Mikroklimatológia

Mikroklimatológia skúma a meria meteorologické veličiny na malom území, ktoré môže byť klimatologicky špecifické a mať iný klimatologický režim, ako povedzme širšie okolie. Môže ísť napr. o lesík, park, centrum mesta a pod. Centrum mesta môže mať inú priemernú ročnú teplotu, ako povedzme lesík 5 Km za mestom, inú sumu zrážok a pod. Je známe, že veľké mestá, s množstvom ciest, budov, betónových plôch a pod. dokážu dokonca odkloniť aj búrkové jadrá. Mikroklimatológia teda pozoruje, skúma a vyhodnocuje dáta o počasí z menšej oblasti, ktoré sa potom porovnávajú s referenčným makro-územím.

Mikroklimatológia napr. môže skúmať aj teploty v interiéroch, uzavretých priestoroch a vyhodnocovať dáta z malej plochy. Prípadne skúmať mikroklímu iných, prírodných útvarov, napr. podzemia a jaskýň. My sa okrem iného venujeme výskumom mikroklímy jaskýň, za účelom výskumu a určenia ročného chodu teploty v podzemí, tzv. speleoklimatologického režimu. Na tento účel sa zväčša dnes už používajú tzv. teplotné dataloggery. Zariadenia, ktoré dokážu ukladať teploty do pamäte v rôznych časových horizontoch povedzme každú hodinu, až 365 dní v roku. Dáta sa potom jednoducho stiahnu cez USB do PC, kde ich softvér podrobne vyhodnotí. 

Speleoklimatológia

Skúma klimatické pomery, zbiera dáta o meteorologických veličinách (v jaskyni prevažne teplota, vlhkosť, prúdenie vzduchu) v podzemí. V jaskyniach a v podzemí zväčša panujú počas roka stabilné teplotné podmienky. Prakticky platí, že priemerná teplota jaskyne sa pohybuje v závislosti od speleoklimatologického typu, avšak zväčša je rovná priemernej, ročnej, exteriérovej teplote daného územia. Inými slovami ak je na Šariši priemerná teplota za rok cca 9,4°C, v podzemných priestoroch by mala panovať takáto istá teplota počas celého roka. To platí prevažne o statických jaskyniach. Iné pomery panujú v dynamických jaskyniach, ktoré majú minimálne dva vchody, v rôznych výškach. A iné je to samozrejme u ľadových jaskýň. Páve tie posledné dve kategórie, sú veľmi zaujímavé na klimatologický výskum. V ľadových jaskyniach je zväčša chladnejšie ako v exteriéri, a to počas celého roka (okrem tuhej zimy). Ľadové jaskyne majú zväčša statickejší charakter, bez prúdenia tzv. vrecovitý, klesajúci tvar. V zime tam väčšinou chladný vzduch "natečie", a keďže z fyziky vieme, že chladný vzduch klesá na dol a je ťažší ako teplý, tak sa v podstate nedostane von. Vznikajú ľadové jaskyne, väčšinou situované vo väčších výškach, kde je chladnejšie. Veľmi zaujímavé sú práve jaskyne s ľadom, ktoré sa nachádzajú nižšie. Okrem jaskýň existuje kopu "inverzných" priestorov, mikrolokalít, ktoré sú vzácne svojím klimatickým režimom nezodpovedajúcemu svojmu okoliu.  

