L' altitudine (dal latino : altitudo ) è storicamente una nozione geografica che designa verticalmente l' altezza geometrica tra un punto e un riferimento verticale , solitamente il livello del mare .
In geodesia esprime anche la distanza di un punto dal geoide . Esistono diversi modi per calcolare l'altitudine: ortometrica , altitudine dinamica (in) , altezza geopotenziale (in) e altitudini normali (in) .
In aeronautica , l'altitudine è la distanza tra un punto e il suolo. Si misura in piedi , tranne nei paesi dell'ex Unione Sovietica e in Cina , dove è espresso in metri .
L'altitudine è spesso confusa con l' elevazione (in) e l'altezza. L'elevazione è la distanza tra il livello del mare e il livello della terra (in) . L'altezza è la distanza geometrica tra un punto e la sua proiezione sull'ellissoide .
I diversi luoghi sono associati ad un'altitudine utilizzando una superficie piana , calcolata con vari mezzi indiretti ( geodesia , triangolazione ). L'altitudine è anche un dato esogeno utile per il calcolo numerico in vari campi: meteorologia , fisica , biologia .
Il termine altitudine è polisemico e, in virtù della sua storia, è associato a un vasto insieme di concetti. La parola originariamente designa la distanza per elevazione e altezza, la grandezza nei suoi vari significati e la profondità marittima tra due elementi di superficie (punti, linea, piano) nello spazio euclideo .
L'evoluzione della matematica si è riflessa nell'approccio al calcolo dell'altitudine, passando talvolta da uno spazio euclideo (2D) a uno spazio cartesiano (3D), e beneficiando delle nuove proprietà dello spazio euclideo.
Alcuni campi fisici variano a seconda dell'altitudine: diminuzione della pressione atmosferica , variazione della temperatura e della coppia termoigrometrica , in particolare la radiazione solare . Particolari reazioni degli organismi a queste nuove condizioni sono visibili, in particolare nelle piante , ma anche negli animali o nei funghi e nei licheni .
Più che degli effetti dell'altitudine, sarebbe opportuno parlare di variazioni legate all'altitudine, perché l'altitudine è un dato grezzo che di per sé non ha conseguenze. Dobbiamo distinguere due tipi di effetti:
I primi effetti sono spettacolari e ben noti agli alpinisti ; questi ultimi sono più discreti e colpiscono sia le persone che l' ecosistema . In particolare, i suoli di alta quota sono spesso più poveri, più acidi, meno spessi (diminuzione della riserva di suolo utile e del tasso di saturazione , che può esacerbare il fenomeno del degrado forestale ).
La variazione della temperatura in base all'altitudine dipende da dove ci si trova nell'atmosfera : troposfera , stratosfera , mesosfera o anche termosfera .
Pressione atmosfericaDiminuisce esponenzialmente con l'altitudine secondo la formula del livellamento barometrico . Al livello del mare vale 1 atm ( cioè 760 mmHg , 1.013.25 mb o 101.325 Pa ) mentre a 1.000 m vale solo 89.859 Pa ( 674 mmHg ), a 4.800 m 55.462 Pa ( 416 mmHg ) e a 8.848 m 31.464 Pa ( 236 mmHg ).
Intensità gravitazionaleQuesto varia a seconda del pianeta su cui ti trovi e dell'altitudine. È inversamente proporzionale al quadrato della distanza dal centro. Sulla Terra il suo valore è 9,814 m s -2 al livello del mare, 9,811 m s -2 a 1000 m e 9,802 m s -2 a 4000 m .
Questa è la vera attrazione della gravità. Per un corpo stazionario nel riferimento terrestre (quindi non soggetto a Coriolis) gravità apparente è uguale alla precedente meno l'accelerazione centrifuga ω 2 r dove ω è la velocità di rotazione della Terra ( 360 gradi al giorno) e r la distanza dall'asse dei poli. Questa accelerazione centrifuga è nulla ai poli ed è approssimativamente uguale a 0,034 m s -2 all'equatore; la gravità apparente è quindi solo di circa 9,780.
La prima descrizione degli effetti dell'altitudine è data da Platone , in occasione di una salita al monte Ossa .
Nello studio degli effetti fisiologici dell'altitudine, vengono prese in considerazione tre aree:
Nell'uomo, gli effetti dell'altitudine sono principalmente dovuti alla diminuzione della pressione parziale di ossigeno nell'aria inspirata e all'abbassamento della temperatura . L'esposizione brutale a un'altitudine di 6000 m provoca la morte entro 15 min .
A riposo si osserva iperventilazione (aumento della ventilazione) a breve termine , in risposta all'attivazione di recettori chimici nella vena giugulare.
