Studium podziemnego miasta Derinkuyu w Kapadocji, zlokalizowanego w materiałach piroklastycznych / Vladimír Nývlt, Józef Musilek, Jiří Čejka, Ondrej Stopka

Przejście w podziemnym mieście. Z Wikimedia Commons, bezpłatnego repozytorium multimediów.

Streszczenie

Celem artykułu jest przedstawienie studium przypadku historycznego podziemnego miasta zbudowanego dla 20 tysięcy osób. Jest to bardzo specyficzna koncepcja budowlano-miejska związana z wydobyciem materiałów budowlanych ze skał tufowych. Te piroklastyczne materiały wyrzucił wulkan w kontakcie z anatolijskimi i arabskimi płytami tektonicznymi. Do budowy miasta wykorzystano wyjątkowe warunki brzegowe. Faktem jest, że mamy łatwo wydobywalny materiał budowlany, który jest samonośny i nie wymaga dodatkowego wzmocnienia. Oznacza to, że te miękkie i stabilne skały pozwoliły na stworzenie dużego systemu jaskiń z kompletną infrastrukturą, która była potrzebna temu podziemnemu miastu. Umieszczano w nim zarówno część mieszkalną, jak i magazynową, edukacyjną, religijną, studnie, systemy wentylacyjne czy stajnie dla zwierząt. W regionie Kapadocji istniało do 36 miast. Dokładna liczba zależy od zastosowanych kryteriów klasyfikacji.

Słowa kluczowe: podziemne miasto; tufy; jaskinie; infrastruktura.

1. Wprowadzenie

Derinkuyu jest doskonałym przykładem historycznego miasta, zbudowanego w podziemiach w środkowej Anatolii (ryc. 1). Jego zasięg przestrzenny jest niesamowity, mógł pomieścić do 20 tysięcy mieszkańców. Cały podziemny system ma do 18 pięter, podczas gdy głębokość najgłębszego piętra wynosi do 85 m. To historyczne miasto zostało odkryte stosunkowo niedawno, w 1963 roku, kiedy dokonano rekonstrukcji obu domów. Dla zwiedzających zostało otwarte w 1969 roku [7]. Podziemia były użytkowane do XIX wieku, po czym o nich zapomniano. Czas powstania nie jest dokładnie datowany. Wiadomo jedynie, że były wykorzystywane w minionych wiekach. Istnieje wiele teorii na ten temat. Wielu autorów datuje jego powstanie na okres Hetytów. Atrakcją konstrukcyjną jest to, że miasto ma tylko jedno główne wejście, które jest również chronione przez duży okrągły kamień z systemem chowania. Oznacza to, że jego obrona była bardzo skuteczna, ponieważ obrona wąskiego otworu była stosunkowo dobrze realizowana. Otwory o większej powierzchni byłyby znacznie słabiej chronione.

Jeśli myślimy o rozwoju architektury w przyszłości, jest oczywiste, że demografia w przyszłości zwiększy potrzebę budowy podziemnych miast, które staną się częścią miasta leżącego na powierzchni. Jest to już obecny stan, ponieważ większość miast na świecie ma rozbudowany system podziemnych struktur. Z czasem wymagania te jeszcze wzrosną. Wiąże się to z większymi wymaganiami infrastrukturalnymi, środowiskowymi, pojemnościowymi i nie tylko. W podziemnych miastach będzie wykorzystywana cała seria podziemnych technologii, a wiele z nich stanie się bardziej zurbanizowanych. Wykorzystanie przestrzeni podziemnej jest nadal gorącym tematem ze względu na rosnące zajęcie powierzchni. Jak pokazano w publikacjach [14], [12] i [3], [4].

Ryc. 1 Ogólny schemat podziemnego miasta Kapadocja

2. Charakter budynków w podziemnym mieście

W podziemnym mieście znajduje się ogromna liczba różnych obiektów. Zarówno według ich wielkości, jak i w zależności od przeznaczenia. Pod względem wielkości są dość małe jaskinie, w których zostały umieszczone grobowce. Podczas gdy istnieje ogromna jaskinia, w której znajdowała się szkoła lub miejsce spotkań towarzyskich, sypialnie, kuchnie, łazienki, stajnie dla zwierząt, zbiorniki na wodę, jaskinie zbierające wodę do studni, przechowywanie żywności, wina, oddzielne grobowce i miejsce pochówku, skład broni (rys. 2).

