Je more meter nad morom?

23. máj. 2016 • Technické vedy

Je more meter nad morom?

Človek si takmer od svojich počiatkov mapoval životné teritórium, veď mapový obraz Zeme sa niekde objavuje skôr než poznanie písma.

Aby sa zjednotili lokálne výškové systémy a zadefinoval sa svetový výškový systém, je potrebné zvoliť si jednu základnú referenčnú plochu, ktorá by prechádzala akýmsi stredom ustálenej hladiny mora po celom svete.

Keďže výsledky a metodika výpočtov slovenských vedcov zaujali medzinárodnú odbornú komunitu, jednou zo štyroch skupín vedeckého tímu sa stali aj vedci zo Slovenskej technickej univerzity v Bratislave.

Geodézia je jedna z najstarších vied o Zemi. Jej začiatky siahajú do období dávno pred naším letopočtom a spájajú sa nielen s túžbou poznávať, ale predovšetkým s praktickými potrebami života. Popri základných zememeračských postupoch, ktorých úlohou bolo najmä mapovanie životného priestoru a vytyčovanie stavebných objektov, sa ľudstvo už od nepamäti zaoberalo aj otázkami: Aký tvar má naša planéta? A aká je veľká?

Výrazný míľnik v poznávaní našej planéty prinieslo objavenie Ameriky (1492) a prvé oboplávanie sveta Magalhãesovou výpravou v rokoch 1519 – 1522. Asi o dve storočia neskôr, po významných bádaniach Kopernika, Keplera či Galilea, prišiel známy spor o sploštení Zeme medzi Newtonom (zakladateľom teórie gravitácie) a Cassinim. Tento spor vyústil až do experimentálneho overenia ich tvrdení pomocou tzv. stupňových meraní, a to v rovníkovej oblasti v Peru a v polárnom Laponsku (1735 až 1743). Merania dali za pravdu Newtonovi, čím sa dokázalo sploštenie Zeme smerom k pólom.

Ružicové misie CHAMP a GOCE monitorujúce tiažové pole Zeme.Ďalší výrazný krok v geodézii prišiel s vypustením prvej umelej družice. Sledovaním dráh družíc sa mohli ďalej spresňovať informácie o tvare a sploštení Zeme, ako aj o priebehu jej tiažového poľa. V súčasnosti vieme pomocou družicovej geodézie a globálnych navigačných systémov (napr. americký GPS, ruský GLONASS alebo pripravovaný európsky GALILEO) veľmi presne určovať priestorovú polohu bodov na zemskom povrchu, a tak monitorovať aj deformácie či posuny jej litosférických dosiek. Od 90. rokov minulého storočia môžeme pomocou tzv. altimetrických družíc veľmi presne monitorovať aj hladinu morí a oceánov.

Od Jadranu k Baltu

Základnou úlohou modernej geodézie je teda určovanie veľkosti Zeme, jej tvaru a tiažového poľa. S tým súvisí aj určovanie polohy bodov na zemskom povrchu. V minulosti sa väčšinou určovala osve horizontálna poloha bodov (polohopis) a osve ich vertikálna zložka (výškopis). Vertikálna zložka, teda nadmorská výška bodov, sa odvodzovala a ešte vždy odvodzuje z nameraných výškových rozdielov (prevýšení) medzi jednotlivými bodmi na zemskom povrchu, pričom každý výškový systém má definovaný tzv. nultý referenčný bod (bod s nulovou výškou). Ten je zväčša definovaný priemernou hladinou mora vo vybranom maregrafe (vodočte).

Na území Slovenska bol najdlhšie platný Jadranský výškový systém, a to približne od 80. rokov 19. storočia. Jeho nultý referenčný bod sa nachádzal v Terste pri Jadranskom mori. Ešte v rámci Rakúsko-Uhorska sa odtiaľ pomocou nivelácie preniesla výšková informácia až na základný nivelačný bod na území Slovenska, ktorý bol pri Strečne. Po vzniku ČSR v 1918 sa od tohto bodu vytvárala nivelačná sieť pre medzivojnové Československo.

Na kresbe z roku 1888 vidieť základný nivelačný bod na území Slovenska ktorý bol pri Strečne (vľavo od tunela). 

Keď sme sa stali súčasťou komunistického bloku, prešli sme na výškový systém platný vo vtedajšom Sovietskom zväze. Naša nivelačná sieť sa musela napojiť na Baltský výškový systém, ktorého nultý referenčný bod je v Kronštadte neďalekomesta Sankt Peterburg. Rozdiel výšok medzi Jadranským a Baltským výškovým systémom predstavoval na Slovensku v priemere až okolo 40 cm.

