Variation of Air Temperature Inside Carbonate Area Caves

석회암 지역에 분포하는 동굴의 내부 온도 변동 특성

This study was conducted in order to evaluate the characteristics of air temperature fluctuation inside the Daegeumgul, Ondaldonggul, and Seongnyugul Caves, which are the most representative limestone caves in Korea, and also to assess the effects of air temperature on cave temperature. Temperature was measured hourly at three sites in Daegeumgul, Ondaldonggul, and Seongnyugul Caves from April 13 to June 25, 2019. Additionally, air temperature data for the areas around the caves was provided by the Meteorological Administration. Using this collected data, the basic statistical measure of fluctuation characteristics over time was ascertained, and time series analyses were performed. Wide variation of temperature was exhibited in the order of the cave entrance, the cave water inflow point, and the midpoint. Cave temperature was observed to increase gradually during the study period. There was a vast range in temperature at the Daegeumgul station located approximately 150 m outside the cave, but it remained nearly constant beyond the midpoint. Although the effect of air temperature was not significant due to the influence of visitors, the effect of air temperature on cave temperature gradually decreased from the entrance to the interior. At Ondaldonggul, there was a wide range in temperature recorded at the entrance due to the influence of air temperature, but it stayed almost constant in the interior. However, at the site where cave water flows into the cave, temperature was influenced by the cave water temperature. At Seongnyugul, there was a distinct fluctuation in temperature recorded at the cave entrance, while the middle of the cave remained nearly constant. Temperature fluctuated due to the air temperature at the entrance, while at the middle of the cave, measurements were expected to be affected to a greater extent by the lake water temperature than by the air temperature. However, this pattern was not observed. According to the time series analysis results, in all caves, fluctuations of air temperature affected cave temperature after approximately one hour. Cave size and structure, water presence, the entrance's size and shape, air flow, and visitor patterns can all influence cave temperature. Therefore, consideration of these factors is very important in the pursuit to clearly understand cave temperature characteristics.

이 연구는 국내 대표적인 석회 동굴인 대금굴, 온달동굴, 성류굴의 내부 온도 변동의 특성과 기온이 동굴 내부 온도에 미치는 영향을 평가하기 위하여 수행되었다. 2019년 4월 13일부터 2019년 6월 25일까지 대금굴, 온달동굴 및 성류굴의 각 세 지점에서 매시간 온도를 측정하였다. 또한, 같은 기간에 동굴 주변의 기온 자료를 기상청에서 수집하였다. 수집된 자료의 기초 통계, 시간에 따른 변동 특성, 시계열 분석을 수행하였다. 대금굴, 온달동굴 및 성류굴에서 동굴 입구, 동굴수 유입 지점, 중간 지점 순으로 온도 변화가 크게 나타났다. 연구 기간 동안에 동굴 온도는 점차 증가하는 경향을 보였다. 대금굴은 외부로부터 약 150m에 위치한 모노레일 정류장에서 온도 변화가 크게 나타났고, 중간 지점 이후부터는 거의 일정하게 유지되었다. 정류장에서는 관람객의 영향으로 인해 기온의 영향이 크게 나타나지는 않았지만, 동굴 입구에서 내부로 갈수록 기온의 영향이 점차 감소하였다. 온달동굴은 입구에서 기온의 영향으로 온도가 넓은 범위를 보였지만 내부는 거의 일정하게 유지되었다. 그러나 동굴 내 관람 구간 가장 안쪽의 동굴수가 유입되는 지점에서는 유입되는 동굴수의 수온이 동굴 온도에 영향을 주었다. 성류굴은 입구와 중간 지점에서 뚜렷한 온도 변화를 보이고 내부는 거의 일정하게 유지되었다. 입구는 기온의 영향으로 온도 변화가 나타났지만, 중간지점은 기온보다는 호수의 수온에 영향을 더 많이 받은 것으로 추정되었다. 그러나 이번 연구에서는 이를 명확하게 설명하지 못하였다. 시계열 분석 결과 모든 동굴에서 기온이 약 1시간이 지난 후에 동굴 내부 온도에 영향을 주는 것으로 평가되었다. 동굴의 규모, 내부 구조, 동굴수, 동굴 입구의 크기와 형태, 공기의 흐름, 관람객 등이 동굴의 온도에 영향을 줄 수 있으므로 동굴 온도 변동 특성을 명확하게 이해하기 위해서는 이러한 요소들도 함께 고려되어야 한다.