Ryc. 2 Ogólny schemat podziemnego miasta Kapadocja.

Ale są też dość specyficzne obiekty, których nie znajdziemy w miastach zbudowanych na powierzchni. Są to szyby wentylacyjne, tunele łączące itp. Jest oczywiste, że Derinkuyu jest jednym z największych podziemnych miast na świecie. Reprezentuje również największą koncentrację podziemnych miast na świecie. Poszczególne piętra były wzajemnie połączone otwieranymi drzwiami. Kamienne okrągłe drzwi można otworzyć tylko od wewnątrz ze względów bezpieczeństwa. Podziemnymi przestrzeniami w Kapadocji zajmowali się również [5] [8].

3. Koncepcja podziemnego miasta

Koncepcja ośrodka miejskiego była bardzo dobrze rozwinięta w stosunku do jego wieku (rys. 3). Najważniejszym systemem istnienia miasta jest stworzenie samonapędzającej się klimatyzacji. Odkryto ponad 50 szybów wentylacyjnych. Zostały one zaprojektowane tak, aby umożliwić samoczynną cyrkulację powietrza. Cały system został zaprojektowany tak, aby wszystkie najniższe i najbardziej oddalone części były wystarczająco wentylowane, aby zapewnić niezbędne warunki do życia. W Kaymakli znajduje się kolejne duże podziemne miasto. Zostało ono odkryte niedawno, a jego podziemny zasięg jest jeszcze większy. Jednocześnie te podziemne miasta zostały połączone ze sobą; odległość między nimi wynosi 9 km. Miasta mogą być połączone z innymi podziemnymi miastami. Jest to zakładane, ale nie udowodnione. Z punktu widzenia publicznego zaopatrzenia w żywność wykazano, że istniały zwierzęta, zwłaszcza bydło. Tajemnicą pozostaje, w jaki sposób pozyskiwano paszę dla bydła. Oczywiste jest, że zwierzęta otrzymują pożywienie z powierzchni. Jednak musi to być niebezpieczne dla bezpieczeństwa podziemnego miasta.

Rys. 3 Specyfika zabudowy miast podziemnych.

4. Przyczyny budowy podziemnych miast

Podstawowym warunkiem budowy podziemnych miast były warunki bezpieczeństwa (rys. 4). Różni się ono oczywiście w zależności od możliwości militarnych i technologicznych różnych cywilizacji w danym okresie historycznym. Oznacza to, że w przeszłości ludzie ukrywali się przed najazdami koni i armii piechoty. Obecnie ochrona podziemna ma na celu ochronę przed atakami nuklearnymi i innymi atakami bombowymi. Dopiero w następnej kolejności jest skierowana przeciwko atakom dwóch przeciwnych stron. Podstawową przewagę uzyskuje się na początku. Ludzie mogą ukryć się przed wrogiem, gdy nie są dla niego łatwo dostępni. Bezpieczeństwo podziemnych miast nie jest w pełni zabezpieczone. Podczas odsłaniania potencjalnych wrogów pojawiają się również pewne zagrożenia bezpieczeństwa, z którymi inne budynki nie muszą sobie radzić. Obejmują one możliwość zalania podziemnej przestrzeni, ataku gazowego itp., problem bezpieczeństwa z systemem wentylacji (opary lub inne zanieczyszczenie gazem). Istnieje również kwestia zagłodzenia ludności i tak dalej.

Innym powodem budowy podziemnych miast jest potrzeba zmniejszenia zajmowanej powierzchni. Wraz z rosnącą presją na zajmowanie powierzchni, istnieje większa potrzeba budowy podziemnych miast. Jednak budowa podziemnego miasta nie oznacza automatycznie, że te podziemne miasta nie będą już potrzebowały zajmowania powierzchni. Istnieje reguła, że im większe, bardziej rozległe i głębsze podziemne miasto, tym większa presja na zajmowanie powierzchni. Jest oczywiste, że każde podziemne miasto potrzebuje pewnego rodzaju usług na powierzchni.