Zjednotenie výškových systémo

Rôzne výškové systémy robia ťažkosti aj v súčasnosti. Napríklad nedávno nastali problémy pri stavbe mosta medzi Nemeckom a Švajčiarskom, teda medzi krajinami, ktorých nadmorské výšky sa odvodzujú z dvoch výškových systémov, medzi ktorými je rozdiel približne 27 cm. Hoci projektanti o tom vedeli, omylom dali pri prepočte výšok z jedného systému do druhého opačné znamienko a takmer mohli vzniknúť dva mosty nad sebou... Našťastie, kontrolné výpočty chybu odhalili. Aj takéto praktické dôvody viedli k myšlienke vytvoriť celosvetový jednotný výškový systém.

Geoid a konštanta W0

Kedysi si ľudia mysleli, že ustálená hladina morí a oceánov by mala predstavovať akúsi referenčnú hladinu s nulovou výškou. Teda intuitívne predpokladali, že takáto hladina by mala byť plochou s rovnakým tiažovým potenciálom. Za ideálnych podmienok by to aj tak malo byť. Vzhľadom na to, že morská voda má rôznu teplotu, slanosť či obsah iných látok a podlieha morským prúdom či zemskej rotácii, ustálená hladina morí a oceánov má v skutočnosti rôznu nadmorskú výšku. lepšie povedané rôznu výšku vzhľadom na nejakú zvolenú hladinovú plochu s rovnakým tiažovým potenciálom.

V dôsledku takejto rôznej výšky morskej hladiny majú jednotlivé vodočty (maregrafy) po celom svete rôznu nadmorskú výšku a sú medzi sebou posunuté. To spôsobuje, že aj výškové systémy v rôznych krajinách sú medzi sebou posunuté. Napríklad v Južnej Amerike je niekoľko výškových systémov, pričom rozdiely medzi nimi dosahujú až decimetre. Nový Zéland ako ostrovná krajina má až 13 lokálnych výškových systémov, ktoré sú medzi sebou niekoľko centimetrov posunuté. V Európe máme dodnes platných viac než 12 výškových systémov a rozdiely medzi nimi dosahujú tiež až decimetre.

Aby sa zjednotili lokálne výškové systémy a zadefinoval sa svetový výškový systém, je potrebné zvoliť si jednu základnú referenčnú plochu, a to takú, ktorá prechádza akýmsi stredom ustálenej hladiny mora po celom svete, a teda ju najlepšie nahrádza. Takáto plocha je definovaná konštantnou hodnotou tiažového potenciálu W0 a nazýva sa geoid. Geoid tiež predstavuje akési základné fyzikálne priblíženie sa tvaru Zeme.

Na zavedenie nového svetového výškového systému je teda potrebné optimálne zvoliť konštantu W0, čím sa presne definuje referenčná hladinová plocha s nulovou výškou. Väčší problém však zostáva určiť jej presný priebeh v priestore.

Slováci v elite

Konštanta W0 sa už v minulosti prijala medzi svetové konštanty, ale jej číselné vyjadrenie nebolo až také presné – v porovnaní s najnovšími výpočtami predstavoval rozdiel pri nadmorskej výške asi 26 cm. V roku 2011 sa Medzinárodná geodetická asociácia (IAG) rozhodla zostaviť tím vedcov, ktorí by sa pod vedením Dr. Laury Sánchezovej z Technickej univerzity v Mníchove podieľali na výpočte novej hodnoty konštanty W0.

Keďže výsledky a metodika výpočtov slovenských vedcov zaujali medzinárodnú odbornú komunitu, jednou zo štyroch skupín vedeckého tímu sa stali aj vedci zo Slovenskej technickej univerzity v Bratislave – Ing. Zuzana Minarechová, PhD., Ing. Róbert Čunderlík, PhD., a prof. RNDr. Karol Mikula, DrSc.

 

Zdroj: časopis QUARK ( máj 2016)

Foto: redakcia QUARK

Uverejnila: ZVČ

 

Viac informácií o problémoch v súvislosti s určením konštanty W0 a výpočtoch našich vedcov, ako aj o iných zaujímavých témach, sa dočítate v časopise Quark (číslo 5/2016), ktorý nájdete v novinových stánkoch alebo si ho môžete predplatiť v elektronickej alebo papierovej verzii na www.quark.sk.

 

Súvisiace:

Články
Hore
Aurelium - centrum vedy
Veda v Centre
Prechod VK na VND - jeseň
kúpa časopisov jún 2016
Publikácie Veda v CENTRE
TVT 2019
QUARK
Bratislavská vedecká cukráreň
TAG Slovenská veda
banner záhrady
Extrapolácie 2019
Zaujímavosti vo vede
Základné stavebné jednotky DNA sú označované skratkami svojich názvov, písmenami A, C, G a T.
Zistite viac