|
Resumen de un
amplio documento de Garry K. Smith, presentado en la 21 ª Bienal
de la Federación Australiana de Espeleología, Conferencia de
1.997 (publicado en las actas de la Bienal) y un artículo
publicado en 1.993 en Australian Caver N ° 133, páginas 20-23.
El Dióxido de Carbono (CO2) es el órgano regulador de la función
de la respiración. Esta normalmente presente en el aire en una
concentración de 0,03% por volumen. Cualquier aumento por encima
de este nivel causará un acelerado ritmo cardíaco y de
respiración. Una concentración del 10% puede causar parálisis
respiratoria y la muerte en pocos minutos. En la industria el
máximo nivel de seguridad en el trabajo, recomendado para un 8
horas de trabajo diario, debe ser del 0,5%.
Las cuevas a menudo contienen niveles elevados de Dióxido de
Carbono (CO2), por lo tanto los visitantes de estas pueden
ponerse en riesgo sin conocer todo el peligro potencial. Una
atmósfera en cueva que contenga más del 1% de dióxido de carbono
(CO2) se denomina "Foul Air". Este peligro es más probable de
ser encontrado en las cuevas de roca caliza con una atmósfera
relativamente profunda. De este modo, hay que ser conscientes de
que hay muchas zonas espeleológicas en toda Australia, donde el
"Foul Air" no es un problema importante.
Para el espeleólogo principiante el primer encuentro con la
falta de aire es a menudo una experiencia aterradora.
Normalmente no hay olor o signos visuales asociados a la falta
de aire y los primeros signos son el aumento de las tasas de
pulso y respiración.
Altas concentraciones de CO2 pueden llevar a torpeza, fuertes
dolores de cabeza, mareos e incluso la muerte. Los espeleólogos
que han tenido una experiencia con el "Foul Air" pueden notar un
sabor ácido en su boca, sin embargo el espeleólogo medio no
tendrá aviso de este efecto. Dado que una elevada concentración
de CO2 en las cuevas, corresponde a un agotamiento del O2, los
visitantes de cuevas han utilizado durante muchos años la “llama
de prueba”, para determinar si la atmósfera de la cueva presenta
un elevado nivel de CO2.
La “llama de prueba”, la de nuestra iluminación, la de un
encendedor o llevar una vela encendida en la cueva en sospecha
de falta de aire, permitirá distinguir, si la llama se extingue,
cuanto de particular es la concentración de CO2. Esta prueba en
el pasado fue ampliamente aceptada en la espeleología, como una
señal precisa de indicación del porcentaje de las
concentraciones del CO2.
Durante Enero de 1997, realice extensas pruebas en atmósferas
controladas que revelaron que la “llama de prueba”, no es una
prueba fiable para determinar las concentraciones de CO2, sino
más que para indicar que la atmósfera de la cueva es
probablemente peligrosa para la vida humana. De hecho, la llama
sólo consigue medir la concentración del O2, y el CO2 tiene una
pequeña influencia en la combustión, por lo que puede ser
ignorado en el rango de algunas concentraciones encontradas en
las cuevas.
Por ejemplo, un 1% de aumento en la concentración de CO2
aumentará la concentración requerida del O2 para permitir la
combustión de un combustible que necesite de menos del 0,05% de
concentración de O2.
Sin los sofisticados instrumentos de medición, un espeleólogo no
puede determinar la concentración de CO2, utilizando tan solo la
“llama de prueba” que dará sólo medidas de la falta de oxígeno.
Para complicar realmente las cosas, no es la falta de oxígeno el
peligro real en la mayoría de los ambientes subterráneos, sino
la elevada concentración de CO2.
Elementos necesarios para la combustión
La mayoría de las personas son conscientes de que para
producirse la combustión deben existir tres condiciones.
1. Debe haber un combustible o sustancia que puedan ser
quemados.
2. El combustible debe alcanzar su temperatura de ignición. Que
es la temperatura más baja a la que comienza la combustión.
3. Debe existir suficiente oxígeno para mantener la combustión,
ya sea en el aire circundante o presente en el combustible.
