안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
동굴 내부의 이산화탄소 농도가 짧은 시간 내에 급격히 변하는 것은 외부 기상 변화에 따른 기류 역전, 암석 틈새의 기압 차이, 지하수의 가스 방출, 그리고 사람의 호흡이 모두 작동하기 때문입니다.
동굴 내부 온도는 연중 일정하지만 외부 기온은 하루 동안에도 크게 변합니다. 외부 기온이 동굴 내부 온도보다 낮아지거나 높아지는 경계 지점에서 동굴 안팎의 공기 밀도 균형이 깨집니다. 이 순간 공기의 흐름이 굴뚝처럼 강하게 형성되거나 반대로 뒤집히면서, 동굴 깊은 곳에 쌓여 있던 고농도 CO₂가 순식간에 밖으로 빠져나가거나 반대로 밀폐되어 고이게 됩니다. 또한, 외부에 저기압이 통과하는 등 기압이 급격히 떨어지면, 동굴 벽면의 미세한 암석 틈새나 다공성 공간에 고여 있던 높은 농도의 CO₂가 메인 통로 쪽으로 수축과 팽창 작용에 의해 일시에 뿜어져 나옵니다. 이외에도 식물 뿌리 호흡과 미생물 분해 작용 때문에 토양 속 공기는 일반 대기보다 CO₂ 농도가 10~100배 이상 높습니다. 이 토양을 거쳐 빗물이 동굴 천장 암석 틈으로 떨어질 때, 동굴 내부의 상대적으로 낮은 CO₂ 분압을 만나면서 탄산음료 뚜껑을 열었을 때처럼 수분 내에 기체를 공기 중으로 대량 방출합니다.