Stufe 19: Wie hoch ist hoch?

Die heutige Frage lautet: Wie hoch ist hoch? Die heutige 19. Etappe hat eine besondere Bedeutung, denn sie führt über den höchsten Punkt des Jahres. Er wird Cime de la Bonette genannt. Der Fahrer, der den Gipfel als erster überquert, erhält das Souvenir Henri Desgrange. Noch spezieller ist, dass die Cime de la Bonette die höchste Straße ist, die jemals bei einer Grand Tour befahren wurde. Dieses Jahr ist das fünfte Mal seit den 1960er Jahren. Die Tour de France gibt seine Höhe mit 2802 Metern an, ebenso wie die Gedenktafel am Gipfel. Die Strava-Segmente, die auf dem Gipfel enden, haben jedoch maximale Höhen von 2750 bis 2802 Metern. Google Earth zeigt eine Höhe von etwa 2806 Metern an.

Wie kann das sein? Warum ist die Bonette so hoch? Und wie hoch ist hoch? Woher kennen wir die Höhe von Gebirgspässen, und was meinen wir wirklich, wenn wir von Höhe sprechen? In diesem Beitrag werden wir in die Themen Höhenmessung und Geodäsie eintauchen, um diese Fragen zu untersuchen.

Warum sind die Alpen so hoch?

Große Gebirgszüge wie die Alpen entstehen dort, wo tektonische Platten aufeinander stoßen und die Kruste dicker wird. Die Kruste und Lithosphäre der Erde schwimmt auf dem darunter liegenden Erdmantel, ähnlich wie ein Eisberg auf dem Meer schwimmt. Dieses Konzept wird Isostase genannt. Wir haben Ihnen das gestern schon gesagt, aber Wiederholung ist immer gut.

Kontinentale Kruste, wie in den Alpen, hat eine geringere Dichte als der darunter liegende Erdmantel, so dass sie schwimmend darauf liegt. Große Gebirgsketten gibt es dort, wo die kontinentale Kruste dicker ist, so dass die Spitze der schwimmenden Kruste höher liegt. Denken Sie an den Eisberg von gestern. Wir nennen die tiefe, dicke kontinentale Kruste unter den großen Gebirgszügen eine Krustenwurzel. Durch die Messung der Schwerkraft haben Geowissenschaftler die tiefe, wenig dichte Krustenwurzel, die die Alpen trägt, abgebildet. Vielleicht sollten die Sprinter die Wurzel der Alpen und nicht nur die ASO für ihr Leiden auf den Bergpässen verantwortlich machen.

Wie hoch ist hoch?

Zwei der gängigsten Methoden zur Höhenmessung sind GNSS und barometrische Höhenmessung. GNSS bezieht sich auf das von den USA betriebene GPS sowie auf die von der EEU (Galileo), den Russen (GLONASS) und einigen anderen Ländern betriebenen Systeme. Smartphones und Fahrradcomputer verwenden GNSS, um Höhen und Standorte zu bestimmen. GNSS-Systeme verfügen über eine Reihe von Satelliten, die Signale übertragen.

Standard-GNSS-Geräte verwenden Signale von vier oder mehr Satelliten, um ihre Position mit einer Genauigkeit von 1 bis 10 Metern zu bestimmen. Die Höhen relativ zum Erdmittelpunkt lassen sich leicht berechnen, da die Satelliten den Schwerpunkt der Erde umkreisen. Anspruchsvollere Systeme verwenden differentielles GNSS, um eine Genauigkeit von wenigen Millimetern zu erreichen. Diese hochpräzisen Instrumente haben inzwischen fast die Größe einer Briefmarke, so dass wir sie vielleicht bald in unseren Fahrradcomputern haben und wir alle supergenaue Messungen der Cime de la Bonette vornehmen können.

Druck

Viele Fahrradcomputer und Sportuhren verfügen auch über einen barometrischen Höhenmesser, um die Höhe zu messen. Sie messen den Luftdruck und wandeln ihn in eine Höhenangabe um. Dies ist möglich, weil der Luftdruck mit zunehmender Höhe drastisch abnimmt. Diese Geräte können einen Höhenunterschied von nur einem oder zwei Metern erkennen. Um die Höhe aus dem Druck zu berechnen, verwenden sie einen allgemeinen Satz von Werten für den Luftdruck von Meereshöhe bis in große Höhen, die sogenannte Standardatmosphäre.

Der Luftdruck auf Meereshöhe beträgt durchschnittlich 1013 mb. Auf der Bonette wird der Luftdruck nur etwa 720 mb betragen. Die Zuschauer an der Bonette werden nach Atem ringen, wenn sie mit den Reitern mitlaufen. Denken Sie daran: Bitte berühren Sie die Fahrer nicht. Sie leiden auch genug unter der dünnen Luft, um die Wattzahl herauszuholen.

Das Problem bei der barometrischen Höhenmessung ist, dass die Atmosphäre oft ein wenig von der Standardatmosphäre abweicht. Dies kann zu Höhenabweichungen von über 100 m führen, so dass Höhenmesser zwar sehr präzise, aber auch ungenau sind. Einige Geräte kombinieren GNSS- und Höhenmesser-Messungen, um dieses Problem zu verringern. Die oben in diesem Beitrag erwähnten ungenauen Segmenthöhen in Strava leiden wahrscheinlich unter diesem Problem. Es tut mir leid, wenn Sie weniger Höhenmeter zurückgelegt haben, als Ihr Computer angezeigt hat. Es ist der Druck, der ihm zugesetzt hat.