La diuresi (rimozione di una porzione del volume plasmatico ) tende ad aumentare la proporzione di globuli rossi nel sangue . L'esposizione improvvisa a un'altitudine di 4000 m comporta una riduzione del 15% di questo fluido, una riduzione che persiste per 4 settimane. L'acidosi respiratoria derivante dal liquido cerebrospinale blocca l'effetto dell'iperventilazione. Il volume totale di acqua nel corpo diminuisce del 10%, a causa della diminuzione del consumo di liquidi e del mantenimento del volume di eliminazione urinaria. Ci sono anche cambiamenti nelle concentrazioni di ioni sodio e magnesio.
L'esposizione all'alta quota provoca tachicardia (aumento della frequenza cardiaca ).
Risposte a lungo termine (diverse settimane)A lungo termine (da circa tre settimane), si verifica un aumento significativo del numero di globuli rossi ( ematocrito ) che consente un aumento del trasporto di ossigeno nel sangue . Questa è la conseguenza di un picco di EPO nei primi giorni di esposizione all'ipossia da altitudine. C'è anche un aumento della concentrazione di ioni carbonato nel sangue. L' assorbimento massimo di ossigeno (chiamato anche VO 2 max) diminuisce con l'altitudine. Così, a livello del mare , l'uomo è al 100% delle sue possibilità, mentre a 4.809 m (vetta del Monte Bianco ) può avere solo il 70% e solo il 20% a 8.848 m (vetta dell'Everest) .
L' effetto “aumento della quantità di globuli rossi ” è particolarmente ricercato da alcuni atleti, è il motivo principale per organizzare corsi di allenamento in quota, talvolta oltre i 3.000 m . Tuttavia, questa policitemia può in alcuni casi portare a un eccesso di globuli rossi e la formazione di coaguli di sangue può quindi bloccare le vene e causare trombosi venosa profonda (flebite) che può portare alla morte. La concentrazione di globuli rossi ( ematocrito ) nel sangue di alcune popolazioni che vivono in alta quota (Ande) è naturalmente più alta.
Quanto in alto possono vivere gli umani?La vita in quota è resa difficile dal freddo, dalla mancanza di acqua e cibo, persino di ossigeno, da un livello più alto di raggi ultravioletti, da effetti sul metabolismo umano e da un ambiente a volte più pericoloso.
Gli abitanti di Potosí, nella Bolivia andina, vivono a circa 4.040 m di distanza . Il loro corpo si è adattato a queste condizioni: il loro sangue è più ricco di globuli rossi che trasportano ossigeno agli organi. Per i visitatori, invece, l'altitudine pone dei problemi. Quando la pressione dell'aria e dell'ossigeno si riduce, la loro capacità fisica si riduce dal 30 al 40% nonostante l'accelerazione cardiorespiratoria. Ci vogliono circa due settimane per adattarsi. Nel frattempo, il visitatore può soffrire di mal di montagna acuto : mal di testa, nausea, edema, ecc.
Gli ambienti di alta quota (> 2.500 m ) sono stati a lungo considerati aree abitative inadatte all'uomo preistorico, a causa dei vincoli climatici ed ecologici che gravano su questi ambienti. Tuttavia, gli scavi archeologici hanno mostrato che ci sono alcune eccezioni: gli scavi effettuati negli altopiani etiopi hanno rivelato una presenza episodica di alcuni nostri antenati, in particolare a Gadeb (2400 m ) se ne trovano rispettivamente 1,5 a 0,7 milioni di anni fa e a Melka Kunture (2400 m ) circa 1,5 milioni di anni fa (in piena età della pietra ). Questi umani probabilmente provenivano dalla Great Rift Valley .
Gli archeologi hanno trovato tracce simili in Tibet e nelle Ande , compreso il Pleistocene (ce ne sono più di 11 700 anni fa durante l' ultima era glaciale ), ad esempio nel rifugio roccioso Fincha Habera a 3469 m di altitudine nelle montagne di Bale in Etiopia da 31.000 a 47.000 anni fa, dove veniva mangiato, tra le altre cose, il ratto gigante Tachyoryctes macrocephalus .
In Tibet, due siti molto alti incuriosiscono archeologi e preistorici: Nywa Devu a un'altitudine di 4.600 m e la grotta carsica di Baishiya a un'altitudine di 3.280 m che sembrano essere state almeno temporaneamente occupate da 30.000 a 40.000 anni fa.
Manufatti umani preistorici sono stati trovati a oltre 3000 m , incluso quello che sembra essere stato di asce a mano in stile acheuleano ancora datate in modo impreciso (da 500.000 a 200.000 anni prima del presente) vicino alla caldera di Dendi in Etiopia.
patologieIl soggiorno ad altissima quota può indurre disturbi direttamente legati alla mancanza di ossigeno. A breve termine, il mal di montagna acuto è caratterizzato da sintomi di varia natura e di varia gravità, che vanno dal mal di testa a condizioni potenzialmente letali come l'edema polmonare o l'edema cerebrale . Questi edemi sono legati alla ritenzione idrica causata da cambiamenti nella produzione di urina.
