Forma si dimensiunile Pamantului.

Meridiane si paralele. Coordonate geografice

Cunoasterea formei si dimensiunilor Pamantului este necesara pentru cunoasterea unor fenomene geografice cum sunt:

- zonalitatea termica si climatica;

- conditiile unghiurilor de incidenta ale razelor solare;

- efectele fortei gravitationale si centrifuge;

- reprezentarea cartografica a suprafetei Pamantului.

a) Forma Pamantului

Problema formei Pamantului a preocupat omenirea inca din cele mai vechi timpuri dar nu a fost rezolvata decat dupa indelungate studii, cercetari si masuratori.

b) Dovezi despre forma sferica a Pamantului

- Ptolemeu (90-168 d. Hr.) prin observatiile facute asupra unei corabii care, atunci cand pleaca din port in largul marii, dispare la orizont mai intai corpul sau si apoi catargul; la sosirea din larg a navei situatia este inversa, apare intai varful catargului si apoi corpul navei. Explicatia este data de faptul ca suprafata marii este curba si ea ascunde treptat corpul navei.

- Aristotel aduce prima dovada concreta asupra formei Pamantului, gasind explicarea eclipselor de Luna prin proiectia umbrei Pamantului pe suprafata Lunii atunci, cand cele trei corpuri ceresti, Soarele Pamantul si Luna, se gasesc in linie dreapta iar pozitia Pamantului este intre Soare si Luna. Se poate demonstra si geometric fenomenul, ca singurul corp care lasa totdeauna o umbra circulara pe o suprafata plana este sfera.

- F. Magelan (1480-1521) este cel care demonstreaza practic sfericitatea Pamantului prin realizarea ocolului Globului in expeditia organizata de el (cu 5 corabii si un echipaj de 165 oameni).

- Observarea Stelei Polare cunoaste pozitii variate pe bolta cereasca in functie de locul de unde este privita: din emisfera sudica ea nu este vizibila; de la Ecuator apare la orizont in directia nord iar dinspre emisfera nordica, steaua se ridica continuu pe bolta pana ce la Polul Nord, ea apare chiar deasupra capului observatorului. Rezulta ca in drumul nostru spre nord, Steaua Polara "se ridica" pe bolta cereasca cu un arc de cerc de 1 la fiecare 111 Km parcursi (cei 111 Km = lungimea unui arc de 1 de meridian). In concluzie deplasarea observatorului se face pe meridianul unei sfere iar ridicarea Stelei Polare pe bolta cereasca este de fapt aparenta.

- Masurarea greutatii unui corp in oricare punct de pe Glob, la nivelul oceanului, arata aceleasi valori constante. Greutatea reprezinta insa forta de atractie gravitationala, care este egala cu distanta (raza) fata de centrul Pamantului si cu masa corpului cantarit sau atras. Greutatea ramanand constanta in orice punct de pe Glob, rezulta ca este si o raza relativ constanta, deci forma Pamantului este o sfera. Variatiile gravitatiei si deci ale greutatii aceluiasi corp se constata in cadrul masei continentale unde scoarta este mai groasa si constitutia de roci variata atragand dupa sine valori mai mari si implicit, schimbari privind forma de amanunt a sferei Pamantului.

- Dovada cea mai certa a fost oferita de studiul fotografiilor luate din rachete sau din sateliti artificiali ai Pamantului, din care rezulta ca orizontul este o linie curba.

c) Determinari de amanunt asupra formei Pamantului

Elipsoidul de rotatie

In 1687, fizicianul englez Isaac Newton (1643-1727) descopera legea atractiei universale, prin care se arata ca si Pamantul fiind o planeta se supune acestei legi. Datorita miscarii de rotatie a planetei in jurul axei sale, apare si o forta centrifuga in contrabalans cu gravitatia interna. Daca gravitatia se manifesta aproximativ egal asupra intregii suprafete terestre, forta centrifuga este mai mare la Ecuator si din ce in ce mai mica spre poli unde se reduce la zero. Ca urmare, sfera se va bomba la Ecuator si se va turti spre Poli (fig. 14).

Aceasta forma se numeste sferoid sau elipsoid de rotatie. In cifre absolute s-au putut determina elementele sferoidului, care sunt: semiaxa mare (a), semiaxa mica (b) si turtirea (T) = 1/297.

Au fost mai multi autori care in urma calculelor facute au stabilit elipsoizi de referinta cum sunt: Everest in 1830, Bassel in 1841, Clarke 1880, Hayford in 1909, Crasovski in 1942 si Astrogeodezic realizat de Fischer in 1960.

Fig. 17 Dimensiunile Pamantului

Primul elipsoid admis de Congresul International de Geodezie si Geofizica de la Madrid in 1924, a fost elipsoidul lui Hayford numit de atunci si elipsoid international.

Conform acestui elipsoid se pot retine urmatoarele dimensiuni ale Pamantului:

- raza ecuatoriala = 6378,1 Km

- raza polara = 6356,7 Km

- diferenta intre cele doua raze (a - b)= 21,4 Km

- turtirea = 1/297.

