Den høyde (fra latin : altitudo ) er historisk en forestilling om geografisk som utpeker den geometriske høyde vertikalt mellom et punkt og en vertikal referanse , vanligvis havnivå .
I geodesi uttrykker det også avstanden til et punkt fra geoiden . Det er flere måter å beregne høyden på: ortometrisk , dynamisk høyde (in) , geopotensiell høyde (in) og normale høyder (in) .
I luftfart er høyden avstanden mellom et punkt og bakken. Det måles i fot , bortsett fra i landene i det tidligere Sovjetunionen og i Kina , hvor det uttrykkes i meter .
Høyden forveksles ofte med høyde (in) og høyde. Høyde er avstanden mellom havoverflaten og jord -nivå (i) . Høyde er den geometriske avstanden mellom et punkt og dets projeksjon på ellipsoiden .
De forskjellige stedene er forbundet med en høyde ved hjelp av en jevn overflate , beregnet på forskjellige indirekte måter ( geodesi , triangulering ). Høyden er også en eksogen data som er nyttig for numerisk beregning på forskjellige felt: meteorologi , fysikk , biologi .
Begrepet høyde er polysemøst, og i kraft av sin historie assosiert med et stort sett med begreper. Ordet betegner opprinnelig avstand etter høyde og høyde, styrke i forskjellige betydninger og maritim dybde mellom to overflateelementer (punkter, linje, plan) i det euklidiske rommet .
Matematikkens utvikling har blitt reflektert i tilnærmingen til å beregne høyde, noen ganger over fra et euklidisk rom (2D) til et kartesisk rom (3D), og drar nytte av nye egenskaper til det euklidiske rommet.
Enkelte fysiske felt varierer avhengig av høyden: reduksjon i atmosfæretrykk , variasjon i temperatur og termohygrometrisk dreiemoment , spesielt solstråling . Spesielle reaksjoner fra organismer på disse nye forholdene er synlige, spesielt i planter , men også hos dyr eller sopp og lav .
I stedet for effektene av høyde, ville det være hensiktsmessig å snakke om variasjoner knyttet til høyden, fordi høyden er rådata som ikke har noen konsekvenser alene. Vi må skille mellom to typer effekter:
De første effektene er spektakulære og velkjente for fjellklatrere ; sistnevnte er mer diskrete og påvirker både mennesker og økosystemet . Spesielt er høyhøyde jordarter ofte fattigere, surere, mindre tykke (reduksjon i den nyttige jordreserven og metningshastigheten , noe som kan forverre fenomenet skognedgang ).
Variasjonen i temperatur i henhold til høyde avhenger av hvor du er i atmosfæren : troposfæren , stratosfæren , mesosfæren eller til og med termosfæren .
Atmosfærisk trykkDen avtar eksponentielt med høyden i henhold til den barometriske nivelleringsformelen . Ved havnivå er det verdt 1 atm ( dvs. 760 mmHg , 1.013,25 mb eller 101,325 Pa ), mens det ved 1000 m bare er verdt 89859 Pa ( 674 mmHg ), ved 4800 m 55462 Pa ( 416 mmHg ) og ved 8.848 m 31.464 Pa ( 236 mmHg ).
TyngdekraftsintensitetDette varierer avhengig av planeten du er på og høyden. Det er omvendt proporsjonalt med kvadratet av avstanden fra sentrum. På jorden er verdien 9,814 m s −2 ved havnivå, 9,811 m s −2 ved 1000 m og 9,802 m s −2 ved 4000 m .
Dette er den virkelige tiltrekningen av tyngdekraften. For et stasjonært legeme i den jordiske referansen (derfor ikke utsatt for Coriolis-akselerasjon) er den tilsynelatende tyngdekraften lik den foregående minus sentrifugalakselerasjonen ω 2 r hvor ω er jordens rotasjonshastighet ( 360 grader per dag) og r avstanden til polenes akse. Denne sentrifugalakselerasjonen er null ved polene og er omtrent lik 0,034 m s −2 ved ekvator; den tilsynelatende tyngdekraften er derfor bare omtrent 9.780.
Den første beskrivelsen av virkningene av høyden er gitt av Platon , i anledning en bestigning av Ossa-fjellet .
Når man studerer høydenes fysiologiske effekter, tas tre områder i betraktning:
Hos mennesker virkningene av høyde er hovedsakelig på grunn av reduksjon i partialtrykket av oksygen i innåndingsluften, og til det fall i temperatur . Brutal eksponering i en høyde av 6000 m resulterer i død innen 15 minutter .
I hvile observeres hyperventilasjon (økt ventilasjon) på kort sikt som respons på aktivering av kjemiske reseptorer i halsvenen.
