Etapa 19: ¿Cómo de alto es de alto?

La pregunta de hoy es ¿cómo de alto es de alto? La etapa 19 de hoy tiene un significado especial porque atraviesa el punto más alto del año. Se llama Cime de la Bonette. El ciclista que cruce primero la cima obtendrá el Souvenir Henri Desgrange. Aún más especial es que la Cime de la Bonette es la carretera más alta por la que ha pasado un Gran Tour. Este año es la quinta vez desde la década de 1960. El Tour de Francia indica que su altitud es de 2802 metros, al igual que la placa de la cima. Sin embargo, los segmentos de Strava que terminan en la cima tienen elevaciones máximas que oscilan entre 2750 y 2802 metros. Google Earth tiene una elevación de unos 2806 metros.

¿Cómo es posible? ¿Por qué es tan alta la Bonette? ¿Y cuán alto es alto? ¿Cómo sabemos la elevación de los puertos de montaña, y qué queremos decir realmente cuando decimos elevación? Este post buceará -o escalará- en los temas de la medición de la elevación y la geodesia para investigar esas cuestiones.

¿Por qué son tan altos los Alpes?

Las grandes cadenas montañosas, como los Alpes, se forman cuando las placas tectónicas chocan, haciendo que la corteza se vuelva más gruesa. La corteza y la litosfera de la Tierra flotan sobre el manto subyacente del mismo modo que un iceberg flota en el mar. Este concepto se denomina isostasia. También te lo dijimos ayer, pero repetirlo siempre es bueno.

La corteza continental, como la de los Alpes, es menos densa que el manto que tiene debajo, por lo que flota flotando sobre ella. Existen grandes cadenas montañosas donde la corteza continental es más gruesa, lo que hace que la parte superior de la corteza flotante sea más alta. Piensa en el iceberg de ayer. Llamamos raíz de la corteza a la corteza continental profunda y gruesa que se encuentra bajo las grandes cadenas montañosas. Midiendo la atracción de la gravedad, los geocientíficos han obtenido imágenes de la raíz profunda y poco densa de la corteza que sostiene los Alpes. Tal vez los velocistas deberían culpar a la raíz de la corteza de los Alpes, y no sólo a la ASO, de su sufrimiento en los puertos de montaña.

¿Cómo de alto es de alto?

Dos de los métodos más comunes para medir la elevación son el GNSS y la altimetría barométrica. GNSS se refiere al GPS, gestionado por EEUU, así como a los sistemas gestionados por la UEE (Galileo), los rusos (GLONASS) y algunos otros países. Los teléfonos inteligentes y los ordenadores de bicicleta utilizan GNSS para determinar elevaciones y ubicaciones. Los sistemas GNSS tienen conjuntos de satélites que transmiten señales.

Los dispositivos GNSS estándar utilizan señales de cuatro o más satélites para trilaterar su posición, normalmente con una precisión de 1 a 10 metros. Las alturas relativas al centro de la Tierra se calculan fácilmente porque los satélites orbitan alrededor del centro de masa de la Tierra. Los sistemas más sofisticados utilizan GNSS diferencial para obtener precisiones de unos pocos milímetros. Estos instrumentos de alta precisión se acercan ahora al tamaño de un sello de correos, así que quizá pronto los tengamos en nuestros ordenadores de bicicleta y todos podamos hacer mediciones superprecisas del Cime de la Bonette.

Presión

Muchos ciclocomputadores y relojes deportivos también tienen un altímetro barométrico para medir la elevación. Funcionan midiendo la presión atmosférica y convirtiéndola en altitud. Esto es posible porque la presión atmosférica disminuye drásticamente con la altitud. Estos dispositivos pueden detectar un cambio de elevación de sólo uno o dos metros. Para calcular la altitud a partir de la presión utilizan un conjunto genérico de valores para la presión atmosférica desde el nivel del mar hasta gran altitud llamado atmósfera estándar.

La presión atmosférica media a nivel del mar es de 1013 mb. En la Bonette, la presión atmosférica sólo será de unos 720 mb. Los espectadores de la Bonette jadearán al correr junto a los jinetes. Recuerda, por favor, no toques a los jinetes. También sufren lo suficiente en el aire delgado para sacar los vatios.

El problema de la altimetría barométrica es que la atmósfera suele diferir un poco de la atmósfera estándar. Esto puede hacer que las elevaciones se desvíen en más de 100 m, por lo que los altímetros son muy precisos aunque inexactos. Algunos dispositivos combinan las mediciones del GNSS y del altímetro para reducir este problema. Las elevaciones inexactas de los segmentos en Strava que se mencionan al principio de este post probablemente se deban a este problema. Lo siento si hiciste menos metros de elevación de los que indicaba tu ordenador. Es la presión lo que le afectó.