Sin entrar demasiado en el tema, uno puede ver que la simple
prueba de la llama es en realidad la medición de la
concentración de O2 necesario para mantener la combustión de
diversos combustibles, como los fósforos, el gas líquido de un
mechero o velas de cera de parafina.
Los resultados se muestran en el cuadro siguiente.
Cuadro 1. Condición de la llama en relación con el porcentaje de
oxígeno en una atmósfera controlada.
| |
Fósforos |
Velas |
Mechero |
|
| |
21% - 18% Se incendian fácilmente todas las zonas del
fósforo. |
>19% Llama normal. |
|
|
| |
17.5% Se incendia la cabeza del fósforo y baja la
transferencia de parafina al cuerpo del fósforo, en la
mayoría de ocasiones |
17% - 16.5% Quemaduras con llama alargada. |
|
|
| |
17% - 16.5% Encendido de la cabeza y en casi todas las
ocasiones, quemaduras bajo el recubrimiento de parafina
donde se extingue. |
16.5% - 16% La llama comienza a disminuir, pero sigue siendo
amplia.
|
|
|
| |
16% - 15.5% Encendido de la cabeza y sólo se inflama el
recubrimiento de parafina sobre la férula (solamente en
algunos fósforos). |
16% Encendido lento con pequeñas llamas
|
|
|
| |
15% - Breves quemaduras de la cabeza con pequeñas llamas. |
< 15.0%, Se extingue la llama de la vela |
> 15% O2, Fácil encendido del mechero, y permanencia de la
llama. |
|
| |
|
|
14.5% - La debilidad de la llama se vuelve de color azul con
color naranja arriba, y permanece el fuego |
|
| |
|
|
<14.25% - La llama comienza a extinguirse |
|
| |
14% - Breves quemadura de la cabeza del fósforo. (Quemaduras
debido al O2 y el clorato de potasio que existe en la
cabeza) |
|
14% - 13% Grandes destellos de la llama, pero no permiten la
continuidad del fuego. |
|
| |
<13% La llama se extingue rápidamente (menos de 0,5
segundos). |
|
12.5% Chispas parciales de encendido, con pequeñas bolas de
fuego. |
|
| |
|
|
<10% - No se consigue el encendido, y sólo aparecen
chispas de pedernal. |
|
Los fósforos están generalmente fabricados en madera de álamo,
que se seca para reducir el contenido de humedad a menos del 7%,
entonces la "férula" es tratada con una solución retardadora,
que evita que se formen brasas después de que la llama la halla
quemado. La segunda etapa, de la producción, es la inmersión de
aproximadamente 10 mm del extremo de la punta del fósforo en
parafina. Esto proporciona una base para llevar la llama de la
cabeza al cuerpo de madera. Entonces se añade la punta (a veces
llamada bombilla). Algunos fabricantes añaden al fósforo final
diversos productos químicos de recubrimiento, que lo protegen de
la humedad.
FENÓMENOS INTERESANTES CON MECHEROS EN DEFICIENCIA DE 02 EN EL
AIRE
Un encendedor en un ambiente que apoye la combustión de butano
se quemará con una ampliación de la llama directamente desde
chorro del gas. Cuando un encendedor se enciende lentamente en
una atmósfera que no apoye la combustión (baja concentración de
O2, alta concentración de CO2), se produce un interesante
fenómeno.
La llama se quema mágicamente donde la atmósfera soporta la
combustión, por encima de la interfaz entre la alta y baja
concentración de CO2, mientras que la llama más leve se
encuentra varios centímetros por debajo de la interfaz.
En el CO2 de Pit Gaden Cave (Australia), una prueba de Mike Lake,
demostró que la llama puede ampliarse a unos 100 mm por encima
de la zona más leve, ya que se reducirá gradualmente en la zona
de mayor concentración en la Pit Gaden Cave. En una etapa de
25mm de altura la llama alcanza unos 75 mm fuera de la zona más
leve.