Den diurese (fjerning av en del av volumet plasma ) har en tendens til å øke andelen av røde blodlegemer i blodet . Plutselig eksponering for en høyde på 4000 m resulterer i 15% reduksjon i denne væsken, en reduksjon som vedvarer i 4 uker. Respiratorisk acidose som skyldes cerebrospinalvæske blokkerer effekten av hyperventilasjon. Det totale vannvolumet i kroppen reduseres med 10% på grunn av reduksjon i forbruket av væsker og opprettholdelsen av urineliminasjonsvolumet. Det er også endringer i konsentrasjonene av natrium- og magnesiumioner.
Eksponering for stor høyde forårsaker takykardi (økt hjertefrekvens ).
Langsiktige svar (flere uker)På lengre sikt (fra omtrent tre uker) er det en betydelig økning i antall røde blodlegemer ( hematokrit ) som muliggjør økt oksygentransport i blodet . Dette er konsekvensen av en topp i EPO de første dagene av eksponering for høydehypoksi . Det er også en økning i konsentrasjonen av karbonationer i blodet. Det maksimale oksygenopptaket (også kalt VO 2 max) synker med høyden. Dermed er mennesket på havnivå 100% av sine muligheter, mens han på 4 809 m (toppen av Mont Blanc ) bare kan ha 70% og bare 20% på 8 848 m (toppen av Everest) .
Effekten "økning i mengden røde blodlegemer " er spesielt ettertraktet av visse idrettsutøvere, det er hovedårsaken til å organisere kurs i høyde, noen ganger på mer enn 3000 m . Imidlertid kan denne polycytemi i noen tilfeller føre til et overskudd av røde blodlegemer, og dannelsen av blodpropp kan da blokkere venene og forårsake dyp venetrombose (flebitt) som kan føre til døden. Konsentrasjonen av røde blodlegemer ( hematokrit ) i blodet fra visse populasjoner som bor i høy høyde (Andesfjellene) er naturlig nok høyere.
Hvor høyt kan mennesker leve?Livet i høyden vanskeliggjøres av kulde, mangel på vann og mat, til og med oksygen, et høyere nivå av ultrafiolette stråler, effekter på menneskets stoffskifte og et noen ganger farligere miljø.
Befolkningen i Potosí i Andes-Bolivia bor omtrent 4040 m unna . Kroppen deres har tilpasset seg disse forholdene: deres blod er rikere på røde blodlegemer som fører oksygen til organene. På den annen side gir høyden problemer for besøkende. Når trykket av luft og oksygen reduseres, reduseres deres fysiske kapasitet med 30 til 40% til tross for kardio-respiratorisk akselerasjon. Det tar omtrent to uker å tilpasse seg. I mellomtiden kan den besøkende lide av akutt fjellsykdom : hodepine, kvalme, ødem osv.
Miljøer med høy høyde (> 2500 m ) har lenge blitt ansett som leveområder som ikke er egnet for forhistoriske mennesker, på grunn av de klimatiske og økologiske begrensningene som tynger disse miljøene. Imidlertid har arkeologiske utgravninger vist at det er noen få unntak: utgravninger utført i det etiopiske høylandet har avslørt en episodisk tilstedeværelse av noen av våre forfedre, spesielt i Gadeb (2400 m ) er det henholdsvis 1,5 for 0,7 millioner år siden og kl. Melka Kunture (2400 m ) for rundt 1,5 millioner år siden (i full steinalder ). Disse menneskene kom sannsynligvis fra Great Rift Valley .
De arkeologene funnet lignende spor i Tibet og Andesfjellene , inkludert pleistocen (det er mer enn 11 700 år siden under siste istid ), for eksempel i fjellet ly Fincha Habera på 3469 m av høyde i Bale fjellene i Etiopia 31000 til For 47 000 år siden, hvor gigantrotten Tachyoryctes macrocephalus ble spist blant annet .
I Tibet intrigerer to svært høye arkeologer og forhistorier: Nywa Devu i 4.600 m høyde og Baishiya Karst-hulen i 3.280 m høyde som ser ut til å ha vært i det minste midlertidig okkupert for 30 000 til 40 000 år siden.
Forhistoriske menneskelige gjenstander har blitt funnet til over 3000 m , inkludert hva synes å ha vært av hånden økser Acheulean stil fortsatt datert upresist (500 000 til 200 000 år før nåtid) i nærheten av krateret av Dendi i Etiopia.
