L'atmosfera in grotta puo` risultare con un ridotto contenuto di ossigeno per accumulo di altri gas ( [653] ),

• accumulo di CO₂ raccolta nel suolo da acque percolanti. In questo caso la concentrazione raggiunge al massimo 1% .
• prodotto di decomposizioni di materiale organico o dalla respirazione di animali (pipistrelli, uomini). Questo processo aumenta la concentrazione di CO₂ diminuendo quella di O₂ (N₂ resta invariato).
• combustioni di idrocarburi (fornelletto);
• accumulo di altri gas, metano, solfato di idrogeno, ... (emissioni vulcaniche)

Una elevata concentrazione di anidride carbonica (CO₂ >0.5% e O₂ <18% ), e` la situazione piu` comune. L'anidrice carbonica e` piu` pesante dell'aria e puo` restare accumulata sul fondo di sacche. Frequentemente c'e` un limite di transizione (circa un metro) tra la regione ad atmosfera normale e` quella ricca di anidride carbonica.

Non e` solo la presenza di anidride carbonica che rappresenta un problema per lo speleologo, ma anche la carenza di ossigeno. Si introduce l'indice dell'aria di grotta (CAI, Cave Air Index), rapporto fra la concentrazione di anidride carbonica e la diminuzione di concentrazione di ossigeno, Nell'atmosfera la concentrazione di CO<sub>2</sub> vale 0.03 e quella di ossigeno 20.8, percio` CAI=0.03. Piu` e` alto il valore di CAI maggiore e` la concentrazione di CO₂, anche senza riduzione di quella di ossigeno.

Quando si entra una grotta che potrebbe presentare problemi di atmosfera contaminata e` consigliabile portarsi una bomboletta di ossigeno per emergenza [654] . Questa dovrebbe essere portata dal primo che procede.

Fino al 3% l'anidride carbonica provoca aumento della respirazione (iperventialzione) e del battito cardiaco (oltre ad un sapore acido in bocca). Infatti l'anidride carbonica e` uno stimolatore della respirazione; con l'attivita` muscolare aumenta la concentrazione di anidride carbonica nel sangue (v. Sez. 6.2 ). pertanto l'effetto stimolante induce un meccanismo che tende a riportare a valori normali la percentuale di anidride carbonica, aumentando l'apporto di ossigeno. Se l'atmosfera e` ricca di anidride carbonica risulta piu` difficile ridurne la concentrazione nel sangue, e quindi ne risulta un aumento di attivita` respiratoria e cardiaca [655] [656] .

Respirando in atmosfera con percentuale ridotta di ossigeno si hanno i seguenti sintomi:

• da 21 a 14% aumento della respirazione, accelerazione del battito cardiaco e ridotta capacita` di attenzione.
• da 14 a 10% si resta coscienti ma la capacita` di giudizio e` ridotta. Spossatezza. Suscettibilita` emotiva.
• da 10 a 6% nausea, vomito, difficolta` motorie, possibilita` di collasso, e danneggiamento permanente al cervello.
• sotto 6% covulsioni, arresto respiratorio e morte.

Il pericolo della anidride carbonica non e` tanto la carenza di ossigeno ma i suoi effetti diretti. Quando la concentrazione di anidride carbonica

• 0.5-1% iperventilazione (aumento del 5% ), ridotta attenzione, fatica, debolezza. 0.5% e` il limite a cui una persona puo` essere esposta in un ambiente di lavoro.
• 2% iperventilazione (parziale), mal di testa, accumulo nei tessuti che produce spossatezza (acidosi).
• 3% iperventilazione (totale), mal di testa, disturbi visivi, confusione. Affanno in seguito a lieve attivita`.
• 5-10% respirazione affannosa, mal di testa, stordimento e sudore, spossatezza. Congestioni alle estremita`: dita delle mani, labbra. Possibilita` di danneggiamenti irreversibili a seguito di esposizione prolungata.
• 10-15% si hanno convulsioni, con perdita di coscienza e soffocamento in pochi minuti.
• 25-30% si ha narcosi completa, coma e collasso circolatorio con insufficienza respiratoria.

Qualora si sospetti la presenza di anidride carbonica, bisogna prestare attenzione a non entrare in zone con concentrazione superiori al 6% . Fino a questo limite si riesce ad operare in relativa sicurezza. L'uso di fiammiferi, candele, accendini stima la quantita` di ossigeno piuttosto che quella di anidride carbonica. In genere i primi due cominciano a bruciar male con 17% di ossigeno e si spengono intorno al 15% di ossigeno. L'accendino (a butano) fino al 15% funziona, poi ha problemi intorno al 14% [655] .

Rilevatori elettronici di anidride carbonica utilizzano un sensore con elettrolita solido a cationi Na⁺ [657] . Il catodo e` di carbonato di litio Li<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>, e le reazioni chimiche sono In presenza di anidride crabonica la prima reazione (al catodo) e` spostata a sinistra a diminuisce la forza elettromotrice della cellula elettrolitica. Questa e` data dalla legge di Nernst, dove R e` la costante di gas, F la costante do Faraday, T la temperatura in gradi assoluti, ed E_c un valore costante. Il coefficiente di caduta della EMF risulta circa 0.05 if funzione del logaritmo della concentrazione di CO₂ [in ppm].

La cellula deve essere riscaldata in modo da mantenerla a temperatura costante poiche` la forza elettromotrice varia con la temperatura (la differenza di EMF in presenza di CO2 varia invece poco con la temperatura). Il sensore CO<sub>2</sub> e` praticamente insensibile al monossido di carbonio. L'intervallo di operazione va da 300 a 5000 ppm. L'accuratezza e` del 2% , pero` dato che la dipendenza dalla concentrazione di CO₂ e` logaritmica, il sensore e` piu` accurato per basse concentrazioni che alle alte.

Sensori a fiale sono utilizzati nell'industria alimentare. Non so su che principio si basino.

Sensori a infrarosso sono utilizzati nell'industria. Si tratta di misurare la percentuale di assorbimento di luce infrarossa ed in base as essa si risale alla percentuale di CO₂. L'intervallo di rilevazione va dal 2% al 100% , ed hanno una accuratezza del 2% .

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