Trzecim powodem jest potrzeba zmniejszenia zapotrzebowania na energię do ogrzewania. Biorąc pod uwagę strefy klimatyczne planety Ziemia, istnieje strukturalne zapotrzebowanie na energię do ogrzewania lub chłodzenia przestrzeni życiowej ludzi. Im większa różnica między temperaturą dzienną i nocną, tym większe zapotrzebowanie na ogrzewanie. W strefach klimatycznych o niższych temperaturach w zimie, zapotrzebowanie to jest automatycznie wyższe. Przestrzeń podziemna zapewnia nam względnie stałe środowisko klimatyczne w ciągu roku. Cały proces prowadzi do zmniejszenia energochłonności przestrzeni mieszkalnej. W podziemnych miastach możemy lepiej realizować budynki niskoenergetyczne. Lokalizacja obiektów pod powierzchnią ziemi lepiej izoluje od temperatur panujących na powierzchni.

Czwartym powodem jest zmniejszenie zanieczyszczenia hałasem w miastach. Oczywiste jest, że miasto ze względu na liczbę maszyn i innych urządzeń mechanicznych generuje wysoki poziom hałasu. Jest to istotny problem dużych miast. Zmniejszają one problem hałasu w miastach poprzez umieszczenie szeregu obiektów o dużym natężeniu hałasu pod ziemią, a także przestrzenne oddzielenie miejsc operacji od siebie. Istnienie podziemnych miast jest wykorzystywane w systemie edukacji, w zakresie budownictwa podziemnego i wielu innych sektorach [13] [2].

Piątym powodem jest zmniejszenie obciążenia pyłowego miast. W przypadku miast położonych na powierzchni należy umieścić wymagające operacje w celu zapylenia w podziemiu. Kierunek i kontrola przepływu powietrza są technicznie łatwiejsze do zarządzania.

Szósty powód wiąże się ze zmniejszeniem obciążenia środowiskowego miast. Im większa przestrzeń podziemnych miast w środowisku, tym większa możliwość zmniejszenia obciążeń środowiskowych miast.

Kolejnym powodem wdrażania podziemnych konstrukcji są wysokie wymagania dotyczące transportu. Rosnąca populacja na powierzchni komplikuje transport, który staje się nie do utrzymania. Wynika z tego, że musimy zlokalizować te budynki w przestrzeniach podziemnych.

Ósmy powód obejmuje potrzebę skrócenia czasu przemieszczania się ludzi do pracy i miejsca zamieszkania. Tej potrzeby w dużych miastach nie da się rozwiązać w żaden inny sposób niż umieszczając infrastrukturę w przestrzeniach podziemnych.

Dziewiątym powodem jest dążenie do zachowania istniejących wartości historycznych, kulturowych i architektonicznych miast. Konieczne jest zbudowanie nowej części miasta w podziemiach, jeśli chcemy zachować historyczne obszary miejskie, a jednocześnie w ich życiu i pracy. Wykorzystanie przestrzeni podziemnej zostało przedstawione w licznych publikacjach [11].

Ryc. 4 Schemat – przyczyny budowy podziemnych miast.