Debido a la baja concentración de O2 (proporcional a la alta
concentración de CO2), no había llama en los primeros 75mm, con
el más ligero chorro de gas. Este fenómeno no puede ocurrir con
los otros combustibles sólidos, como los fósforos y velas, ya
que el calor de la llama es necesario para vaporizar los
volátiles que quema.
COMO PERMANECE EL CO2 EN LAS CAVIDADES
Es un hecho comprobado
que el CO2 entra en las cuevas de varios maneras. Cada forma
tiene que ver con la relación entre la composición del gas de la
atmósfera de la cavidad y su variación con la de la atmósfera
exterior.
Las dos principales formas en las que el CO2 se queda
en las cuevas son los siguientes:
1. El CO2 es absorbido por el
agua subterránea que pasa a través de la superficie del suelo,
que contiene altas concentraciones del gas, debido a la
putrefacción de la vegetación. Este agua se filtra a través de
los estratos de roca y entra en el sistema subterráneo,
participando en el ciclo de deposición de calcita. En este caso,
la adición de más Dióxido de Carbono (CO2) a la atmósfera
subterránea desplaza el Oxigeno (O2) y el Nitrógeno (N2).
2. En
segundo lugar, el CO2 puede ser un subproducto orgánico y de
microorganismos o el metabolismo de la respiración de la fauna
cavernícola, como los murciélagos o los seres humanos.
Simplemente la concentración de Oxígeno (O2) se reduce en
proporción al aumento de Dióxido de Carbono (CO2), sin embargo
la concentración de Nitrógeno (N2) permanece constante.
Otro
factor que hay que considerar es que, en cuevas profundas, donde
el movimiento del aire es mínimo, el CO2 puede acumularse en la
parte inferior de la cavidad. Así que, a pesar de que el CO2
puede haber entrado en la cueva por uno de los dos métodos
mencionados anteriormente, una atmósfera subterránea muy
profunda puede permitir al CO2 hundirse a la parte más profunda
de la cueva y desplazar, desde allí, al O2 y N2.
Así, la
construcción de la concentración de CO2 en la zona superior de
la cavidad puede conllevar a una mayor concentración en el punto
más bajo en la cueva. Aunque el CO2 es 1,57 veces más pesado que
el Nitrógeno y 1,38 veces más pesado que el Oxigeno, tienen
tendencia a dispersarse en un volumen de aire aislado, debido a
la difusión molecular. En otras palabras una mezcla de gases no
separados en diferentes capas de densidad puede producir que los
gases permanezcan durante bastante tiempo en una cámara
subterránea.
Una posible explicación de la elevada concentración
de CO2 en cuevas profundas (con una atmósfera relativamente
normal), es que el CO2 se produce metabólicamente o entra en la
cueva a través de las aguas subterráneas, en mayor porcentaje
que el gas puede difundirse en la atmósfera de la cavidad, por
lo tanto, la solución gaseosa permanece más densa en la zona
inferior de la cavidad.
EFECTOS DE LAS EMISIONES DE CO2 EN LOS SERES HUMANOS
Cada persona tiene una reacción diferente a la tolerancia en
situaciones estresantes, los siguientes síntomas son generales,
sin embargo nadie está a salvo de los peligros por emisiones de
CO2.
Cuadro 2. Efectos fisiológicos, generalmente aceptados, en
diversas concentraciones de volumen de CO2.
| |
Concentración |
Comentarios |
|
| |
0,03% |
No ocurre nada, ya que es un índice normal de concentración
de Dióxido de Carbono en el aire. |
|
| |
0,5% |
La ventilación pulmonar aumenta en un 5%. Nivel máximo de
seguridad en el trabajo, recomendado para una jornada de 8
horas laborables en la industria (Estándar Australiano). |
|
| |
1,0% |
Los síntomas pueden comenzar a ocurrir, como sensación de
calor y humedad, falta de atención a los detalles, fatiga,
ansiedad, torpeza y pérdida de energía, que es comúnmente
manifestado como una debilidad en las rodillas. |
|
| |
2,0% |
La ventilación pulmonar aumenta en un 50%, y comienzan a
manifestarse dolores de cabeza después de varias horas de
exposición.