¿Qué es la elevación?

Para saber cuán alto es alto necesitamos responder a una pregunta básica. ¿Qué es la elevación? Normalmente, la elevación se refiere a una distancia vertical sobre el nivel del mar. Eso tiene un significado claro cerca de la costa, como en el Paso del Gois. Pero, ¿qué significa en los Alpes? Como punto de partida, los científicos y los dispositivos GPS aproximan el nivel del mar bajo la superficie terrestre utilizando un elipsoide. El elipsoide sigue una elevación media suave del nivel del mar alrededor del globo.

Imagina que los continentes estuvieran atravesados por canales profundos que fueran rellenados por los océanos; la superficie del agua se situaría a lo largo del elipsoide. La forma es un elipsoide y no una esfera porque la Tierra gira sobre su eje una vez al día. La fuerza centrífuga hace que su diámetro sea 42,769 kilómetros mayor en el ecuador que en los polos. La medición del elipsoide y otros aspectos del tamaño, la forma y la gravedad de la Tierra se denomina geodesia. Hoy en día se utiliza ampliamente un único elipsoide, el GRS-80 (el elipsoide WGS84 es prácticamente idéntico), que tiene una precisión centimétrica o superior. La mayoría de los teléfonos inteligentes y ordenadores de bicicleta informan de la elevación como la distancia por encima (o por debajo) de ese elipsoide.

Es denso

El elipsoide supone que la densidad de la Tierra no varía de un lugar a otro, pero como vimos al principio de este post, sí varía. Cuando en el subsuelo del manto y la corteza terrestre hay rocas más densas, éstas crean una gravedad más fuerte. La gravedad más fuerte atrae el agua hacia la zona (o lo haría si no hubiera tierra de por medio). Eso crea una protuberancia en el agua, elevando el nivel del mar.

Por otra parte, el nivel del mar es más bajo en las zonas menos densas. Para tenerlo en cuenta, los geodestas han estimado el geoide. El geoide se desvía hacia arriba y hacia abajo hasta unos 100 metros del elipsoide para tener en cuenta las variaciones de densidad dentro de la Tierra. Cuanto más densa es la Tierra, más alto es el geoide. De este modo, proporciona una estimación más precisa del nivel del mar a nivel mundial.

En el Cime de la Bonette, el geoide está 54,3 metros por encima del elipsoide. Su elevación de 2802 metros es relativa al geoide. Las elevaciones relativas al geoide son más precisas, pero muchos aparatos pequeños sólo utilizan el elipsoide. Un dispositivo que incorpore un geoide a menudo informará de elevaciones de 10 a 50 metros diferentes de otro que base las elevaciones en el elipsoide. Otra razón por la que las elevaciones de una subida pueden ser tan variadas.

Gracias, geoid

¿Y si no utilizáramos un elipsoide o un geoide? Si la elevación se midiera como la distancia desde el centro de la Tierra, las elevaciones de algunas de las carreteras más altas de Europa serían muy diferentes entre sí. A continuación se muestra una lista de lo que serían las elevaciones, en relación con Cime de la Bonette. La elevación del nivel del mar es el método que utilizamos normalmente, y es el que explicamos en este blog.

Elevaciones’ de algunos puertos famosos como distancias desde el centro de la Tierra. En la columna de la derecha, los números negativos indican que el paso está más bajo, o más cerca del centro de la Tierra, que la Bonette. Los pasos más al sur tienen un rango más alto debido al abombamiento elipsoidal de la Tierra en el ecuador.

¿Qué tan lejos es lejos?

Por último, la geodesia afecta incluso a cómo medimos la longitud de las etapas. Los científicos franceses estuvieron a la vanguardia de la geodesia durante el Renacimiento. En la década de 1790, se propusieron medir cuidadosamente la distancia entre Dunquerque y Montjuic, cerca de Barcelona. A partir de ahí, estimaron la forma del elipsoide y la distancia del Polo Norte al Ecuador a través de París. La longitud de un metro se definió entonces oficialmente como la diezmillonésima parte de esa distancia. El metro oficial se conserva en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas de Sèvres (Francia).

La etapa 19 atravesará el punto más alto del Tour de Francia de este año, y una de las carreteras más altas de Europa. Sin la geodesia, no sabríamos realmente a qué altura está la Bonette. La geodesia también nos dio la longitud de un metro. No sólo las elevaciones de los puertos del Tour dependen de ello, sino también la forma en que medimos la longitud de las etapas. Sencillamente, no hay Tour de Francia sin ciencia. Esa es básicamente toda la idea que hay detrás de GeoTDF en pocas palabras.

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