- axa polara = 12714 Km

- diametrul ecuatorului =12757 Km

- circumferinta ecuatoriala = 40 075,16 Km

- lungimea medie a arcului meridian de 1 = 111 km

- volumul Terrei = 1083 mld. Km³

- suprafata Terrei = 510 mil. Km²

- densitatea medie = 5,527 g/cm³, in comparatie cu apa = 1 g/cm³.

2. Forma de geoid

Desi elipsoidul turtit este o reprezentare mult mai buna a formei Pamantului decat sfera, se simte inca nevoia unei precizii si mai mari. In realitate, scoarta Pamantului nu este omogena ca sa rezulte un elipsoid de rotatie propriu zis. Straturile de roci au densitati diferite, la exterior apar forme de relief inegale compuse si ele din roci diferite, apar continente si oceane. De aceea, fiecare portiune de teritoriu se va comporta diferit fata de forta gravitationala conform masei sale dar si distantei fata de centrul Pamantului. Astfel, suprafata reala ce rezulta, respectiv forma Pamantului, nu poate fi definita geometric sau matematic, planeta neavand un corp regulat.

Aceasta forma a fost numita geoid sau forma de tip Pamant (data de Listing 1870).

Constituie o suprafata calculata a campului gravimetric si corespunde in mare parte, nivelului mediu al Oceanului Planetar, aflat in repaus perfect (suprafata la nivelul perfect zero). Pe continente, suprafata geoidului, cu roci mai dense ca apa este cu circa 100-200 m mai ridicata, prezentand ondulari in functie de repartitia maselor de roci mai grele sau mai usoare (fig. 15). Pe oceane suprafata geoidului are, de asemenea, usoare ondulari cauzate de relieful submarin.

Cercetarile moderne in geodezie se ocupa si cu determinarea suprafetei geoidului deoarece directia descendenta a atractiei gravitationale depinde de forma suprafetei geoidului care trebuie bine cunoscut. Teoretic, suprafata geoidului in fiecare punct al Pamantului trebuie sa fie perpendiculara pe directia fortei gravitationale. Geoidul se deosebeste prea putin de sferoid, devierea liniei geoidale fata de cea a elipsoidului de rotatie are o abatere de 100 m dar cu un volum identic.

Fig. 15 Raporturile teoretice dintre geoid si elipsoidul de rotatie

3. Geoidul para

Geoidul para (terroidul, telluroidul sau ovoidul asimetric) este forma dedusa recent din folosirea datelor obtinute cu ajutorul satelitilor artificiali impreuna cu cele geodezice. Cu ajutorul acestor date s-a calculat in 1960 (de catre Fischer) si elipsoidul de referinta "astrogeodezic". In urma acestor observatii s-a constatat ca Pamantul este mai bombat la nivelul zonei tropicale australe (aici fiind mai apropiat de suprafata sferei, asa cum prevazuse chiar Newton) si este mai turtit la Polul Sud (cam cu 23 m sub elipsoidul de rotatie) si usor mai ridicat la Polul Nord (cu circa 17 m deasupra elipsoidului de rotatie). Polul Sud este mai aproape de centrul Pamantului cu cca 40 m fata de Polul Nord (fig. 16). Daca s-ar exagera scara diferentelor dintre elipsoid si terroidul real si se mentine reala scara generala a elipsoidului, Pamantul ar aparea cu o usoara forma de para (sau ovoid asimetric).

Fig. 16 Geoidul para (telluroid)

d) Orizontul aparent si orizontul local geografic

Datorita sfericitatii Pamantului, cand privim in jurul nostru, suprafata observabila se circumscrie unui cerc, unde bolta cereasca pare ca se uneste cu uscatul. Aceasta linie de intrepatrundere a cerului cu pamantul unde sfarseste tot aparent suprafata vizibila, se numeste orizont aparent sau vizibil. Sub aspect geometric, acest orizont este linia de contact a conului format de razele vizuale pornite din ochiul nostru cu suprafata Pamantului, cu care acestea sunt tangente. Cu cat punctul de perspectiva (cel de unde se observa), va fi situat mai sus in raport cu suprafata, cu atat orizontul se va largi pana la o limita maxima ce se apropie de circumferinta maxima a geoidului.

Orizontul geografic sau suprafata efectiv vizibila, este dependent de relief. El coincide cu orizontul aparent numai pe mare si uneori in campie. Relieful, prin fragmentarea sa, fie limiteaza, fie largeste orizontul vizibil in mod neregulat adica intr-o directie il largeste, in alta il reduce si astfel, conturul devine un perimetru neregulat si un cerc.

Daca prin orizont aparent intelegem numai conturul extrem vizibil ("contactul" cer-pamant), orizontul geografic cuprinde totalitatea elementelor de mediu incluse in orizontul real, vizibil (relief, ape, etc.). Curbura Pamantului reduce suprafata orizontului local.

e) Longitudinea si latitudinea

Constituie coordonate geografice cu ajutorul carora se localizeaza orice punct de pe Glob.

