Etappe 19: Hoe hoog is hoog?

De vraag van vandaag is: hoe hoog is hoog? De 19e etappe van vandaag heeft een speciale betekenis omdat hij over het hoogste punt van het jaar gaat. Het heet de Cime de la Bonette. De renner die als eerste over de top komt, krijgt het Souvenir Henri Desgrange. Nog specialer is dat de Cime de la Bonette de hoogste weg is die ooit in een Grand Tour is gereden. Dit jaar is het de vijfde keer sinds de jaren 1960. De Tour de France vermeldt de hoogte als 2802 meter, net als de plaquette op de top. Toch hebben de Strava-segmenten die op de top eindigen maximale hoogtes variërend van 2750 tot 2802 meter. Google Earth geeft een hoogte van ongeveer 2806 meter.

Hoe kan dat? Waarom is de Bonette zo hoog? En hoe hoog is hoog? Hoe weten we de hoogte van bergpassen en wat bedoelen we echt als we het over hoogte hebben? Deze post zal duiken – of klimmen – in de onderwerpen hoogtemeting en geodesie om die vragen te onderzoeken.

Waarom zijn de Alpen zo hoog?

Grote bergketens zoals de Alpen ontstaan waar tektonische platen op elkaar botsen waardoor de korst dikker wordt. De korst en lithosfeer van de aarde drijven op de onderliggende mantel, net zoals een ijsberg op de zee drijft. Dit concept wordt isostasy genoemd. We hebben je dit gisteren ook al verteld, maar herhaling is altijd goed.

Continentale korst, zoals in de Alpen, heeft een lagere dichtheid dan de mantel eronder en drijft er dus bovenop. Grote bergketens bestaan waar de continentale korst dikker is, waardoor de top van de drijvende korst hoger ligt. Denk aan die ijsberg van gisteren. We noemen de diepe, dikke continentale korst onder grote bergketens een crustale wortel. Door de aantrekkingskracht van de zwaartekracht te meten, hebben geowetenschappers een beeld gekregen van de diepe korstwortel met lage dichtheid die de Alpen ondersteunt. Misschien moeten de sprinters niet alleen de ASO, maar ook de wortel van de Alpen de schuld geven van hun lijden op de bergpassen.

Hoe hoog is hoog?

Twee van de meest gebruikte methoden om hoogte te meten zijn GNSS en barometrische hoogtemeting. GNSS verwijst naar GPS, dat wordt beheerd door de VS, maar ook naar de systemen die worden beheerd door de EEU (Galileo), de Russen (GLONASS) en enkele andere landen. Smartphones en fietscomputers gebruiken GNSS om hoogtes en locaties te bepalen. GNSS-systemen hebben sets satellieten die signalen uitzenden.

Standaard GNSS-apparaten gebruiken signalen van vier of meer satellieten om hun positie trilateraal te bepalen, meestal met een nauwkeurigheid van 1 tot 10 meter. Hoogtes ten opzichte van het middelpunt van de aarde zijn eenvoudig te berekenen omdat de satellieten rond het massamiddelpunt van de aarde draaien. Meer geavanceerde systemen gebruiken differentiële GNSS om nauwkeurigheden tot op enkele millimeters te krijgen. Deze zeer nauwkeurige instrumenten zijn nu bijna zo groot als een postzegel, dus misschien hebben we ze binnenkort in onze fietscomputers en kunnen we allemaal supernauwkeurige metingen doen van de Cime de la Bonette.

Druk

Veel fietscomputers en sporthorloges hebben ook een barometrische hoogtemeter om de hoogte te meten. Ze werken door de luchtdruk te meten en dat om te zetten naar een hoogte. Dit is mogelijk omdat de luchtdruk drastisch afneemt met de hoogte. Deze apparaten kunnen een hoogteverschil van slechts een meter of twee detecteren. Om de hoogte uit de druk te berekenen gebruiken ze een algemene verzameling waarden voor luchtdruk van zeeniveau tot grote hoogte, een standaardatmosfeer genaamd.

De luchtdruk op zeeniveau is gemiddeld 1013 mb. Op de Bonette zal de luchtdruk slechts ongeveer 720 mb zijn. De toeschouwers bij de Bonette zullen naar adem snakken als ze meelopen met de renners. Raak de renners niet aan. Ze lijden ook genoeg in de ijle lucht om de watts eruit te krijgen.

Het probleem met barometrische hoogtemeting is dat de atmosfeer vaak een beetje afwijkt van de standaardatmosfeer. Dit kan leiden tot een hoogteverschil van meer dan 100 m, dus hoogtemeters zijn zeer nauwkeurig maar onnauwkeurig. Sommige apparaten combineren GNSS- en hoogtemetingen om dit probleem te verminderen. De onnauwkeurige segmenthoogten in Strava die bovenaan dit bericht worden genoemd, hebben waarschijnlijk te lijden onder dit probleem. Het spijt me als je minder hoogtemeters hebt gedaan dan je computer aangaf. Het is de druk die erop kwam.

Wat is hoogte?