5. Warunki brzegowe dla budowy miast podziemnych

Warunki brzegowe obejmują budowę podziemnych miast w określonych warunkach geologicznych, wybranej technologii drążenia (opcje technologiczne drążenia) i możliwości technologicznych (TEB – wyposażenie techniczne budynków) (rys. 5). Ekonomika podziemnego miasta jest niezbędna dla jego rozwoju [9] [21]. Warunki geologiczne determinowane są budową geologiczną masywu skalnego. Predysponuje to charakter właściwości geotechnicznych skał, z których najważniejszą właściwością jest urabialność skał i wytrzymałość na ściskanie. Do budowy miast odpowiednie jest, aby twardość skał nie była zbyt wysoka. To był powód budowy miasta Derinkuyu, ponieważ jest ono zbudowane w łatwo eksploatowanych skałach piroklastycznych, odpowiednio w tufach. O stabilności środowiska geologicznego wpływającego na procesy endogeniczne i egzogeniczne. Stwierdzono to w publikacji [20]. Konieczne jest również, aby górotwór był stabilny przed zawaleniem. Ma to zapobiec zawaleniu się nadkładu. Ważne są również warunki hydrogeologiczne. Wynika to z potencjalnego zalania struktur podziemnych. Z tego punktu widzenia najlepszą opcją jest brak wody. W przypadku, gdy woda się pojawi, należy ją wypompować. Ale musimy również dopilnować, aby zmiana warunków hydrogeologicznych nie zniszczyła dostaw wody i nie spowodowała zanieczyszczenia. Przydatność środowiska geologicznego jako gruntu fundamentowego została zbadana w publikacji [19]. Obejmuje to również szczelinowanie górotworu, które jest spowodowane głównie tektonicznym oddziaływaniem na górotwór. Ważny jest rozmiar uskoku skały, orientacja, długość, powierzchnia itp. Charakterystyka środowiska geologicznego jest również analizowana w publikacji [1]. Realizacja wyrobiska i jego aktualne możliwości to kolejny warunek brzegowy budowy podziemnych miast. Musimy wybrać metodę, która jest ekonomiczna, ale nie narusza stabilności górotworu. Jeśli warunki geologiczne byłyby gorsze pod względem stabilności, wówczas wybrana metoda wydobycia musi być wystarczająca do wzmocnienia i zapewnienia nowo utworzonych pustek.

Możliwości technologiczne TEB (- wyposażenie techniczne budynków) są kolejnym bardzo ważnym warunkiem brzegowym dla realizacji podziemnych miast. Oznacza to, że podziemne miasta są trudniejsze niż struktury powierzchniowe. Chodzi o bezpieczeństwo klimatyzacji, ogrzewania, elektryczności, wody, kanalizacji itp. Niniejsze opracowanie jest kontynuacją wcześniejszych badań [17] [6] [10] czy [18].

Rys. 5 Schematyczny diagram warunków brzegowych przy budowie miast podziemnych.

6. Podsumowanie

Podziemne miasta stanowią bardzo szczególne środowisko z kilku punktów widzenia. Charakter tych budynków jest oceniany pod względem wielkości poszczególnych kawern. Od małych jaskiń, w których znajdują się grobowce, do jaskiń o dużych rozmiarach, które były wykorzystywane do celów społecznych, takich jak szkoły lub miejsca kultu religijnego. Ponadto istnieją obszary szybu i tuneli łączących. Reprezentuje to całkowicie specyficzne obszary funkcjonalne.

Innym punktem widzenia jest koncepcja podziemnego miasta. Było ono w podziemnym mieście bardzo dobrze rozwinięte. Istnienie dziesiątek szybów wentylacyjnych pozwala na dobrą cyrkulację powietrza. Podziemne miasta były ze sobą jednocześnie połączone. W podziemnych miastach nie brakowało również miejsca na hodowlę zwierząt domowych.

Jest to również ważny powód budowy podziemnych miast. Podstawowym warunkiem brzegowym ich budowy były warunki bezpieczeństwa. Jest to środowisko, które zapewnia doskonałe schronienie i ochronę przed potencjalnymi wrogami, którzy nie są świadomi istnienia miasta. Jednak w odsłonięciu istnieje wiele ryzyk, które powstają i stanowią zagrożenie. Ryzyko to istnieje tylko w strukturach podziemnych. Jest to zalanie podziemnej przestrzeni, atak gazowy, problem głodu itp. Zaletą realizacji podziemnych miast jest także eliminacja zajmowania powierzchni, które mogą być efektywnie wykorzystane do celów rolniczych itp. Oczywiście w związku z drążeniem podziemnych struktur konieczne jest określenie zajętości powierzchni. Zmniejszają one również zapotrzebowanie na energię cieplną, ale jest to również związane z warunkami klimatycznymi, w jakich budowane jest miasto. W podziemiach eliminowane jest również zanieczyszczenie miast hałasem.