Pentru a ne orienta pe Glob si a stabili pozitia unui punct pe planeta trebuie stiute reperele de baza: polii geografici ai Pamantului, Ecuatorul, paralelele, meridianele, axa Pamantului.

- Polii geografici, Polul Nord si Polul Sud reprezinta punctele imaginare prin care axa Pamantului strapunge suprafata terestra.

- Axa reprezinta linia imaginara care strabate Pamantul de la nord la sud, trecand prin centrul sau. In jurul ei se efectueaza rotatia planetei si prezinta o inclinatie fata de verticala locului catre est cu 23 30'.

- Ecuatorul este un cerc imaginar situat la jumatatea distantei dintre cei doi poli; el imparte sfera planetara in doua emisfere egale: emisfera nordica (boreala) si cea sudica (australa). Fiind prima linie care subdivide Pamantul prin partea sa centrala s-a notat cu "0" si este numita paralela de "0 ".

- Paralelele sunt cercuri imaginare trasate paralel cu Ecuatorul spre nord si spre sud. Sunt orientate est-vest. Ele se traseaza incepand de la Ecuator pana la cei doi poli de unde se face si numaratoarea de la "0 " (Ecuatorul) pana la 90 la Polul Nord si 90 la Polul Sud. Pe masura indepartarii de Ecuator si a apropierii de poli, lungimea paralelelor este din ce in ce mai mica. Paralela de 0 (Ecuatorul) masoara 40076 Km, pe cand paralela de 90 (Polul Nord si Polul Sud) au "0" m lungime, polii fiind, de fapt, niste puncte.

- Meridianele sunt semicercuri care unesc cei doi poli. Numerotarea lor se face incepand cu meridianul care trece prin Greenwich ( un cartier al Londrei unde se afla Observatorul Regal de Astronomie), care este si meridianul de 0 . Meridianele se numeroteaza catre est sau catre vest fata de meridianul Greenwich, de la 0 la 180 , iar meridianul de 180 este opus meridianului Greenwich.

Astfel, in raport de meridianul 0 spre est (dreapta) pana la 180 va fi emisfera estica iar spre vest, emisfera vestica, deoarece meridianele de mai sus formeaza un cerc meridian care imparte Pamantul in doua jumatati.

Spre deosebire de paralele, meridianele au lungimi egale.

In concluzie, meridianele si paralelele sunt cercuri mari si mici trasate intr-un anume mod pe sfera. Ordonarea acestora porneste de la cele doua puncte fixe care sunt impuse de miscarea de rotatie a Pamantului in jurul axei sale - Polul Nord si Polul Sud. Prin cei doi poli se duc o serie de cercuri mari numite meridiane. Perpendicular pe meridiane s-a imaginat o alta serie de cercuri numite paralele care sunt cercuri mici cu exceptia Ecuatorului care este cel mai mare cerc trasat pe sfera datorita pozitiei sale la distanta egala fata de poli prin zona centrala bombata a Pamantului.

Acest ansamblu de cercuri ordonat si numerotat incepand de la catre un cerc de baza notat cu 0 (meridianul de 0 sau Greenwich si Ecuatorul), formeaza un sistem imaginar de coordonate geografice sau reteaua geografica.

Cu ajutorul lor se calculeaza longitudinea si latitudinea sau masurarea distantelor unui punct de pe suprafata terestra si stabilirea pozitiei geografice. Deoarece suprafata terestra este curbata, ele masoara lungimi de arce de paralele si meridiane si sunt exprimate in grade, minute si secunde.

Longitudinea este distanta spre est sau vest fata de meridianul 0 (Greenwich) masurata pe directia celui mai scurt arc pana la un punct dat, utilizand paralela locului acelui punct (fig. 17). Ea poate oscila intre 0 si 180 est sau vest, fiind longitudine estica sau vestica. Lungimea reala in Km sau in "m" (si nu in grade), a unui grad de longitudine variaza de la un loc la altul, scazand de la Ecuator la poli datorita bombarii Pamantului. La Ecuator un grad de longitudine este egal cu 111 Km (40.076 Km : 360 ), pe paralela de 45 masoara 79 Km, la 65 numai 47 Km, iar la poli este de "0" Km.

Latitudinea este distanta de la Ecuator spre nord sau sud in grade pe un arc de meridian (meridianul locului acelui punct dat) (fig. 20); ea este nordica sau sudica si poate varia intre 0 si 90 N si 0 si 90 S. Ca lungime reala 1 de latitudine este aproape constant pe tot Globul, deoarece meridianele sunt egale intre ele, fiind toate cercuri mari. Exista totusi o mica diferenta datorita turtirii Pamantului la cei doi poli.

Fig. 17 Coordonatele geografice (a. longitudinea; b. latitudinea)