Trinn 19: Hvor høyt er høyt?

Dagens spørsmål er hvor høyt er høyt? Dagens etappe 19 har en spesiell betydning fordi den går over årets høyeste punkt. Den heter Cime de la Bonette. Den rytteren som kommer først over toppen, får Souvenir Henri Desgrange. Enda mer spesielt er det at Cime de la Bonette er den høyeste veien en Grand Tour noensinne har gått. I år er det femte gang siden 1960-tallet. Tour de France oppgir høyden til 2802 meter, og det samme gjør plaketten på toppen. Likevel har Strava-segmentene som ender på toppen, maksimale høyder på mellom 2750 og 2802 meter. Google Earth har en høyde på ca. 2806 meter.

Hvordan kan det ha seg? Hvorfor er Bonette så høy? Og hvor høyt er høyt? Hvordan vet vi hvor høyt fjellpassene ligger, og hva mener vi egentlig når vi sier høyde over havet? I dette innlegget vil vi dykke – eller klatre – ned i temaene høydemåling og geodesi for å undersøke disse spørsmålene.

Hvorfor er Alpene så høye?

Store fjellkjeder som Alpene dannes der tektoniske plater kolliderer, noe som fører til at jordskorpen blir tykkere. Jordskorpen og litosfæren flyter på den underliggende mantelen, omtrent som et isfjell flyter på havet. Dette konseptet kalles isostasi. Vi sa dette i går også, men repetisjon er alltid bra.

Kontinentalskorpen, som i Alpene, er mindre tett enn mantelen under den, slik at den flyter på toppen. Store fjellkjeder finnes der kontinentalskorpen er tykkere, noe som fører til at toppen av den flytende skorpen er høyere. Tenk på isfjellet i går. Vi kaller den dype, tykke kontinentalskorpen under de store fjellkjedene for en skorperot. Ved å måle tyngdekraften har geoforskere tatt bilder av den dype, tynne jordskorpen som bærer Alpene. Kanskje bør spurterne skylde på Alpenes jordskorpe, og ikke bare på ASO, for deres lidelser på fjellovergangene.

Hvor høyt er høyt?

To av de vanligste metodene for høydemåling er GNSS og barometrisk høydemåling. GNSS refererer til GPS, som drives av USA, samt systemene som drives av EEU (Galileo), Russland (GLONASS) og enkelte andre land. Smarttelefoner og sykkelcomputere bruker GNSS til å bestemme høyder og posisjoner. GNSS-systemer har et sett med satellitter som sender ut signaler.

Standard GNSS-enheter bruker signaler fra fire eller flere satellitter til å trilateralisere posisjonen sin, vanligvis med en nøyaktighet på 1 til 10 meter. Høyder i forhold til jordens sentrum er enkle å beregne fordi satellittene går i bane rundt jordens massesenter. Mer sofistikerte systemer bruker differensiell GNSS for å oppnå nøyaktighet ned til noen få millimeter. Disse svært nøyaktige instrumentene nærmer seg nå størrelsen på et frimerke, så kanskje vi snart har dem i sykkelcomputerne våre, slik at vi alle kan foreta supernøyaktige målinger av Cime de la Bonette.

Trykk

Mange sykkelcomputere og sportsklokker har også en barometrisk høydemåler som måler høyden over havet. De fungerer ved å måle lufttrykket og omregne det til en høydeangivelse. Dette er mulig fordi lufttrykket synker dramatisk med høyden. Disse enhetene kan registrere en høydeendring på bare en meter eller to. For å beregne høyden ut fra trykket bruker de et generisk sett med verdier for lufttrykk fra havnivå til stor høyde, kalt en standardatmosfære.

Lufttrykket ved havnivå er i gjennomsnitt 1013 mb. På Bonette vil lufttrykket bare være rundt 720 mb. Tilskuerne på Bonette kommer til å snappe etter pusten når de løper sammen med rytterne. Husk å ikke ta på rytterne. De lider også nok i den tynne luften til å få ut wattene.

Problemet med barometrisk høydemåling er at atmosfæren ofte avviker litt fra standardatmosfæren. Dette kan føre til at høyden kan avvike med over 100 meter, så høydemålerne er svært nøyaktige, men unøyaktige. Noen enheter kombinerer GNSS- og høydemålinger for å redusere dette problemet. De unøyaktige segmenthøydene i Strava som er nevnt øverst i dette innlegget, lider sannsynligvis av dette problemet. Jeg beklager hvis du gjorde færre høydemeter enn det datamaskinen din viste. Det er presset som har påvirket det.

Hva er høyde?