La acumulación de dióxido de carbono en el cuerpo después de
una respiración prolongada de aire que contiene alrededor
del 2% o mayor concentración, provoca que se perturbe la
función corporal haciendo que los fluidos se conviertan en
demasiado ácidos.
Esto dará como resultado la pérdida de energía y sensación
de decaimiento, incluso después de salir de la cueva.
Síntomas que pueden durar hasta varios días, en un entorno
adecuado para que el metabolismo corporal vuelva a la
normalidad. |
|
| |
3,0% |
La ventilación pulmonar aumenta en un 100%, después
excesivos jadeos, los síntomas pueden incluir, dolores de
cabeza, mareos y perturbación de la visión. |
|
| |
5 - 10% |
Violentos jadeos y fatiga, hasta el punto de agotamiento a
causa de la escasa respiración y severo dolor de cabeza. La
exposición prolongada al 5% podría provocar efectos
irreversibles para la salud. La exposición prolongada a > 6%
puede dar lugar a la inconsciencia y la muerte. |
|
| |
10 - 15% |
Jadeos intolerables, fuertes dolores de cabeza y rápido
agotamiento. La exposición durante unos minutos dará lugar a
la inconsciencia y la asfixia sin previo aviso. |
|
| |
25% al 30% |
Concentraciones extremadamente altas provocarán coma y
convulsiones en el plazo de un minuto de exposición. Certeza
de muerte. |
|
EFECTOS DE DEFICIENCIA DE OXIGENO (02) EN LOS HUMANOS
Si consideramos una atmósfera que contenga sólo Nitrógeno (N2) y
Oxigeno (O2), cuando el O2 se encuentra en una concentración
inferior a la normal en la atmósfera, el cuerpo humano se vería
afectado de la siguiente manera.
Cuadro 3. Efectos fisiológicos generalmente aceptados por
reducción de la concentración de Oxigeno (O2).
| |
O2% por volumen |
Síntomas |
|
| |
Reducción del 21 al 14% |
Primeros signos perceptibles de aumento de la tasa y volumen
de la respiración, la frecuencia del pulso se acelera y la
disminuye la capacidad para mantener la atención. |
|
| |
Entre 14 y 10% |
La conciencia continúa, pero la capacidad resulta dañada.
Rápida fatiga con el ejercicio. Algunas emociones se ven
afectadas, en particular los malos temperamentos son
despertados fácilmente. |
|
| |
10 y 6% |
Puede causar náuseas y vómitos. Pérdida de la capacidad para
realizar cualquier movimiento vigoroso, o incluso suceder a
todos. A menudo, la víctima puede no ser consciente de que
algo está mal hasta que se derrumba y no pueda caminar o
arrastrarse. Incluso si la reanimación es posible, puede
haber lesiones cerebrales permanentes. |
|
| |
A partir del 6% |
Jadeos violentos. Pueden aparecer movimientos convulsivos.
La respiración se para, pero el corazón puede continuar
funcionando por unos minutos, en última instancia, la
muerte. |
|
LA FORMA EN LA QUE EL CUERPO HUMANO SE DESHACE DEL DIÓXIDO DE
CARBONO (CO2)
El cuerpo humano, en condiciones normales, inhala del aire
aproximadamente un 21% de Oxígeno y un 0,03% de Dióxido de
Carbono. El aire exhalado de los pulmones contiene
aproximadamente un 15% de Oxígeno y un 5,6% de Dióxido de
Carbono. Una persona en reposo inhala y exhala unos 6 litros de
aire por minuto, pero en momentos de estrés, puede alcanzar más
de 100 litros por minuto.
El nivel de CO2 en la sangre es un estímulo importante para la
respiración.
Los receptores nerviosos en la aorta, cerca del corazón, y en la
arteria carótida que va al cerebro, vigilan los cambios en el
CO2 en el cuerpo. Si la cantidad de CO2 en la sangre aumenta,
tanto de la tasa como la profundidad de la respiración aumentan.