Om erachter te komen hoe hoog hoog is, moeten we een basisvraag beantwoorden. Wat is hoogte? Gewoonlijk verwijst hoogte naar een verticale afstand boven zeeniveau. Dat heeft een duidelijke betekenis in de buurt van de kust, zoals op de Passage du Gois. Maar wat betekent het in de Alpen? Als uitgangspunt benaderen wetenschappers en GPS-apparaten het zeeniveau onder het landoppervlak met behulp van een ellipsoïde. De ellipsoïde volgt een gladde, gemiddelde hoogte van het zeeniveau over de hele wereld.

Stel je voor dat de continenten werden doorkruist door diepe kanalen die werden opgevuld door de oceanen; het wateroppervlak zou langs de ellipsoïde liggen. De vorm is een ellipsoïde en geen bol omdat de aarde één keer per dag om zijn as draait. Door de middelpuntvliedende kracht is de diameter 42,769 kilometer groter aan de evenaar dan aan de polen. Het meten van de ellipsoïde en andere aspecten van de grootte, vorm en zwaartekracht van de aarde wordt geodesie genoemd. Tegenwoordig wordt één ellipsoïde, de GRS-80 (de WGS84 ellipsoïde is vrijwel identiek), veel gebruikt en is tot op centimeters nauwkeurig of beter. De meeste smartphones en fietscomputers geven hoogte aan als de afstand boven (of onder) die ellipsoïde.

Het is dicht

De ellipsoïde gaat ervan uit dat de dichtheid van de aarde niet varieert van plaats tot plaats, maar zoals we aan het begin van deze post zagen, is dat wel het geval. Waar dichtere gesteenten onder de grond in de aardmantel en -korst aanwezig zijn, zorgen deze voor een sterkere zwaartekracht. De sterkere zwaartekracht trekt water naar het gebied toe (of zou dat doen als er geen land in de weg stond). Dat creëert een bult in het water, waardoor de zeespiegel stijgt.

Aan de andere kant is het zeeniveau lager in minder dichtbevolkte gebieden. Om daar rekening mee te houden hebben geodesisten de geoïde geschat. De geoïde wijkt tot ongeveer 100 meter op en neer af van de ellipsoïde om rekening te houden met de dichtheidsvariaties binnen de aarde. Hoe dichter de aarde, hoe hoger de geoïde. Op die manier geeft het een nauwkeurigere schatting van het zeeniveau wereldwijd.

Bij de Cime de la Bonette ligt de geoïde 54,3 meter boven de ellipsoïde. De hoogte van 2802 meter is relatief ten opzichte van de geoïde. Elevaties ten opzichte van de geoïde zijn nauwkeuriger, maar veel kleine apparaten gebruiken alleen de ellipsoïde. Een apparaat dat een geoïde gebruikt zal vaak 10 tot 50 meter andere hoogtes rapporteren dan een apparaat dat de hoogtes baseert op de ellipsoïde. Nog een reden waarom de hoogteverschillen voor een beklimming zo gevarieerd kunnen zijn.

Bedankt, geoïde

Wat als we geen ellipsoïde of geoïde zouden gebruiken? Als hoogte gemeten zou worden als de afstand tot het middelpunt van de aarde, dan zouden de hoogtes van sommige van de hoogste wegen in Europa er heel anders uitzien ten opzichte van elkaar. Hieronder staat een lijst met wat de hoogteverschillen zouden zijn ten opzichte van Cime de la Bonette. Hoogte boven zeeniveau is de methode die we normaal gebruiken en die we in deze blog hebben uitgelegd.

Elevaties’ van enkele beroemde bergpassen als afstanden vanaf het middelpunt van de aarde. In de rechterkolom geven negatieve getallen aan dat de pas lager ligt, of dichter bij het middelpunt van de aarde, dan de Bonette. Passages verder naar het zuiden rangschikken hoger door de ellipsvormige bolling van de aarde bij de evenaar.

Hoe ver is ver?

Tot slot heeft de geodesie zelfs invloed op de manier waarop we etappelengtes meten. Franse wetenschappers liepen tijdens de Renaissance voorop in de geodesie. In de jaren 1790 gingen ze op pad om zorgvuldig de afstand te meten van Duinkerken naar Montjuic bij Barcelona. Op basis hiervan schatten ze de vorm van de ellipsoïde en de afstand van de Noordpool tot de evenaar via Parijs. De lengte van een meter werd toen officieel gedefinieerd als een tienmiljoenste van die afstand. De officiële meter wordt bewaard door het Internationaal Bureau voor maten en gewichten in Sèvres, Frankrijk.

Etappe 19 gaat over het hoogste punt in de Tour de France van dit jaar en over een van de hoogste wegen in Europa. Zonder geodesie zouden we niet echt weten hoe hoog de Bonette is. De geodesie gaf ons ook de lengte van een meter. Niet alleen de hoogte van de passen in de Tour hangt ervan af, maar ook de manier waarop we de etappes meten. Er bestaat gewoon geen Tour de France zonder wetenschap. Dat is eigenlijk het hele idee achter GeoTDF in een notendop.

NB: Blogs in andere talen dan het Engels worden allemaal automatisch vertaald. Onze schrijvers zijn niet verantwoordelijk voor taal- en spelfouten.