PatologierOppholdet i veldig høy høyde kan indusere plager som er direkte relatert til mangel på oksygen. På kort sikt er akutt fjellsykdom preget av symptomer av ulik natur og variert alvorlighetsgrad, alt fra hodepine til livstruende tilstander som lungeødem eller hjerneødem . Disse ødemene er relatert til vannretensjon forårsaket av endringer i urinproduksjonen.
Befolkning som lever permanent i høyder over 3000 meter, slik som fjellbefolkningen i Andesfjellene , kan også bli påvirket av Monges sykdom eller kronisk fjellsykdom .
Studier antyder at babyer har en spesiell følsomhet for høyde, for visse patologier, og det ser ut til å variere i henhold til deres etniske opprinnelse. Dermed øker risikoen for spedbarnsdødelighet og plutselig spedbarnsdødssyndrom med bopel i høyde: betydelig over 2000 m, for eksempel i USA eller Argentina med 2 til 3 ganger risikoen for plutselig død når spedbarnet ble født til en mor som bodde over 2.400 m høyde ifølge en annen studie, basert på en befolkning på 393 216 spedbarn født fra 2007 til 2012 i Colorado , muligens på grunn av økt risiko for ' hypoksi . Omvendt reduseres risikoen for dødelighet av respirasjonsnød hos den nyfødte mens den øker i tilfelle ikke-traumatisk intrakraniell blødning (med variasjoner i henhold til etnisitet, etter justering for gjennomsnittlig fødselsvekt for staten, svangerskapsalder og inntektsulikhet ...) . “Analytisk epidemiologisk forskning er nødvendig for å bekrefte eller tilbakevise hypotesene generert av disse beskrivende dataene” ifølge RS Levine i 2018.
Høydekurer - klimatoterapi - anbefales fortsatt i dag for midlertidig å lindre visse astmaanfall, spesielt i tilfelle allergifremkallende astma. Når det gjelder tuberkulose, er meningene delte; I 2008 fant en tyrkisk studie imidlertid en negativ sammenheng mellom høyde og tuberkulose: høydenes innflytelse på forekomsten av tuberkulose ville komme "delvis fra verdien av partialtrykket i oksygen i den grad høyt trykk i oksygen er nødvendig for spredning av Mycobacterium tuberculosis. “Når det gjelder kikhoste , har vi også kunnet anbefale ikke bare opphold i høyde - lite dokumentert, men også" kikhoste-fly "(eller simulering av dem i et hypobarisk kammer).
Motsatt bør personer med sigdcellesykdom unngå høye høyder.
Den beregningen av en høyde alltid utgjør måle en vertikal forskjell, en forskjell i nivå, mellom en startnivå og punktet der høyden vi ønsker å finne i forhold til dette nivået. Den måleenhet som brukes er meter , bortsett fra i USA og i luftfart der foten er fortsatt i bruk.
I land utstyrt med et nasjonalt institutt for geografi (ofte militært i opprinnelse), som det er tilfellet i Belgia og Frankrike, ble det utført av landmålere til generelle nivåer ved høydemetriske baner. Den totale presisjonen til disse nivåene er i størrelsesorden en centimeter. Den relative presisjonen mellom to nabomerk er millimeter.
I regioner der progresjonen er teknisk umulig (fjellområder eller med kaotisk lettelse ), ble høydene tidligere bestemt i henhold til terrestrisk tyngdekraft, men denne metoden er relativt vanskelig å implementere og veldig upresis gitt variasjonene i tyngdekraften forårsaket av fjellmasser eller avhengig av variasjonen av atmosfæretrykk (metode som hovedsakelig ble brukt i fjoråret av fjellklatrere for å bestemme høyden på fjelltoppene).
Med luftfarten har nye metoder basert på fotogrammetri og ortofotopar dukket opp . Disse metodene gjør det mulig å bestemme høyder med en nøyaktighet på noen få meter, indirekte, uten målinger i felt.
Noen satellitter gir også digitale høydemodeller (DTM) over hele planeten med en nøyaktighet på flere hundre meter eller flere kilometer.
Det er ingen enkelt og universell definisjon av referansenivået som brukes, og derfor av høyden. Gyldigheten og relevansen av en høydedefinisjon er avhengig av hvilket anvendelsesområde som vurderes. Rent geometriske definisjoner (som ellipsoid høyde) kan være relevante i romlige applikasjoner, men viser seg å være ubrukelige eller veldig upraktiske for planlegging av et sted på bakken. Definisjoner kan være gyldige lokalt, men globalt inkonsekvente.
Enhver definisjon av høyde krever valg av referansenivå. Dette valget varierer i rom og tid , avhengig av applikasjoner og avlinger .
