В чем измеряется высота гор. Не только спортивный интерес

Как измеряют высоты?

За этим вопросом следуют и сопутствующие. Что такое абсолютная и относительная высоты? Почему на вершинах стоят триангуляционные знаки? Когда впервые определили высоту? Что значит «над уровнем моря»? Колеблется ли этот уровень? Как меряют высоту с самолетов? Что такое командные точки?

Отображая местность в уменьшенном виде на схемах и картах, люди всегда обращали внимание и на горы. Они были приметными и необходимыми ориентирами. Географическая карта появилась не сразу: она пережила свое развитие от глиняных, пергаментных, берестяных образцов до совершенных картографических моделей. Поначалу многое зависело от рисовальщика, его чувства пространства, умения мысленно окинуть Землю с высоты. Математическая достоверность рельефа, конечно, отсутствовала.

Со временем появилась профессия съемщика. Пошли в ход мерный шнур, мерное колесо, компас. В XVI веке изобрели прообразы измерительных геодезических приборов – мензулы, теодолита, затем – дальномеры, нивелиры. Мерить высоту горы, или, как говорят топографы, «снимать вертикальные отметки», помогли физики.

Блез Паскаль попросил своих знакомых в Клермонте подняться на гору Пьюи–де–Дом с ртутной трубой. Предположение ученого подтвердилось на высоте: столбик ртути понизился. С тех пор привычным стало измерять высоту местности с помощью ртутного барометра. Появились приборы для определения высоты по температуре паров кипящей воды: гипсометр, термобарометр, гипсотермометр. Принцип действия таков: по мере подъема уменьшается давление воздуха. Понижается при этом и температура кипения воды – примерно ОД градуса на 0,27 мм ртутного столбика. По таблицам соответственно отмечается атмосферное давление, а уже по нему определяется высота местности.

Это, можно сказать, «полевой» способ. Но ведь не на каждую вершину так легко подняться для измерения. И в XVII веке голландский астроном Снеллиус предложил триангуляционный способ, когда высоты определяются «со стороны», при помощи опорных точек. Этим методом пользуются и для топографических съемок с самолетов и искусственных спутников.

Высотные отметки вершин стали различать: абсолютные – от уровня моря и относительные – от подножия горы, от нижележащей равнины. Понятно, абсолютные высоты гор всегда больше относительных. Для единства системы измерения в географической науке принято эти измерения считать от уровня Мирового океана. Так, после указания высоты появилась приметная приставка «над уровнем моря», или если ее нет, то она просто подразумевается. Но ведь известны приливы и отливы. Уровни морей непостоянны: их начали различать: мгновенный, приливный, среднесуточный, среднегодичный, среднемноголетний. Этот последний по выработанным международным соглашениям и стал самым устойчивым для того, чтобы «привязать» к нему высоту гор.

Понятно, по–другому измеряются многие вершины и хребты в океанах, не выходящие на поверхность. Такая самая высокая морская подводная гора была открыта в 1953 году около впадины Тонга у Новой Зеландии. Она поднимается со дна моря на 8690 м, и ее вершина находится на 365 м ниже поверхности воды. И вот если исходить не от уровня моря, а мерить высоту от подводного основания, то самой высокой горой в мире оказывается Мауна–Кеа («Белая гора») на Гавайских островах. Общая высота ее составляет 10 203 м, из которых только 4205 м находятся выше уровня моря.

Высота гор поражает. Величественные восьмитысячники смотрятся потрясающе даже на фотографиях. Неудивительно, что альпинисты так рвутся покорять эти вершины, ведь восхождение – это совершенно особенное приключение, о котором будет помниться на протяжении всей жизни. Но как узнать, на какую высоту удалось подняться? Как вообще удается измерить высоту гор? Ведь людям удалось измерить даже Эверест, получив показатель в 8848 метров над уровнем моря.

Как осуществляют такие измерения, какие инструменты помогают людям получить точные результаты, когда речь заходит о заоблачных высотах? Пожалуй, каждый любопытный человек хотел бы об этом узнать.

Как измеряли горы раньше?

Рассматривая точные методы измерения высот на местности, необходимо отметить, что для решения этой проблемы использовалась топографическая съемка. Этот метод позволяет получить точные координаты, размеры и форму любого участка земли, включая и возвышенности. Вариантов проведения геодезических исследований имеется несколько, но все они сводятся к триангуляции, то есть, к методике тригонометрической съемки.

Материалы по теме:

Почему в горах холодно, ведь теплый воздух поднимается вверх?

