Geoid: kaj je, definicija in pomen v geodeziji

Geoid je oblika, podobna površini Zemlje. Je tridimenzionalna geometrijska oblika, podobna pomaranči. Tovrstne oblike imenujemo oblatni sferoidi, ki so neke vrste elipsoidi.

Vendar je geoid zelo posebna vrsta ploščatega sferoida. Opredeljen je na naslednji način:

Geoid je oblika, ki bi jo površina oceanov dobila samo pod vplivom Zemljine gravitacije in vrtenja, brez drugih vplivov, kot so vetrovi in plimovanje.

Leta 1828 jo je definiral Gauss. Pogosto jo opisujejo kot pravo fizično obliko Zemlje. Študij meritev in oblik Zemlje se imenuje geodezija.

Za številne praktične namene se uporablja preprostejša oblika, saj je tako lažje računati. Ta oblika se imenuje referenčni elipsoid. V osnovnem izobraževanju je oblika Zemlje opisana kot pomaranča, ki je krogla, vendar je okoli ekvatorja širša. Takšno obliko imajo vse nebesne vrteče se krogle, kot so zvezde in planeti. Podrobnosti se v posameznih primerih nekoliko razlikujejo.

Kaj geoid dejansko pomeni: Geoid je teoretična površina enake gravitacijske potencialne vrednosti (ekvipotencialna površina), ki naj bi sovpadala z dolgoletnim povprečjem gladine morja pod vplivom gravitacije in vrtenja Zemlje, če bi bili izključeni vplivi vetra, tokov in plimovanja. Zaradi neenakomerne porazdelitve mase v Zemljinem notranjosti je ta površina zapletena in lokalno izbočena ali vdolbena v primerjavi z referenčnim elipsoidom.

Geoid nasproti elipsoidu (pomembna razlika): Referenčni elipsoid je matematična, gladka površina, ki jo izberejo geodeti za poenostavljeno predstavitev Zemlje in za izračune položajev. Geoid pa je fizikalna, bolj neravna površina. Višina, ki jo izmeri GPS (GNSS), je višina nad elipsoidom (h). Višina, ki jo običajno uporabljamo v praksi (višina nad morsko gladino), se imenuje ortometrična višina (H). Povezava med njima je: H = h - N, kjer je N geoidna anomalija ali geoidna višinska razlika (geoid undulation).

Velikost razlik: Odstopanja med geoidom in referenčnim elipsoidom se običajno merijo v metrih. V praksi so nepravilnosti geoidne površine pogosto reda nekaj deset metrov, lokalno pa lahko dosežejo tudi okoli 100 metrov glede na izbran elipsoid, odvisno od geoloških in gostotnih značilnosti območja.

Kako se določa geoid: Ker geoid ni neposredno opazen povsod, ga geodeti in geofiziki rekonstruirajo z združevanjem različnih podatkov:

• lokalne in regionalne gravitacijske meritve na terenu (gravimetrija),
• satelitske meritve gravitacijskega polja (misije, kot so GOCE in GRACE),
• satellitska altimetrija nad oceani, ki meri odstotke morske gladine glede na satelit,
• kombinacija GNSS-meritev (višin nad elipsoidom) z lokalnimi višinami nad morsko gladino za kalibracijo geoidnih modelov.

Geoidni modeli in uporaba: Na podlagi omenjenih podatkov se oblikujejo globalni in nacionalni geoidni modeli (npr. mednarodni modeli, pa tudi podrobni nacionalni modeli). Ti modeli so ključni za:

• pretvorbo GNSS-višin (h) v uporabne ortometrične višine (H),
• kartografijo in geodetsko mreženje,
• sledljivost sprememb morske gladine in hidrodinamične študije,
• inženirsko projektiranje, gradbene in prometne konstrukcije, kjer so natančne višine bistvene,
• satelitsko altimetrijo in raziskovanje oceana (korekcije za geoid omogočijo natančno določanje dinamike morske površine).

Zgodovinski pomen: Kot je omenjeno zgoraj, je geoid že v 19. stoletju formalno obravnaval Gauss (1828), kasneje pa so z razvojem instrumentov in satelitov metode za določanje geoidov postale zelo sofisticirane. Danes so natančni geoidni modeli rezultat mednarodnega sodelovanja in naprednih satelitskih misij.

Omejitve in praktične opombe: Geoid je idealizirana fizikalna površina—v realnem svetu morja lokalno ne sledijo nanjo zaradi vetrov, tokov in plimovanja. Zato se v praksi pogosto uporablja dolgoletno povprečje morske gladine kot približek geoidu v obalnih območjih. Poleg tega se geoid spreminja z geološkimi procesi in premiki mas, zato zahteva periodično posodabljanje modelov.

Povzetek: Geoid predstavlja fizično, ekvipotencialno obliko Zemlje, ki je osnova za merjenje pravih višinskih referenc. Razumevanje razlike med geoidom in referenčnim elipsoidom ter metode za njihovo določanje so temelj sodobne geodezije, kartografije in številnih inženirskih in znanstvenih aplikacij.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je geoid?

V: Kako je opredeljen geoid?

V: Kdo in kdaj je določil geoid?

V: Kaj je geodezija?

V: Zakaj namesto geoida uporabljati referenčni elipsoid?

V: Kako je oblika Zemlje opisana v osnovnem izobraževanju?

V: Ali so podobne oblike geoidu tudi pri drugih nebesnih kroglah?

Išči po črki