For å finne ut hvor høyt er høyt, må vi svare på et grunnleggende spørsmål. Hva er høyde? Vanligvis refererer høyde til en vertikal avstand over havnivå. Det har en klar betydning nær kysten, som i Passage du Gois. Men hva betyr det i Alpene? Som et utgangspunkt beregner forskere og GPS-enheter havnivået under landoverflaten ved hjelp av en ellipsoide. Ellipsoiden følger en jevn, gjennomsnittlig havnivåhøyde rundt jordkloden.

Tenk deg at kontinentene var gjennomkrysset av dype kanaler som ble fylt ut av havene; vannoverflaten ville ligge langs ellipsoiden. Formen er en ellipsoide og ikke en kule fordi jorden snurrer rundt sin egen akse én gang i døgnet. Sentrifugalkraften gjør at diameteren er 42,769 kilometer større ved ekvator enn ved polene. Måling av ellipsoiden og andre aspekter ved jordens størrelse, form og tyngdekraft kalles geodesi. I dag er det én enkelt ellipsoide, GRS-80 (WGS84-ellipsoiden er praktisk talt identisk), som er mye brukt og har en nøyaktighet på centimeter eller bedre. De fleste smarttelefoner og sykkelcomputere oppgir høyden som avstanden over (eller under) ellipsoiden.

Den er tett

Ellipsoiden forutsetter at jordens tetthet ikke varierer fra sted til sted, men som vi så i begynnelsen av dette innlegget, gjør den det. Der det finnes tettere bergarter i jordens undergrunn, i mantelen og jordskorpen, skaper de sterkere gravitasjon. Den sterkere tyngdekraften trekker vannet mot området (eller ville gjort det hvis det ikke var noe land i veien). Det skaper en utbuling i vannet, noe som hever havnivået.

På den annen side er havnivået lavere over mindre tette områder. For å ta høyde for dette har geodeter beregnet geoiden. Geoiden avviker opp og ned med opptil 100 meter fra ellipsoiden for å ta hensyn til tetthetsvariasjonene i jordkloden. Jo tettere jorden er, desto høyere er geoiden. På den måten gir det et mer nøyaktig estimat av havnivået globalt.

Ved Cime de la Bonette ligger geoiden 54,3 meter over ellipsoiden. Høyden på 2802 meter er i forhold til geoiden. Høyder i forhold til geoiden er mer nøyaktige, men mange små enheter bruker bare ellipsoiden. En enhet som bruker geoiden, vil ofte rapportere høyder som er 10 til 50 meter forskjellige fra en enhet som baserer høydene på ellipsoiden. Enda en grunn til at høydene for en klatretur kan være så varierte.

Takk, geoide

Hva om vi ikke brukte en ellipsoide eller geoide? Hvis høyde over havet ble målt som avstanden fra jordens sentrum, ville noen av de høyeste veiene i Europa sett helt annerledes ut i forhold til hverandre. Nedenfor er en liste over hva høydene vil være i forhold til Cime de la Bonette. Havnivå er den metoden vi vanligvis bruker, og det er den vi har forklart i denne bloggen.

Høyder” på noen kjente fjellpass som avstand fra jordens sentrum. I høyre kolonne indikerer negative tall at passet er lavere, eller nærmere jordens sentrum, enn Bonette. Passasjer lenger sør rangeres høyere på grunn av jordens ellipsoide utbuling ved ekvator.

Hvor langt er langt?

Til slutt påvirker geodesien også hvordan vi måler etappelengder. Franske forskere var ledende innen geodesi i renessansen. På 1790-tallet satte de seg for å måle avstanden fra Dunkerque til Montjuic ved Barcelona. Ut fra dette beregnet de ellipsoidens form og avstanden fra Nordpolen til ekvator gjennom Paris. Lengden på en meter ble da offisielt definert til å være en ti-milliondel av denne avstanden. Det offisielle måleverket oppbevares hos Det internasjonale vekt- og målbyrået i Sèvres i Frankrike.

Etappe 19 går over det høyeste punktet i årets Tour de France, og en av de høyeste veiene i Europa. Uten geodesi ville vi ikke visst hvor høy Bonette egentlig er. Geodesien ga oss også lengden på en meter. Ikke bare høydene på passeringene i Touren avhenger av det, men også måten vi måler etappelengdene på. Det finnes rett og slett ikke noe Tour de France uten vitenskap. Det er i bunn og grunn hele ideen bak GeoTDF i et nøtteskall.

NB: Blogger på andre språk enn engelsk er alle automatisk oversatt. Våre skribenter er ikke ansvarlige for eventuelle språk- og stavefeil.