1. Ľadová jaskyňa na Dreveníku 

Oblasť Dreveník je zaujímavým geomorfologickým útvarom na Spiši. Kopec Dreveník má tvar stolovej hory a je tvorený travertínmi, ktoré vystupujú na mnohých miestach na povrch z paleogénného podložia vo forme skalných miest a útvarov. Najvyšším bodom je kóta na plochom hrebeni s výškou 609 m.n.m. Oblasť sa nachádza v celku Hornádska kotlina. Z územno-správneho hľadiska práve územím prechádza hranica medzi Prešovským a Košickým krajom, pričom západné svahy spadajú do Prešovského a východná časť do Košického kraja. Taktiež oblasť leží na hranici okresov Levoča a Spišská nová Ves. Katastrálne väčšina územia spadá pod oblasť Žehra a západné svahy pod mesto Spišské Podhradie. Lokalita Dreveník je chránenou oblasťou spolu so Spišským hradom je zapísaná do svetového kultúrneho a prírodného dedičstva UNESCO, oblasť spravuje NP Slovenský raj. Geologicky je oblasť Dreveníka zaujímavá najmä akumuláciou travertínov, ktoré v tejto oblasti tvoria spolu niekoľko travertínových kôp a to: Spišský hradný vrch, Kamenec, Pažiť, Ostrý vrch, Sobotisko a Sivá brada. Práve Sivá Brada je ešte geologicky činná, kde môžeme sledovať aktuálne hydrogeologické procesy akými zrejme aj ostatné travertínové kopy vznikali. Tvrdšie travertínové kopy sú zasadené do mäkkého flyšu, pričom sa pôsobením času jednotlivé skalné kopy postupne rozpadávali a svahovými pohybmi sa posúvali v mäkkom podloží. Takto vznikli zaujímavé skalné útvary, ktoré vytvárajú skalné mestá, tiesňavy, blokové polia, kamenné moria a pod. Najznámejším je Skalné mesto a oblasť nazývaná Peklo na Dreveníku. Horninovo sú teda v dominantnej miere zastúpené práve travertíny, prevažne sivobielej farby, s rovnomernou veľkosťou zŕn, s rôznorodou pórovitosťou a na povrchu sú zväčša navetrané. Klimaticky patrí oblasť do teplej a mierne vlhkej oblasti so studenou zimou. Priemerný dlhodobý zrážkový úhrn tu je okolo 570 mm. 

Ľadová jaskyňa:

My sme preskúmali najmä túto jaskyňu, ktorá patrí medzi najväčšie na Dreveníku a má aj pravdepodobne? trvalú ľadovú výplň? Jaskyňa sa nachádza v JZ cípe Dreveníka.

Jaskyňa bola historicky známa. Lalkovič (1993) zistil, že prvý túto jaskyňu spomína dominikánsky mních Pietro Ranzano, v rukopisnom kódexe z r. 1488-1490, vytlačenom až v r. 1558. V r. 1549 jaskyňu spomenul Juraj Wernher, humanistický profesor zo Sliezska a kapitán Spiša a Šarišského hradu, ktorého informácie využili aj iní autori. Zmienka o jaskyni je aj v diele historického autora Daniela Speera v "Simplicissime" je obsiahnutá v opise Levoče a hovorí o jaskyni, nachádzajúcej sa v blízkosti Spišskej Kapituly: "v pukline situovanej v skale pod hradom je voda, v lete zamŕzajúca a v zime tečúca". Vchod je orientovaný takmer priamo na západnú stranu, takže v odpoludní je tu priame slnečné svetlo. Naše zistenia udávajú najpravdepodobnejšiu výšku vchodu 542 m.n.m. Jaskyňa je teda na ľadovú jaskyňu relatívne nízko. Okrem Silickej ľadnice, ktorá sa nachádza v porovnaní len o pár výškových metrov nižšie, ide zrejme o najnižšie položenú jaskyňu s ?celoročným? výskytom ľadu na Slovensku, aj keď ľadové formy nedosahujú takých foriem a objemu ako vo väčšej Silickej ľadnici.

Terénne pozorovania sme vykonali 12.3. 2014 a 17.4. 2014. Ľad bol prítomný len v spomínaných najnižších častiach západnej strany strednej siene. Ide o oblasť zvažujúcu sa pod stenu jaskyne, kde sa treba preplaziť. V najnižšej časti bol prítomný nápadný dnový ľadový kužeľ. Ľad bol zanesený sutinou a drevom, ale jedná sa o väčšiu akumuláciu. Na povrchu sa mierne topil. V jaskyni sa nenachádzali žiadne dočasné ľadové formy, aj keď v tomto období by tu mali byť dosť mohutné, už vo vchodových častiach. To môže byť spôsobené silnejším jarným oteplením v tomto období. V jaskyni sa vo všetkých jej častiach pohybovala teplota nad nulou. Ďalší ľadový kužeľ menšieho rozmeru sa nachádzal asi o 10 metrov ďalej v ďalšej a najväčšej koncovej sieni tiež na ľavej (západnej) strane pod stenou. Ďalej jaskyňa z tejto siene pokračuje už len do kratších, puklinových chodieb a smerom vpravo sa stáča chodba o 180°do vertikálnej chodby, kde sa nachádza zrejme najnižší bod jaskyne. Do tohto bodu sa dá zostúpiť len s pomocou lana.