Z punktu widzenia działalności przemysłowej korzystne może być umieszczenie ich przestrzeni w podziemiach w celu zmniejszenia obciążenia pyłem w miastach. Ma to również zastosowanie w kontekście stresu środowiskowego w miastach. Umieszczenie infrastruktury w podziemiach zmniejsza koszty transportu, ale także skraca czas przemieszczania się ludności. Transport i ruch w metrze są zupełnie inne niż w miastach naziemnych, ogólnie możliwości i zasady transportu są różne [15] [16]. Wprowadzenie metra pomaga również zachować istniejącą wartość historyczną, kulturową i architektoniczną.

Warunki brzegowe budowy podziemnych miast są dość specyficzne. Składają się na nie warunki geologiczne, wybór technologii drążenia oraz możliwości technologiczne. Budowa geologiczna jest istotna z punktu widzenia urabiania skał, urabialności skał i wytrzymałości skał na jednoosiowe ściskanie. Twardość skał nie może być zbyt duża, jednocześnie musi to być stabilny górotwór. Korzystne muszą być również warunki hydrogeologiczne, odpowiednio zabezpieczone przed powodzią i zanieczyszczeniem wody.

Z punktu widzenia realizacji technologii wyrobisk jest to ważny wariant, który nie powinien naruszać górotworu i tym samym zakłócać jego stateczności. Obiekty te są znacznie bardziej wymagające pod względem bezpieczeństwa klimatyzacji, ogrzewania, instalacji elektrycznej, wodno-kanalizacyjnej itp.