Вспоминая азы геометрии, можно привести теорему, согласно которой при наличии сведений об одной из сторон треугольного объекта и двух его углов можно вычислить оставшиеся две стороны. Масштабы объекта измерения при этом роли не играют, треугольник может быть как малым, так и многокилометровым. Чтобы использовать эту теорему, необходимо провести точные измерения для получения первоначальных сведений. Берутся два ориентира, производится механическое измерение. Так удается получить сторону треугольника. Далее выбирается еще один условный ориентир под вершину. От вершины проводятся воображаемые линии, удается получить угол. Остается только воспользоваться теоремой.

Углы измеряют теодолитом, прибор предназначается как раз для этой цели. Получив координаты первого треугольника, можно получать и последующие, разбивая необходимую площадь на эти фигуры до тех пор, пока не будет найдена общая площадь.

Интересный факт: теодолит измеряет как горизонтальные поверхности, так и вертикальные.

Нивелирование – еще один проверенный метод для измерения пространства, в рамках которого применяется ватерпас в основании теодолита – он позволяет привести все на один уровень, указывая момент выравнивания. Используя визир – оптический прибор, и подняв его на нужный ориентир, находящийся на горе, можно получить в итоге показатель высоты.

Материалы по теме:

Как образуются горы?

Современные технологии и точные результаты

Туристы-любители и альпинисты, не связанные с геологическими изысканиями, все это оборудование с собой не носят. Современные технологии позволили человеку иметь при себе минимум – GPS-навигация может устанавливаться на обычном смартфоне. Также существуют более надежные и точные автономные устройства GPS, которые позволяют не теряться, всегда знать, кто и где находится на местности. Они работают вертикально и горизонтально, могут показывать высоту. Последнее важно для альпинистов, любителей парашютного спорта.

Вместе измерить высоту горы Эверест, которая возвышается на границе двух стран. Мечта любого альпиниста, самая высокая вершина могла слегка уменьшиться (а может, и подрасти) в результате землетрясения в Непале в 2015 году. О том, как измеряют горы, что влияет на их высоту и зачем нужно уточнять данные, читайте в материале «Известий».

Счет идет на сантиметры

Джомолунгма (это по-тибетски в разных вариантах и «Божественная мать земли», и «Божественная мать ветра»), Сагарматха (уже по-непальски - «Небесная вершина») - как ни назови Эверест (английский вариант), а гора всё равно всех сородичей выше.

Еще в XIX веке, когда непальцы не пускали британцев в страну, вычислить высоту Эвереста (тогда просто безымянной вершины «Пик XV») удалось, опираясь на тригонометрию, а точнее, метод триангуляции - построения сети многочисленных треугольников, у которых измеряют все углы и длины некоторых базисных сторон. Большим специалистом в ту эпоху считался геодезист и географ полковник сэр Джордж Эверест, в честь которого и нарекли гиганта. В 1847 году индийская экспедиция под руководством ученика полковника Эндрю Во определила, что высота вершины горы равна 8840 м .

В 1950-е годы геологическая служба Индии перепроверила данные, и выяснилось, что патриархи геодезии слегка промахнулись в подсчетах, занизив высоту вершины на 8 м. Что, согласитесь, всё равно неплохо для XIX века.

«Замеры производились при помощи геодезических приборов визуально с достаточно большой погрешностью - в несколько сантиметров, даже, может быть, в десятки сантиметров. Измерения проводились в течение всего XX века. У нас в стране, например, окончательно определили высоты многих гор в военные годы. Отсюда и названия - пик Победы (Тянь-Шань), гора Победы (на северо-востоке Сибири) , - рассказывает «Известиям» профессор кафедры геоморфологии Института наук о Земле СПбГУ Андрей Жиров. - Конечно, с того времени приборы изменились. Но надо просто оценить всю ту сложность, с которой проводили измерения в годы войны: пройти, замерить при помощи теодолитов - угломерных приборов, нивелиров... Топографы проделали огромную работу! Сейчас я говорю молодым: «Насколько вам, друзья, легче живется, вы себе даже представить не можете! Натягивать 10-метровую мерную ленту - это же застрелиться можно...».

Кандидат геолого-минералогических наук, ассистент кафедры региональной геологии и истории Земли геологического факультета МГУ Алексей Хотылев рассказывает, что сегодня основным методом измерения высот являются системы глобального позиционирования.

