Fase 19: Quanto è alto il livello?

La domanda di oggi è: quanto è alto il livello? La tappa 19 di oggi ha un significato speciale perché attraversa il punto più alto dell’anno. Si chiama Cime de la Bonette. Il corridore che taglia per primo la cima riceve il Souvenir Henri Desgrange. Ancora più speciale è che la Cime de la Bonette è la strada più alta mai percorsa da un Grand Tour. Quest’anno è la quinta volta dagli anni ’60. Il Tour de France indica un’altitudine di 2802 metri, così come la targa in cima. Tuttavia, i segmenti Strava che terminano in cima hanno altitudini massime che vanno dai 2750 ai 2802 metri. Google Earth indica un’altitudine di circa 2806 metri.

Come è possibile? Perché la Bonette è così alta? E quanto è alto il livello? Come facciamo a conoscere l’altitudine dei passi di montagna e cosa intendiamo davvero quando parliamo di altitudine? Questo post si immergerà – o si arrampicherà – sui temi della misurazione dell’altitudine e della geodesia per indagare su queste domande.

Perché le Alpi sono così alte?

Le grandi catene montuose, come le Alpi, si formano quando le placche tettoniche si scontrano e la crosta si ispessisce. La crosta e la litosfera della Terra galleggiano sul mantello sottostante, proprio come un iceberg galleggia sul mare. Questo concetto è chiamato isostasia. Te lo abbiamo detto anche ieri, ma la ripetizione fa sempre bene.

La crosta continentale, come quella delle Alpi, è meno densa del mantello sottostante, per cui galleggia sulla sommità. Le grandi catene montuose esistono dove la crosta continentale è più spessa e la parte superiore della crosta galleggiante è più alta. Pensa all’iceberg di ieri. Chiamiamo radice crostale la profonda e spessa crosta continentale che si trova sotto le principali catene montuose. Misurando la forza di gravità, i geoscienziati hanno fotografato la radice crostale profonda e a bassa densità che sostiene le Alpi. Forse i velocisti dovrebbero incolpare la radice crostale delle Alpi, e non solo l’ASO, per le loro sofferenze sui passi di montagna.

Quanto è alto il livello?

Due dei metodi più comuni per misurare l’altitudine sono il GNSS e l’altimetria barometrica. Il termine GNSS si riferisce al GPS, gestito dagli Stati Uniti, nonché ai sistemi gestiti dall’Unione Europea (Galileo), dai russi (GLONASS) e da alcuni altri paesi. Gli smartphone e i computer da bicicletta utilizzano il GNSS per determinare l’altitudine e la posizione. I sistemi GNSS hanno una serie di satelliti che trasmettono segnali.

I dispositivi GNSS standard utilizzano i segnali di quattro o più satelliti per trilaterare la loro posizione, di solito con una precisione da 1 a 10 metri. Le altezze rispetto al centro della Terra sono facilmente calcolabili perché i satelliti orbitano intorno al centro di massa della Terra. I sistemi più sofisticati utilizzano il GNSS differenziale per ottenere precisioni fino a pochi millimetri. Questi strumenti ad alta precisione si avvicinano alle dimensioni di un francobollo, quindi forse presto li avremo nei nostri computer da bicicletta e potremo tutti effettuare misurazioni super accurate della Cime de la Bonette.

Pressione

Molti ciclocomputer e orologi sportivi hanno anche un altimetro barometrico per misurare l’altitudine. Funzionano misurando la pressione dell’aria e convertendola in altitudine. Questo è possibile perché la pressione dell’aria diminuisce drasticamente con l’altitudine. Questi dispositivi possono rilevare una variazione di altitudine di appena un metro o due. Per calcolare l’altitudine in base alla pressione si utilizza un insieme generico di valori per la pressione dell’aria dal livello del mare all’alta quota, chiamato atmosfera standard.

La pressione dell’aria a livello del mare è in media di 1013 mb. Sulla Bonette, la pressione dell’aria sarà di circa 720 mb. Gli spettatori della Bonette avranno il fiatone quando correranno insieme ai corridori. Ricordati di non toccare i ciclisti. Inoltre, soffrono abbastanza nell’aria rarefatta per ottenere i watt.

Il problema dell’altimetria barometrica è che spesso l’atmosfera differisce un po’ da quella standard. Questo può portare a uno scarto di oltre 100 m, per cui gli altimetri sono molto precisi ma poco accurati. Alcuni dispositivi combinano le misurazioni GNSS e altimetriche per ridurre questo problema. Le altimetrie imprecise dei segmenti di Strava citate all’inizio di questo post probabilmente soffrono di questo problema. Mi dispiace che tu abbia fatto meno metri di dislivello di quelli indicati dal tuo computer. È la pressione che l’ha colpito.