Zaľadnenie jaskyne (výskyt ľadu) nie je celkom dobre vysvetlené. Jaskyňa sa nachádza v relatívne nízkej výške, nemá klasický vrecovitý charakter a jej vchod nie je orientovaný na sever ako v prípade Silickej ľadnice. Vysvetlením by mohol byť tvar jaskyne a speleoklimatický režim, ktorý je v prípade sieni, kde sa nachádza trvalý dnový, ľadový kužeľ, takmer dokonale statický. To neplatí o jej vstupných priestoroch, kde je cez početné pukliny a otvory v strope kontakt s vonkajším prostredím. Okrem toho má jaskyňa vysoký strop takmer vo všetkých jej častiach, čo spôsobuje dokonalejšie vertikálne rozvrstvenie vzduchu v jej útrobách. Teplejší vzduch má dostatok miesta v horných častiach a naopak studený vzduch sa v statickom prúdení zdržiava trvalo v najnižších miestach, kde sa vytvoril ľadový kužeľ. Samotná vetva ľadovej jaskyne, ktorá je už pravdepodobne statická, ako ukázali mikroklimatické pozorovania, s výnimkou jej prvých vstupných priestorov, je dokonale chránená z juhu skalnou stenou až 15 metrov vysokou, v ktorej strope sú otvory "oči jaskyne" cez ktoré má vetva zabezpečený prísun chladného vzduchu. 

                Vývoj teploty v dynamickej časti jaskyne od marca 2014 do júla 2016 (hodinový chod): 

Speleoklimatologický výskum na Dreveníku: 

Do vyšších, dynamickejšej časti jaskyne sme umiestnili automaticky datalogger teploty a vlhkosti, ktorý meral nepretržite teplotu a vlhkosť priestorov od apríla 2014 do júla 2016. Máme tak úplne pokrytý režim v jaskyni za 2 celé roky nasledujúce po sebe. Datalogger meral teplotu a vlhkosť v jaskyni automaticky každú hodinu. Dokopy sme tak získali za sledované obdobie vyše 20 000 záznamov o teplote a vlhkosti v jaskyni. Graf z tohto obdobia vidíte hore. Na určenie speleoklimatologického režimu podzemného priestoru, zväčša postačuje odsledovať ročný chod. Teplota v jaskyni sa pozvoľna zvyšuje, pričom maximá dosahuje až v neskorom septembri a októbri. K teplotnému zlomu dochádza, ak do oblasti vpadne arktický a suchý vzduch (prvé jesenné ochladenie), kedy teplota v exteriéri poklesne pod hodnotu teploty v jaskyni. Vtedy pravdepodobne tento suchý, studený a ťažší vzduch, začne natekať do jaskyne a teplota sa prepadne nižšie. Ak dôjde k opätovnému otepleniu atmosféry, tak horninový masív je zrejme dosť nahriaty po lete -teplota opäť aj v jaskyni začína stúpať. Silnejšie sa vnútorný priestor ochladzuje až v chladných obdobiach zimy. Kľúčové sú vpády arktického a suchého vzduchu. Vtedy sa priestor ochladzuje. Naopak, akk panuje teplá a vlhká zima, ani teplota v jaskyni veľmi neklesá. To je do značnej miery problém aj pre iné ľadové jaskyne. (napr. podobný režim je pozorovaný aj v Dobšinskej ľad. Jaskyni). Ak je vlhká a teplá jeseň, teploty v ľad. jaskyni stúpajú, pričom môžu vystúpiť aj nad bod mrazu. To ohrozuje ľadovú výzdobu aj vo väčších jaskyniach. Mierna, daždivá vlhká zima je tiež problém. Naopak, vpády arktického vzduchu (v zime prevažne od Sibíri) pomáhajú v ochladzovaní priestorov. Ľad. vzduch do jaskýň "natečie" iba ak je o dosť chladnejší, a teda ťažší ako momentálny vzduch v priestoroch. Potrebné sú teda jasné, chladné noci, kedy teploty klesajú hlboko pod bod mrazu. 