Los cambios en los niveles de oxígeno también están
supervisados, pero los receptores no son tan sensibles a los
cambios de oxígeno como a los del CO2. El intercambio de los dos
gases, Dióxido de Carbono y Oxígeno, tiene lugar en los
pulmones, por la difusión a través de las paredes de los
alvéolos. El Oxígeno del aire inspirado se difunde a través de
las paredes de los alvéolos y entra en la circulación sanguínea,
mientras que el Dióxido de Carbono se mueve en la dirección
opuesta. A continuación, los gases se transportan entre las
células de los pulmones y por la circulación sanguínea.
El principio por el ocurre la difusión de un gas en alta
concentración, se trasladará a una zona de concentración
relativamente baja, hasta que se alcance un punto de equilibrio.
Esto permite al cuerpo humano, con una concentración superior de
CO2 a difundir el aire inhalado. Normalmente el ser humano
expira al aire durante la respiración, un compuesto de
aproximadamente 5,6% de CO2 y del 14 a 15% de O2. Estas tasas
son suficientes para revivir a una persona con el método de la
respiración artificial (Expired Air Resuscitation (EAR).
LO QUE HAY QUE HACER FRENTE AL CO2
Tan pronto como se sospeche de la falta de aire o si falla la
“llama de prueba”, entonces todos los miembros del equipo
deberán inmediatamente salir de la caverna, de una manera
ordenada sin pánico. Los espeleólogos principiantes en el grupo
deben ser especialmente vigilados y orientados a la entrada de
la cavidad.
Cuando se efectúe un descenso vertical, de varios pozos en la
cavidad sospechosa de falta de aire, la primera persona que
desciende debería hacer controles exhaustivos de CO2. Además de
llevar colocado todo el equipo de ascenso y una reunión de
seguridad es una sabia opción en el caso de que el primer
espeleólogo que desciende pueda encontrarse de repente, en una
zona de alta concentración de CO2.
Los espeleólogos sólo deberían penetrar en áreas de falta de
aire durante circunstancias especiales, tales como operaciones
de búsqueda y rescate, exploración y en trabajos científicos.
En estas circunstancias deben tomarse precauciones especiales
para garantizar la seguridad del grupo.
CONCLUSIONES
Si no se dispone del sofisticado equipo de medición, el mejor
consejo es llevar a cabo un "Naked Flame Test" (Test de Llama de
Prueba) cuando algún miembro del grupo de exploración presente
las primeras señales de dificultad para respirar, dolores de
cabeza, torpeza, pérdida de la energía o cualquier otro de los
signos asociados a elevadas concentraciones de CO2.
Lo ideal sería utilizar un encendedor de gas. Esto reducirá la
cantidad de humos desagradables emitidos por los fósforos
quemados en los confines de una cueva.
Las pruebas de laboratorio han demostrado que la combustión de
un fósforo, vela o encendedor de butano, reducirá la
concentración de Oxigeno, hasta alrededor del 14,5% al 15%.
La concentración de oxigeno (O2), en condiciones normales, en la
atmósfera es del 21%. De hecho, un ser humano puede sobrevivir
en un ambiente que contenga, tan sólo, el 10% de Oxígeno.
El mejor consejo es: "En caso de duda, salir"… de manera
ordenada.
El verdadero peligro es la concentración de Dióxido de Carbono
(CO2) que es el principal mecanismo que activará, en el cuerpo
humano, un aumento de la tasa de respiración.
La exposición prolongada a una concentración de tan sólo el 5% o
6%, puede ser suficiente para causar asfixia. En la mayoría de
los casos, si una persona tiene alguno de los síntomas de
elevación de los niveles de Dióxido de Carbono, una simple
“prueba de la llama” delatará un fallo del encendido de la
llama. Esta es una clara señal de falta de aire y es hora de
abandonar la cavidad.
El Dióxido de Carbono cuando se trata con respeto, no es peor
que el riesgo de otros peligros en las cuevas.
IR AL TRABAJO COMPLETO EN PDF
|