«Мы с ними постоянно пересекаемся, когда определяем собственные координаты на телефоне или в GPS-навигаторе, - говорит «Известиям» Алексей Хотылев. - Разница лишь в точности определения: у пользовательских систем погрешность определения составляет от первых метров до первых десятков метров, в то время как у профессиональных систем точность составляет первые сантиметры и десятки сантиметров. Принцип работы у них единый - прибор получает информацию от спутников и пересчитывает ее в трехмерные координаты - широту, долготу и высоту, а нам остается только попасть на нужную точку измерений ».

Кстати, Непал никогда не измерял высоту Эвереста, а Китай ориентируется на свои значения - 8844 м. В 1999 году американские исследователи провели съемку при помощи GPS, добавив к известной величине 2 м. Эти показания использует Национальное географическое общество США, но особого распространения они не получили.

В 2015 году геологи предположили, что после землетрясения самая высокая вершина в мире могла измениться на 3 см. Дебаты были жаркими, поэтому было решено отправить на гору группу геодезистов - спутники спутниками, но и на месте надо поработать. Два года специалисты дорабатывали методологию измерений, собирали сведения и готовились к экстремальным условиям. В апреле 2019 года группа отправилась на гору. Предполагается, что результаты экспедиции появятся в конце 2020 года.

Достучаться до небес

Все реки текут, а многие горы еще и растут.

«Горы растут, порой впадины значительно опускаются, - говорит Андрей Жиров. - Не все горы растут, но большинство новых гор (Памир, Тянь-Шань) испытывают современные тектонические движения, и достаточно большие. Скорость в несколько сантиметров, до 5 см в год, - это самое обычное явление. По некоторым косвенным данным, амплитуда движения может достигать десятков сантиметров - 30, 40, даже до полуметра в год. Бывает, что это связано с землетрясениями, но в принципе полметра роста возможно. Движение земной коры со скоростью порядка 15–20 см в год тоже считается достаточно нормальным ».

Эверест, известный также как Джомолунгма, Сагарматха и Шэнмуфэн, возвышается над уровнем моря почти на 9 тыс. км. Он считается не только самой высокой, но и самой опасной для восхождения вершиной - в том числе из-за сложных климатических условий на вершине горы. Уровень кислорода там приближается к смертельным для человека отметкам

Наплыв желающих покорить «вершину мира» сократился только в 2014–2015 годах - тогда на Эвересте сошла мощная лавина, из-за которой погибли как минимум 13 проводников-шерп. Еще одна последовала за землетрясением, которое случилось здесь в 2015 году. На фото: лавина, сошедшая после землетрясения в 2015 году

Базовый лагерь Эвереста в действительности состоит сразу из двух частей, расположенных в разных государствах. Южный лагерь находится на территории Непала, на высоте около 5,3 тыс. м над уровнем море, а северный - на стороне Тибета, на высоте примерно 5,1 тыс. м

Из-за слишком разреженного воздуха восхождение здесь совершают с кислородными баллонами. Но есть и те, кто решается попробовать свои силы и отправиться к вершине «налегке». Чтобы привыкнуть к недостатку кислорода, смельчаки тратят на акклиматизацию до полутора месяцев, хотя сам путь наверх занимает один или два дня

Фото: Getty Images/Corbis/John van Hasselt

Нехватка кислорода здесь - не единственная проблема. Не стоит сбрасывать со счетов также слепящее солнце и сильный ветер (у вершины его скорость может достигать 200 км/ч). На фото: человек, только что вернувшийся в базовый лагерь после успешного восхождения; на его лице - следы от солнечных ожогов и воздействия сильного ветра

Большая часть людей сегодня поднимается на Эверест в составе коммерческих групп - в этом случае организаторы отвечают за транспортировку, поиск сопровождающего, а также устройство лагеря. Но стоит удовольствие недешево - такой подъем обходится в несколько десятков тысяч долларов. Впрочем, порой поднимаются в одиночку или небольшими группами. В этом случае искать шерпу и приобретать все соответствующие разрешения альпинистам приходится самостоятельно. Только на зарплату проводника может уйти до $8–10 тыс.

Растущая популярность Эвереста у альпинистов-любителей привела к тому, что на склонах горы стало скапливаться всё больше мусора, который оставляют сотни проходящих здесь за сезон экспедиций. Альпинистов уже попросили пользоваться алюминиевыми банками вместо стеклянных бутылок - их проще убирать, расплющив о камень. А Китай в 2018 году ввел дополнительный «мусорный» сбор в $5 тыс. для тех, кто поднимается со стороны Непала. Поможет ли это решить проблему - неизвестно. На фото: субботник, посвященный 50-летию покорения вершины