Tento režim je dôležité pochopiť podrobne, aby sme vedeli určiť, ako sa budú ľadové jaskyne správať, v kontexte klimatických zmien a či sa nám podarí zachovať ich krásnu, ľadovú výzdobu aj pre budúce generácie, alebo sa jednoducho roztopia ako väčšina ľadu zoči-voči nášmu modernému klimatickému optimu a otepľovaniu. 

2. Prales Kujavy Slanské vrchy

Ide o zaujímavú oblasť a chránenú prírodnú rezerváciu a klimatologickú zvláštnosť, nachádzajúcu sa v Slanských vrchoch. Oblasť je v povedomí miestneho obyvateľstva známa ako Kujavy, často sa spomína aj názov, o ktorom miestni tvrdia že je nesprávny a vznikol preklepom na turistických mapách ako Chujava. Tento názov môže pochádzať zrejme od slova fujavica podľa častých snehových "chujavíc" a dlhom výskyte snehu v oblasti.  Prepadlisko Kujavy sa nachádza nad obcou Zlatá Baňa pod masívom Čiernej hory (1073 m.n.m). Ide o zaujímavú geomorfologickú raritu vo vulkanitoch, ktorej vznik nie je celkom objasnený, no pravdepodobný je mohutný zosuv sopečných blokov, ktoré sa pod vplyvom exogénnych faktorov a erózie Zlatobanského sopečného telesa a hĺbkovej erózie potoka Delňa, vytvorili cca 80 metrov hlboký kotol s početnými balvanmi a sutinou. Mohutnosť zosuvu sa predpokladá o šírke 120 a dĺžke 350 metrov. 

Celá oblasť kamennej sutiny a zakliesnených blokov sa nachádza v akomsi kotle, v ktorom sa prejavuje inverzné zvrstvenie vzduchu. Mikroklíma oblasti má tak v určitých častiach prepadliska špecifický ráz a prejavuje sa nižšími teplotami vzduchu. V početných dutinách medzi balvanmi sa udržuje zrejme nahromadený vzduch počas zimy dlho do leta v nízkych intervaloch a naviaty sneh a ľadové formy v určitých častiach tu pretrvávajú niekedy aj dlho do leta. Vo východnej časti -najlepšieho prístupu do tejto lokality, sa nachádza starý nivelačný bod a prameň, ktorého názov vystihuje túto lokalitu: "Žimna voda", podľa legendy je voda studená. Rastú tu prevažne ihličnaté dreviny jedle a smreky s prímesou buka, na rozdiel od dominantnej vegetácie v širokom okolí, ktorú tvoria prevažne bučiny. V lokalite je aj oblasť najnižšieho výskytu brusníc na Slovensku. Pseudokrasové dutiny s naviatym snehom a chladnú mikroklímu v minulosti využívali obyvatelia Zlatej Bane na skladovanie mäsa v letnom období, ktoré tu každoročne priniesli uskladniť. 

