlangi levegő szignifikánsan különbözik egymástól. Ha a bejárati zóna és a barlang belső térségeit hasonlítjuk egymáshoz, a különbségek a hőmérséklet esetében egész éven át szignifikánsak. A páranyomás esetében az értékek télen szignifikánsak, nyáron nem. Ahol a barlangi levegőre jellemző változások tendenciái a gyors felszíni időjárás-változásokat nem, vagy alig követik, a felszíni légtömeg olyan barlangi levegővé alakul át a bejárati zónában, amelynek fizikai állapotában igen kis eltérések mutatkoznak. Tehát, a bejárati zónában lejátszódó változások, a felszín/barlang belseje jellemző változásai közötti átmenetet tükrözik. Ez mindenképp a barlang tulajdonsága, melynek következménye, hogy a kiegyenlítődési zónában a barlangok belső légteréhez viszonyítva még jelentősek a tér és az időbeli változások. A barlangtermek mikroklímájának a sajátosságai, hogy a kőzet a levegő tömegéhez viszonyítva itt érintkezik legkisebb felületen a levegővel. Az eltérő nagyságú és alakú termek klímájának eltéréseiről kevés ismeret van és arról is, hogy a különböző klímaelemek változásai milyen mértékűek. Az a kevés rendelkezésre álló adat viszont azt igazolja, hogy az áramló levegő hőmérséklete és páranyomása még a barlang belsejében is fokozatosan változik. A barlangtermekre általában jellemző a légáramlás minimumra csökkenése, valamint a léghőmérsékletnek a stabilis rétegződése. Azaz a barlangokban jelentős függőleges hőmérsékleti gradiensek alakulhatnak ki. Ugyan ez jellemző a páranyomásra is, de lényegesen kisebb ez esetben
40 Juhász Barkai az eloszlás. A relatív nedvesség változásának eloszlása fordított, alulról felfelé csökken. Közvetlenül a talaj felett telítettség jellemző, alsó néhány méteres légtérben 98%-os párateltség és a magasabb régiókra a gyors további csökkenés jellemző. A vizsgálatok szerint gyógyászati célra azok a közepes méretű termek tehát a legalkalmasabbak, amelyek a barlangnak a felszínre kivezető nyílásaitól távol esnek és kiegyenlített klímával bírnak. A labirintus jellegű barlangrészek a barlangrendszer legkiegyenlítettebb klímájú térségei közé tartoznak. A forma változatossága miatt a levegő lassú áramlás mellett nagy felületen érintkezik a kőzet felszínével, átveszi annak hőmérsékletét és a nedves falfelületek folytonos párologtatása következtében telítetté, vagy ahhoz közelivé válik. A barlangfolyosók mikroklímája abban különbözik a labirintus jellegű barlangrészektől, hogy a keresztmetszet összeszűkülésével arányosan növekszik a légáramlás sebessége. A szerkezeti vonalak, tektonikus eredetű hasadék-rendszerek a levegő számára járhatók és a barlang klímájának alakításában szerepük van. Ezekben a formákban érintkezik a levegő a legnagyobb kőzet-felszínnel, így nagy részben felelnek a barlangi levegővé történő átalakulásában. A legkiegyenlítettebb klímák a különböző méretű szerkezeti vonalak mentén vannak. Ezekben a rendszerekben, az áramló levegő tömege igen kicsi az érintkező kőzetfelszínhez képest, így amikor a felszíni levegő ezeken az erősen összeszűkülő rendszereken keresztül áramlik a barlangba befelé, a felszíni levegő barlangivá alakulása gyorsan ér rövid úton megy végbe. A legkiegyenlítettebb klímája a hőmérséklet eloszlás tekintetében a hűvös karsztbarlangnak-típusnak van. A páranyomás eloszlására a különbségek elmosódása jellemző a nyári időszakban, télen ez csupán a bejárattól távol eső folyosókra igaz. A relatív nedvesség térbeli eloszlása különböző folyosókban barlangtípusonként jelentősebb eltérést mutat. Általánosságban viszont, falközelben minden esetben nedvesebb a levegő, mint a járat közepén a levegő áramlása következtében. A barlangfolyosókban a relatív nedvesség alulról felfelé növekszik. [2] Megbeszélés A lillafüredi István-barlang, mint hűvös karsztbarlang tipológiája egyértelmű, terápiás kihasználása a bioklimatológiai sajátosságokra épült. A miskolctapolcai barlangfürdő Tavas-barlangja, mint tavasbarlang, a komfort zónától melegebb hőmérsékletű levegője miatt, nem illeszthető bele egyik kategóriába sem. Ennek tudományos igazolása és egyedülálló terápiás felhasználhatósága tárulhat elénk a jövőbeli vizsgálatok eredményeként.
Hazai barlangok bioklimatológiai jellegzetességei 41 Köszönetnyilvánítás Jelen munka a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű projekt részeként - az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében - az Európai Unió résztámogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg. Irodalomjegyzék [1] Fodor, I.: Gyógybarlangok klímaviszonyainak komplex vizsgálata számítógépes feldolgozás segítségével. Beszámoló a Nemzetközi Barlangtani Unió Barlangterápiai Szakbizottságának Magyarországi (II.) Szimpóziumáról. MKBT Budapest, 83-91. 1975. [2] Fodor, I.: A barlangok éghajlati és bioklimatológiai sajátosságai. Akadémiai Kiadó. Budapest, 23-168. 1981. [3] Kordos, L.: Barlangok bejárati szakaszának klímaviszonyai. Beszámoló a Nemzetközi Barlangtani Unió Barlangterápiai Szakbizottságának Magyarországi (II.) Szimpóziumáról. MKBT Budapest, 48-56. 1975. [4] Mucsi, J. Mucsi, L.: A Hajnóczy-barlang mikroklímájának hatása egészséges populáció légzésfunkcióira. Balneológia, Rehabilitáció, Gyógyfürdőügy 2. 93-99. 1987. [5] Roda, I. Rajman, L.: A barlangklimatológia terén alkalmazott mérések módszertana és a barlangterápia feltételei. Beszámoló a Nemzetközi Barlangtani Unió Barlangterápiai Szakbizottságának Magyarországi (II.) Szimpóziumáról. MKBT Budapest, 48-56. 1975.