Bibliografia

[1] Aydan, Ö. Ulusay, R. Geomechanical evaluation of Derinkuyu Antique Underground City and its implications in geoengineering. Rock mechanics and rock engineering, 46(4), 2013, pp.731-754.
[2] Biba, V., Klepancová, M. The opinion of students on the subject of chemistry – by examining the test of independence. Trends in education,
Olomouc: Palacky University in Olomouc, (8), 1, 2015, p. 22-26. ISSN 1805-8949.
[3] Durmisevic, S. The future of the underground space. Cities, 16(4), 1999, pp. 233-245.
[4] Durmisevic, S., Sariyildiz, S. A systematic quality assessment of underground spaces–public transport stations. Cities, 18(1), 2001, pp. 13-23.
[5] Erdem, A. Subterranean space use in Cappadocia: The Uchisar example. Tunnelling and Underground Space Technology, 23(5), 2008, pp. 492-
499.
[6] Kampf, R., Hitka, M., Potkany, M. Interannual differences in employee motivation in manufacturing enterprises in Slovakia. Communications.
16 (4), 2014, pp. 98-102, ISSN 1335-4205
[7] LeMaitre, A., Milton, L. Turkey. Prague: Ikar, 2007. p 408. ISBN 978-80-249-0855-7. (in Czech)
[8] Lepetit, P., Viereck-Goette, L., Schumacher, R., Mues-Schumacher, U., Abratis, M. Parameters controlling the density of welded ignimbrites—
a case study on the Incesu Ignimbrite, Cappadocia, Central Anatolia. Chemie der Erde-Geochemistry, 69(4), 2009, pp. 341-357.
[9] Ližbetin, J., ýerná, L., L’och, M. Model evaluation of suppliers in terms of real company for selected criteria. Nase More, Dubrovnik: University
of Dubrovnik, (62), 3, 2015, pp. 147-152. ISSN 0469-6255. doi:10.17818/NM/2015/SI11.
[10] Mikeš, J., Stepanova, E., Vanžurová, A. Sándor, B., Berezovski, V., Chepurna, E., Chodorová, M., Chudá, H. Gavrilchenko, M., Haddad, M.,
Hinterleitner, I., Jukl, M., Juklová, L., Moldobaev, D., Peška, P., Shandra, I., Shiha, M., Smetanová, D., Stepanov, S., Sobchuk, V., Tsyganok,
I. Differential Geometry of Special Mappings. 1. vyd. Olomouc: Palacky University, Olomouc, 2015, p. 566. Monograph. ISBN 978-80-244-
4671-4.
[11] Roberts, D. V. Sustainable development and the use of underground space. Tunnelling and Underground Space Technology, 11(4), 1996, pp.
383-390.
[12] Rönkä, K., Ritola, J., Rauhala, K. Underground space in land-use planning. Tunnelling and Underground Space Technology, 13(1), 1998, pp.
39-49.
[13] Šimandl, V., Dobiáš, V., Šerý, M. ICT The influence of teaching methods during technical e-safety instruction. In: The Proceedings of International Conference on Informatics in Schools: Situation, Evolution and Perspectives. ISSEP 2015 [online]. Ljubljana: University of Ljubljana,
Faculty of Computer and Information Science, 2015, p. 65-66.
[14] Sterling, R. Underground technologies for livable cities. Tunnelling and underground space technology, 12(4), 1997, pp. 479-490.
[15] Stopka, O., Bartuška, L., Kampf, R. Passengers’ evaluation of the integrated transport systems. Nase More, Dubrovnik: University of Dubrovnik, (62), 3, 2015, pp. 153-157. ISSN 0469-6255. doi:10.17818/NM/2015/SI12.
[16] Stopka, O., ýejka, J., Kampf, R. Bartuška, L. Draft Of The Novel System Of Public Bus Transport Lines In The Particular Territory. In
Transport Means – Proceedings Of The 19th International Scientific Conference on Transport Means. 1. vyd. Kaunas (Lithuania): Kaunas
University of Technology, 2015, p. 39-42, 4 s. ISSN 1822-296X.
[17] Stopka, O., Gašparík, J., Šimková, I. The Methodology of the Customers’ Operation from the Seaport Applying the “Simple Shuttle Problem”.
In: Nase More, Dubrovnik: University of Dubrovnik, (62) 4, 2015, pp. 283-286. ISSN 0469-6255. doi: 10.17818/NM/2015/4.7.
[18] Vargová, M., Smetanová, D. Infinite series and their visualization. Math teacher, Prague: Prague JýMF, (23),4, 2015, p.193-205. ISSN 1210-
9037.
[19] Vondráþková, T., Musílek, J., Kais, L. The Issue of Soft Rocks Causing Problems in Foundation Engineering. Procedia Earth and Planetary
Science, 15, 2015, pp. 54-59.
[20] Vondráþková, T., Škoda, S., Vlþek, J. The Negative Impact of Endogenous Factors on the Foundation Soil of Buildings. Procedia Earth and
Planetary Science, 15, 2015, pp. 49-53.
[21] Zeman, R., Stuchlý, J. Andrey Artemov. Analysis of bank fees in the Czech Republic, Analiz bankovskich platežej v ýešskoj respublike. In
Sbornik trudov k5-j mezdžunarodnej nauþno-praktiþeskoj konferencii. 1. vyd. Moskva: Izdatel´stvo ZAO, 2015. p. 36-47, 12. ISBN 978-5-
8125-2098-4.

Vladimír Nývlta*, Josef Musíleka , JiĜí ýejkab , Ondrej Stopkac

a VŠTE-Institute of Technology and Business in ýeské BudČjovice, Faculty of Technology, Department of Civil Engineering, Okružní 517/10, 370 01 ýeské BudČjovice, Czech Republic

b VŠTE-Institute of Technology and Business in ýeské BudČjovice, Faculty of Technology, Department of Informatics and Natural Sciences, Okružní 517/10, 370 01 ýeské BudČjovice, Czech Republic

c VŠTE-Institute of Technology and Business in ýeské BudČjovice, Faculty of Technology, Department of Transport and Logistics, Okružní 517/10, 370 01 ýeské BudČjovice, Czech Republic.

• Corresponding author. Tel.: +420-387-842-197
  E-mail address: nyvlt@mail.vstecb.cz