Was ist Elevation?

Um herauszufinden, wie hoch hoch hoch ist, müssen wir eine grundlegende Frage beantworten. Was ist Elevation? Normalerweise bezieht sich die Höhe auf den vertikalen Abstand über dem Meeresspiegel. Das hat in Küstennähe wie an der Passage du Gois eine klare Bedeutung. Aber was bedeutet das für die Alpen? Als Ausgangspunkt verwenden Wissenschaftler und GPS-Geräte ein Ellipsoid, um den Meeresspiegel unter der Landoberfläche zu bestimmen. Das Ellipsoid folgt einer glatten, durchschnittlichen Meeresspiegelerhebung rund um den Globus.

Stellen Sie sich vor, die Kontinente wären von tiefen Kanälen durchzogen, die von den Ozeanen aufgefüllt würden; die Wasseroberfläche würde entlang des Ellipsoids liegen. Die Form ist ein Ellipsoid und keine Kugel, weil sich die Erde einmal am Tag um ihre Achse dreht. Durch die Zentrifugalkraft ist sein Durchmesser am Äquator 42,769 Kilometer größer als an den Polen. Die Messung des Ellipsoids und anderer Aspekte der Größe, Form und Schwerkraft der Erde wird als Geodäsie bezeichnet. Heute ist ein einziges Ellipsoid, das GRS-80 (das WGS84-Ellipsoid ist praktisch identisch), weit verbreitet und auf den Zentimeter genau oder besser. Die meisten Smartphones und Fahrradcomputer geben die Höhe als die Entfernung über (oder unter) diesem Ellipsoid an.

Es ist dicht

Das Ellipsoid geht davon aus, dass die Dichte der Erde nicht von Ort zu Ort variiert, aber wie wir zu Beginn dieses Beitrags gesehen haben, tut sie das doch. Dort, wo sich dichteres Gestein im Erdmantel und in der Erdkruste befindet, erzeugt es eine stärkere Schwerkraft. Die stärkere Schwerkraft zieht das Wasser in dieses Gebiet (oder würde es tun, wenn kein Land im Weg wäre). Dadurch entsteht eine Ausbuchtung im Wasser und der Meeresspiegel steigt.

Auf der anderen Seite ist der Meeresspiegel in weniger dichten Gebieten niedriger. Um dies zu berücksichtigen, haben Geodäten das Geoid geschätzt. Das Geoid weicht nach oben und unten um bis zu 100 Meter vom Ellipsoid ab, um die Dichteunterschiede innerhalb der Erde zu berücksichtigen. Je dichter die Erde ist, desto höher ist das Geoid. Auf diese Weise liefert sie eine genauere Schätzung des globalen Meeresspiegels.

Bei der Cime de la Bonette liegt das Geoid 54,3 Meter über dem Ellipsoid. Seine Höhe von 2802 Metern ist relativ zum Geoid. Höhenangaben relativ zum Geoid sind genauer, aber viele kleine Geräte verwenden nur das Ellipsoid. Ein Gerät, das ein Geoid enthält, wird oft 10 bis 50 Meter andere Höhen melden als ein Gerät, das die Höhen auf der Grundlage des Ellipsoids ermittelt. Dies ist ein weiterer Grund, warum die Höhenlagen bei einer Besteigung so unterschiedlich sein können.

Vielen Dank, geoid

Was wäre, wenn wir kein Ellipsoid oder Geoid verwenden würden? Wenn die Höhe als Abstand vom Erdmittelpunkt gemessen würde, sähen die Höhen einiger der höchsten Straßen in Europa im Verhältnis zueinander ganz anders aus. Nachfolgend finden Sie eine Liste der Erhebungen, die relativ zu Cime de la Bonette wären. Die Höhe des Meeresspiegels ist die Methode, die wir normalerweise verwenden und die wir in diesem Blog erklärt haben.

Die „Höhen“ einiger berühmter Pässe als Entfernungen vom Mittelpunkt der Erde. In der rechten Spalte zeigen negative Zahlen an, dass der Pass tiefer oder näher am Erdmittelpunkt liegt als die Bonette. Weiter südlich liegende Pässe sind aufgrund der ellipsoiden Ausbuchtung der Erde am Äquator höher.

Wie weit ist weit?

Und schließlich hat die Geodäsie sogar Einfluss darauf, wie wir Bühnenlängen messen. Französische Wissenschaftler waren während der Renaissance an der Spitze der Geodäsie. In den 1790er Jahren machten sie sich daran, die Entfernung von Dünkirchen bis zum Montjuic bei Barcelona sorgfältig zu messen. Daraus schätzten sie die Form des Ellipsoids und die Entfernung vom Nordpol zum Äquator durch Paris. Die Länge eines Meters wurde damals offiziell als ein Zehnmillionstel dieser Entfernung definiert. Das offizielle Messgerät wird im Internationalen Büro für Maße und Gewichte in Sèvres, Frankreich, aufbewahrt.

Die 19. Etappe führt über den höchsten Punkt der diesjährigen Tour de France und eine der höchstgelegenen Straßen in Europa. Ohne Geodäsie wüssten wir nicht, wie hoch die Bonette wirklich ist. Die Geodäsie gab uns auch die Länge eines Meters. Nicht nur die Höhenlage der Pässe bei der Tour hängt davon ab, sondern auch die Art und Weise, wie wir die Etappenlängen messen. Es gibt einfach keine Tour de France ohne Wissenschaft. Das ist im Grunde genommen die ganze Idee hinter GeoTDF in einer Nussschale.

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