Согласно классической теории, горы образуются в результате столкновения литосферных плит - горный рельеф формирует складка на стыке. Процесс этот, мягко говоря, долгий. Впрочем, в 2006 году ученый-геолог из Рочестерского университета (США) изучил осадочные породы у подножия Боливийского нагорья и пришел к выводу, что горы растут быстрее, чем это бывает по теории столкновения плит, - по километру за миллион лет. И вспомнил другую теорию: горные массивы могут быстро подниматься, если им «помогает» какое-то тяжелое магматическое образование, которое отрывается от нижней стороны земной коры и тонет в слое верхней мантии планеты. Или вот такой пример: горе Большое Богдо в Астраханской области помогает «расти» кристаллизирующаяся соль. Это месторождение будто выпячивает гору, отчего она растет на 0,4–0,6 мм в год.

Высота и рельеф гор зависят от состава породы, климата и тектонической структуры района. Алексей Хотылев отмечает, что изменения высот поверхности земли хоть и происходят постоянно, но на таких скоростях, что топографические карты не успевают устареть.

«Скорее изменится система дорог или исчезнут нарисованные на картах поселки и деревни, чем высота реального рельефа станет сильно отличаться от обозначенной на карте , - говорит Алексей Хотылев. - Однако при резких катастрофических событиях типа землетрясений смещения земной поверхности могут достигать нескольких десятков метров. Причем эти поднятия могут происходить буквально за несколько секунд. И в сейсмически активных районах после катастрофических землетрясений изменения могут быть реально очень сильными - подобное фиксировалось при ашхабадском, ассамском, спитакском и прочих крупнейших землетрясениях. Здесь повторные измерения рельефа не только фиксируют произошедшие подвижки, но и дают ответ о механизмах, их вызвавших» .

Землетрясения в Непале весной 2015 года были очень мощными: сначала первое магнитудой 7,9, затем серия афтершоков. Еще одно землетрясение произошло спустя почти две недели с магнитудой 7,3. Погибло около 9 тыс. человек, были разрушены памятники ЮНЕСКО, а Эверест лишился «Хиллари» - 12-метрового выступа на юго-восточном гребне горы. И хотя ступень была смертельно опасной (в плохую погоду около нее можно было задержаться на 1,5–2 часа), альпинисты отмечали, что с падением «Хиллари» ушла целая эпоха.

Не только спортивный интерес

Ближайшему сопернику до Эвереста чуть больше 200 м. Так что лидера на нашем с вами веку точно никто не догонит. Как отмечают эксперты, плюс 3 см или минус 3 см к известной высоте Джомолунгмы особо практического значения не имеют. В случае с величайшими вершинами это скорее спортивный и научный интерес. Впрочем, наладить частоту измерений стоит.

«Нужно отслеживать тектонические движения: вертикальные (в случае с горами), горизонтальные - как в случае, например, с разломом Сан-Андреас, который проходит прямо через Сан-Франциско. Половина города по отношению к другой движется не по миллиметрам, а по сантиметрам, - рвутся коммуникации и так далее. За этой скоростью, конечно, надо следить, - отмечает Андрей Жиров. - Все уцепились за горы, но и наши территории движутся, тот же Санкт-Петербург. Западная часть, включая Васильевский, Петровский острова, опускается со скоростью миллиметр в год, а Охта, правый берег Невы, поднимается на миллиметр в год. Это, казалось бы, немного, но за несколько десятков лет набегает сантиметров пять. И такие движения есть в пределах фактически всех территорий ».

Поверхность Земли, поясняет профессор геоморфологии, вся живая. Где-то происходят просадки, где-то вымывания. Даже болота прирастают торфом по миллиметру в год.

«В условиях мерзлоты достаточно шланг положить с чуть теплым буровым раствором - за несколько суток такой овраг размоет, не то слово! Никогда нельзя точно измерить и сказать, что эти данные стабильны и навечно, - говорит Андрей Жиров. - Конечно, надо перемерять. По крайней мере раз в 50 лет, потому что, в частности, на Тянь-Шане есть такой интересный пик Хан-Тенгри на границе с Китаем. Местные называют его «Обитель духов». Ее измерили в годы Великой Отечественной войны, она не доставала 6 м до 7 тыс. (это такой рубеж, «семитысячники» - высочайшие горы). Но недавно, лет 10 назад, ее перемеряли, и она выросла до 7 тыс. м ».

Как измеряли горы раньше?

Материалы по теме:

Почему в горах холодно, ведь теплый воздух поднимается вверх?

Интересный факт: теодолит измеряет как горизонтальные поверхности, так и вертикальные.

Материалы по теме:

Как образуются горы?

Современные технологии и точные результаты