Prvá východná časť prepadliska, ktorú sme nazvali časť "chladničky" sa nachádza v mierne stúpajúcom teréne, kde sa nachádzajú početné zakliesnené balvany so sutinou a mnohými dutinami prevažne menších rozmerov. Nachádza sa tu aj minimálne jedna väčšia jaskynka, do ktorej sa vojde aj človek, no prevažne ide o menšie priehlbiny, v ktorých sa nachádza firnový sneh a ľad. Táto časť sa nachádza v nadmorskej výške približne od 730 - 745 m.n.m. Vonkajšie prostredie je tu pocitovo chladnejšie. Informatívne merania teploty zo dňa 20.3. 2014 na poludnie ukázali, že v dolnom okraji bolo 16 °C a teplota v okolí prepadliska bola len 8 °C. Teplota v jednotlivých dutinách v tejto časti sa pohybovala v rozmedzí od 0,5 až 2,5 °C.

Na hornom konci tejto časti sa nachádza plochý nevýrazný hrebeň, ktorý oddeľuje ďalšiu časť prepadliska Kujavy s dvoma ľadovými dierami. Ide o kotlovú prepadlinu a zrejme najizolovanejšiu časť celých Kujáv, pretože akumulácia snehu a ľadu v tejto časti bola najväčšia. Na rozdiel od prvej časti sa tu nachádzal aj sneh nie len v dutinách, ale aj v ich blízkosti, a to aj napriek už relatívne vysokej teplote okolia. V okolitom prostredí už kvitli jarné byliny a po snehu nebolo nikde ani stopy. V kotly tejto prepadliny sa nachádzali dve jamy s početnými ľadovými formami, do jednej z nich sa dá aj vojsť. V najväčšej ľadovej diere  bola teplota -1 °C. Celá druhá časť prepadliska je tvorená ďalej na západ menšími balvanmi v porovnaní s časťou "chladničky", husto porastené machom a práve tu sa nachádzali početné brusnicové kríky, ktoré tu majú vhodné podmienky. Ľadové formy tu do značnej miery pretrvávajú do leta. 

Hypotéza: Oblasť kotlovitej depresie má inverzný klimatický režim, vzhľadom k makroklíme. Na ploche zhruba 200 -300 m2 panuje inverzný režim, kde vzhľadom k okolitému prostrediu (len o pár desiatok metrov ďalej!) je chladnejšie o minimálne 8 °C. Oblasť akoby ležala vo výške nad 1600 metrov nad morom, aj keď reálne nedosahuje ani 800 metrov. Ide tak o výraznú, klimatickú anomáliu. Rastú tu zakrpatené ihličnaté stromčeky, machorasty a brusnice. Celá širšia lokalita je ťažko prístupná čo je výhodou, lebo si zachovala pralesný charakter. Oblasť je chránená a je aj na zozname pôvodných pralesov. Na tejto malej ploche klimatickej anomálie sa udržuje sneh do neskorej jari. Hlavnou príčinou inverzného zvrstvenia vzduchu sú pravdepodobne pomery reliéfu, ktorý tu vytvoril kotlovitú prepadlinu v ktorej sa zadržiava natečený, chladný vzduch v zimných mesiacoch. Chladný vzduch natečie z príkrych svahov Čiernej hory do tohto kotla, ktorý nevytvára typickú dolinu, ale relatívne horizontálnu kotlovitú prepadlinu západno-východného smeru. Z juhu je táto depresia izolovaná do značnej miery pahorkom (jedná sa možno o pozostatok sopúcha), na západe prechádza postupne do klesajúcej doliny, v ktorej sa už inverzné zvrstvenie vzduchu neprejavuje a vzduch odtiaľ klasicky odteká dolinou. Na opačnom východnom okraji prechádza do ešte menej výrazne klesajúcej dolinky. Práve v najvyššom mieste, kde sa tieto dve dolinky stretávajú -v ich záveroch, sa nachádza samotné prepadlisko zosuvu s miernym kotlovitým tvarom, kde vzduch stagnuje. Hrebene Čiernej hory a kóty Kujava a z juhu spomínaný pahorok, chráni túto oblasť pred priamym slnečným žiarením počas takmer celého roka. Slnečné lúče tu zrejme prenikajú len vo vrcholnom lete časti roka okolo letného slnovratu, a to zrejme len pri západe v neskoršom popoludní. Okrem toho je oblasť porastená aj staršími ihličnatými drevinami, ktoré bránia rozptýlenému slnečnému žiareniu.