Dinamika in porazdelitev CO2 v kraški vadozni in epifreatični coni (CARDIKARST)

Karbonatne kamnine pokrivajo približno 15 % kopnega brez ledu. Ogljikov dioksid (CO2) ima osrednjo vlogo pri zakrasevanju karbonatov, kar daje kraškim območjem potencialni pomen pri raziskavah globalnega ponora ogljika. Pomemben del kraškega podzemlja je nenasičena (vadozna) cona, ki predstavlja pomemben rezervoar ogljikovega dioksida. Slabo kvantificirani procesi prenosa in izmenjave CO2 med vadozno in epifreatično cono ter zunanjo atmosfero bodo osrednja tematika predlaganega projekta. Pričakovani rezultati bodo prinesli nova spoznanja o toku ogljika skozi kraške masive in prispevek zakrasevanja pri globalnem kroženju ogljika. Ovrednotili bomo tudi pomen izmenjave CO2 med vadozno in epifreatično cono na razvoj kraških kanalov. Raziskave bodo vključevale meritve jamskega zraka (koncentracija CO2, hitrost zračnega toka in temperatura zraka), spremljanje in vzorčenje podzemne vode (pretok in kemija vode) ter primerjave z zunanjo atmosfero (temperatura, veter, padavine, stanje tal). V jame vadozne cone bomo namestili mrežo avtomatskih meteoroloških postaj in zapisovalnikov podatkov, ki zagotavljajo dolgoročne časovne vrste parametrov jamske klime. Za večjo prostorsko ločljivost podatkov bomo razvili in uporabili nizkocenovne registratorje CO2 in temperature, ki temeljijo na tehnološki platformi Arduino. Na ta način bomo tudi ostali zainteresirani javnosti (študentom, mladim raziskovalcem in upravljavcem parkov) zagotovili cenovno ugodno orodje za izvajanje terenskih meritev na krasu. Raznolikost opazovanih okolij bomo zagotovili z izbiro lokacij v Sloveniji in na Hrvaškem. S Sloveniji se bomo omejili na kras med Postojno in Planino. Avtomatske meritve v vadozni coni tu že potekajo na štirih meteoroloških postajah v Postojnski jami. Tem bomo dodali dodatna merilna mesta. V epifreatični coni Postojnsko-Planinskega jamskega sistema (PPJS) bomo vzpostavili zvezne meritve CO2 v zraku in vodi na vsaj štirih lokacijah vzdolž podzemnega toka reke Pivka med ponorom in Planinsko jamo. Na Hrvaškem bomo podoben pristop uporabljali v jamah Provala (PC), Zgornja Baračeva špilja (UBC) in Jama Samograd (SC). Na vseh lokacijah bomo opazovali vadozno cono, v jami Provala bodo meritve potekale tudi v vodnem toku, v ostalih dveh pa v izvirih, ki drenirajo območje jam. Časovne serije meritev bomo interpretirali z že razvitim modelom podzemnega prezračevanja in prenosa CO2. Z modelom bomo ocenili kako in koliko naravno prezračevanje vpliva na koncentracije CO2 v kraških sistemih. Meritve v epifreatični coni bomo uporabili kot vstopni parameter v model razvoja kraških kanalov v turbulentnem toku, ki upošteva izmenjavo CO2 med vodo in zrakom. Do danes je zgolj ena študija partnerske skupine v ZDA pokazala kako je hitrost raztapljanja kraških kanalov bolj povezana s prezračevanjem in izmenjavo CO2, kot s pretokom vode. Interpretacija meritev in modelskih rezultatov nam bo omogočila oceno toka ogljika med ponorom in izvirom in širše, v celotnem kraškem masivu. Splošno uporabnost rezultatov v drugih območjih bomo ocenili z metaanalizo razpoložljivih podatkov meritvah v jamah po svetu. Ker bo večina naših raziskav opravljenih v turističnih jamah in narodnih parkih, bodo te pomembno vplivale na njihovo varovanje in ozaveščanje javnosti o pomenu in zaščiti krasa. Podatke, pridobljene s projektom, bomo zbrali v javno dostopno bazo podatkov, ki bo krasoslovcem in drugim raziskovalcem omogočila boljše omejevanje delovanja kraških sistemov.