Che cos’è l’elevazione?

Per scoprire quanto è alto il livello dobbiamo rispondere a una domanda fondamentale. Che cos’è l’elevazione? Di solito, l’altitudine si riferisce alla distanza verticale dal livello del mare. Questo ha un chiaro significato vicino alla costa, come nel Passage du Gois. Ma cosa significa nelle Alpi? Come punto di partenza, gli scienziati e i dispositivi GPS approssimano il livello del mare sotto la superficie terrestre utilizzando un ellissoide. L’ellissoide segue un’elevazione media del livello del mare intorno al globo.

Immagina che i continenti siano attraversati da canali profondi che vengono riempiti dagli oceani; la superficie dell’acqua si stenderebbe lungo l’ellissoide. La forma è un ellissoide e non una sfera perché la Terra ruota sul suo asse una volta al giorno. La forza centrifuga rende il suo diametro di 42,769 chilometri più grande all’equatore rispetto ai poli. La misurazione dell’ellissoide e di altri aspetti delle dimensioni, della forma e della gravità della Terra è chiamata geodesia. Oggi un unico ellissoide, il GRS-80 (l’ellissoide WGS84 è praticamente identico), è ampiamente utilizzato ed è preciso al centimetro o meglio. La maggior parte degli smartphone e dei computer da bicicletta riportano l’altitudine come la distanza sopra (o sotto) l’ellissoide.

È denso

L’ellissoide presuppone che la densità della Terra non vari da luogo a luogo ma, come abbiamo visto all’inizio di questo post, è così. Quando le rocce più dense sono presenti nel sottosuolo, nel mantello e nella crosta terrestre, creano una gravità maggiore. La gravità più forte attira l’acqua verso l’area (o lo farebbe se non ci fosse la terra ad ostacolarla). Questo crea un rigonfiamento dell’acqua, innalzando il livello del mare.

D’altra parte, il livello del mare è più basso nelle aree meno dense. Per tenerne conto, i geodeti hanno stimato il geoide. Il geoide si discosta fino a circa 100 metri dall’ellissoide per tenere conto delle variazioni di densità all’interno della Terra. Più la Terra è densa, più il geoide è alto. In questo modo, fornisce una stima più accurata del livello del mare a livello globale.

In corrispondenza della Cime de la Bonette, il geoide si trova a 54,3 metri sopra l’ellissoide. La sua elevazione di 2802 metri è relativa al geoide. Le quote relative al geoide sono più precise, ma molti piccoli dispositivi utilizzano solo l’ellissoide. Un dispositivo che incorpora un geoide spesso riporterà quote diverse di 10-50 metri rispetto a uno che basa le quote sull’ellissoide. Un altro motivo per cui le quote di una salita possono essere così varie.

Grazie, geoide

E se non usassimo un ellissoide o un geoide? Se l’altitudine fosse misurata come la distanza dal centro della Terra, le quote di alcune delle strade più alte d’Europa sarebbero molto diverse tra loro. Di seguito è riportato un elenco di quali sarebbero le quote rispetto a Cime de la Bonette. L’elevazione del livello del mare è il metodo che utilizziamo normalmente ed è quello che abbiamo spiegato in questo blog.

Le “altezze” di alcuni famosi passi come distanze dal centro della Terra. Nella colonna di destra, i numeri negativi indicano che il passaggio è più basso, o più vicino al centro della Terra, rispetto alla Bonette. I passaggi più a sud sono più alti a causa del rigonfiamento ellissoidale della Terra all’equatore.

Quanto è lontano?

Infine, la geodesia influisce anche sul modo in cui misuriamo la lunghezza dei palchi. Gli scienziati francesi furono all’avanguardia nella geodesia durante il Rinascimento. Nel 1790, si misero a misurare attentamente la distanza da Dunkerque a Montjuic, vicino a Barcellona. In base a ciò, stimarono la forma dell’ellissoide e la distanza dal Polo Nord all’Equatore attraverso Parigi. La lunghezza di un metro fu poi definita ufficialmente come un decimilionesimo di quella distanza. Il metro ufficiale è conservato presso l’Ufficio Internazionale dei Pesi e delle Misure di Sèvres, in Francia.

La tappa 19 attraverserà il punto più alto del Tour de France di quest’anno e una delle strade più alte d’Europa. Senza la geodesia, non potremmo sapere quanto sia alta la Bonette. La geodesia ci ha fornito anche la lunghezza di un metro. Non dipende solo dalle quote dei passi del Tour, ma anche dal modo in cui misuriamo la lunghezza delle tappe. Semplicemente non c’è Tour de France senza scienza. Questa è in sintesi l’idea alla base di GeoTDF.

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