Det var vanlig å betrakte havnivået som referansenivå, hvis overflate er vanskelig å sidestille: det er en overflate som beveger seg i henhold til astronomiske elementer som Månen og Solen ( tidevannsfenomen ), som ikke er en ekvipotensiell overflate. (på grunn av blant annet strømmen og variasjonen i saltholdighet), kan derfor ikke assimileres med den terrestriske geoiden , og som i alle fall ikke eksisterer vertikalt fra et sted bakken gitt.
Den gamle metoden, som besto i å gå mellom gjennomsnittlig havnivå og et gitt sted ved å måle forskjellen i nivå dh, er matematisk problematisk, fordi resultatet avhenger av stien som følges, med andre ord ∫ dh er ikke en perfekt integrert . På den annen side avhenger ikke energien som skal brukes til å gå fra ett punkt til et annet, som er ∫ g dh, hvor g er tyngdekraften på hvert punkt, den stien som følges. Høyden ble deretter beregnet ved regelmessig å måle g, og ved å dele verdien oppnådd med et gjennomsnitt på g0, ble valget av denne g0 selvfølgelig betingende for resultatet .
I Oktober 1957, innføringen av romalderen fødte romgeodesi , med satellitter utstyrt med laserreflektorer og deretter ultrastabile klokker (som tillater veldig nøyaktige målinger av reisetid eller dopplerforskyvninger). Ankomsten av operasjonelle romsystemer (Transit, deretter GPS , DORIS og, i fremtiden, Galileo ), har bidratt til å generalisere en definisjon av høyden knyttet til de geodetiske referansene som brukes av disse systemene: høyden som leveres innfødt av GNSS-mottakerne (GPS , Galileo, Glonass) er den ellipsoide høyden, hvis referansenivå er definert av en ellipsoid (tilnærming til den effektive formen på jorden) som er spesifikk for hver referanseramme (typisk WGS84; forskjellene mellom moderne geodetiske referansesystemer er ubetydelige for vanlig applikasjoner). Ellipsoidehøyden skiller seg fra den geografiske høyden på grunn av forskjellen mellom den betraktede ellipsoiden og geoidens virkelige form. På det franske fastlandet er den ellipsoide høyden i størrelsesorden femti meter høyere enn den geografiske høyden.
Høydemålinger med moderne instrumenter er mye mer presise enn hva som kan gjøres med øyet eller med et kompass. De satellitter brukes til å beregne og oppdatere de "høyder" av punktene til planet, tinder eller ikke. I motsetning til landbaserte fremgangsmåter som benytter en dynamisk referanseramme som tar hensyn til lokale variasjoner i gravitasjonsfeltet (geoidens) og derved gi sanne "høyder", satellitter gi en høyde fra et referanse ellipsoide (iag GRS80). Forskjellene mellom geoid og ellipsoid varierer avhengig av sted og kan nå hundrevis av meter. Geoid-modeller kan imidlertid integreres i et beregningsprogram som gjør det mulig å finne høyden fra satellittmålinger. Presisjonen avhenger da i stor grad av glattheten i modellen.
Høyden ombord luftfartøy blir oppnådd ved å måle den atmosfæriske trykk , oversatt til trykkhøyde (høyde hvor denne er trykk i en standard atmosfære ) og korrigert for trykket på bakken ved en høydemålerinnstilling . Selv om den barometriske høyden kan avvike vesentlig fra flyets geometriske høyde (i størrelsesorden 10% under ekstreme temperaturforhold ), forblir den referansen for flynavigasjon, spesielt på grunn av den lavere vertikale presisjonen. GPS .
I meteorologi blir forholdene i høyde (vind, temperatur osv.) Gitt til brukere på standardnivåer som tilsvarer et gitt trykk (1000, 850, 700, 500 hPa ) bruker geopotensiell høyde (en høyde nær l geometrisk høyde, men som gjør det mulig å vurdere tyngdekraftsakselerasjonen "g" konstant, mens den synker med høyden), for å forenkle beregningen av de numeriske modellene som skal forutsies .
På månen måler vi toppene i forhold til en gitt avstand fra sentrum. På 1990-tallet publiserte Clementine- oppdraget verdier basert på tallet 1.737.400 meter.
På Mars , i fravær av et hav, er høydenes opprinnelse vilkårlig løst: det er høyden med et gjennomsnittlig atmosfæretrykk på 610 Pa . Dette trykket ble valgt fordi det er nær trykket fra det tredoble punktet av vann ( 273,16 K og 611,73 Pa ), og at det således definerte nivået er nær gjennomsnittsnivået til Marsoverflaten (på jorden er det atmosfæretrykket i 35 km høyde).
Merknader
Referanser