Anche le popolazioni che vivono stabilmente ad altitudini superiori ai 3000 metri, come le popolazioni montane delle Ande , possono essere colpite dal morbo di Monge, o mal di montagna cronico .
Gli studi suggeriscono che i bambini hanno una particolare suscettibilità all'altitudine, per alcune patologie, e sembra variare a seconda della loro origine etnica. Pertanto, il rischio di mortalità infantile e sindrome della morte improvvisa del lattante aumenta con la residenza in quota: significativamente al di sopra dei 2000 m ad esempio negli Stati Uniti o in Argentina con da 2 a 3 volte il rischio di morte improvvisa quando il bambino è nato da una madre che vive sopra 2.400 m di dislivello secondo un altro studio, basato su una popolazione di 393.216 bambini nati dal 2007 al 2012 in Colorado , probabilmente a causa di un aumentato rischio di ipossia . Al contrario, il rischio di mortalità per distress respiratorio nel neonato diminuisce mentre aumenta in caso di emorragia intracranica non traumatica (con variazioni a seconda dell'etnia, dopo aggiustamento per peso medio alla nascita dello stato, età gestazionale e disparità di reddito…) . “È necessaria una ricerca epidemiologica analitica per confermare o confutare le ipotesi generate da questi dati descrittivi” secondo RS Levine nel 2018.
Le cure d'altitudine - la climatoterapia - sono consigliate ancora oggi per alleviare temporaneamente alcuni attacchi di asma, soprattutto in caso di asma allergenico. Per quanto riguarda la tubercolosi, le opinioni sono divise; nel 2008, invece, uno studio turco ha riscontrato una correlazione negativa tra altitudine e tubercolosi: l'influenza dell'altitudine sull'incidenza della tubercolosi deriverebbe "in parte dal valore della pressione parziale in ossigeno in quanto alte pressioni in ossigeno sono necessarie per la diffusione del Mycobacterium tuberculosis. “Per quanto riguarda la pertosse , siamo stati anche in grado di consigliare non solo soggiorni in quota – poco documentati, ma anche“ voli per la pertosse” (o la loro simulazione in camera ipobarica).
Al contrario, le persone con anemia falciforme dovrebbero evitare le alte quote.
Il calcolo di un'altitudine equivale sempre a misurare un dislivello, un dislivello , tra un livello di partenza e il punto di cui vogliamo trovare l'elevazione rispetto a questo livello. L' unità di misura utilizzata è il metro , tranne negli Stati Uniti e nell'aeronautica dove il piede è ancora in uso.
Nei paesi dotati di un istituto nazionale di geografia (spesso di origine militare), come avviene in Belgio e Francia, è stato effettuato da geometri ai livellamenti generali mediante percorsi altimetrici. La precisione complessiva di questi livelli è dell'ordine del centimetro. La precisione relativa tra due segni adiacenti è millimetrica.
Nelle regioni dove la progressione è tecnicamente impossibile (regioni montuose o con rilievi caotici), le altitudini erano precedentemente determinate in base alla gravità terrestre ma questo metodo è relativamente difficile da attuare e molto impreciso date le variazioni di gravità causate dai massicci montuosi o in funzione della la variazione della pressione atmosferica (metodo utilizzato principalmente nel secolo scorso dagli alpinisti per determinare le altitudini delle cime montuose).
Con l'avvento dell'aviazione sono emersi nuovi metodi basati sulla fotogrammetria e sulle ortofoto-coppie. Questi metodi consentono di determinare le altitudini con una precisione di pochi metri, indirettamente, senza misurazioni sul campo.
Alcuni satelliti forniscono anche modelli digitali di elevazione (DTM) sull'intero pianeta con, tuttavia, una precisione di diverse centinaia di metri o diversi chilometri.
Non esiste una definizione univoca e universale del livello di riferimento utilizzato, e quindi dell'altitudine. La validità e la pertinenza di una definizione di altitudine dipendono quindi dal campo di applicazioni considerato. Definizioni puramente geometriche (come l'altezza ellissoidale) possono essere rilevanti nelle applicazioni spaziali, ma rivelarsi inutilizzabili o molto poco pratiche per la pianificazione di un sito a terra. Le definizioni possono essere valide a livello locale ma incoerenti a livello globale.
Qualsiasi definizione di altitudine richiede la scelta di un livello di riferimento. Questa scelta varia nello spazio e nel tempo , a seconda delle applicazioni e delle colture .
Era consuetudine considerare il livello del mare come livello di riferimento, la cui superficie è difficile da equiparare: è una superficie che si muove secondo elementi astronomici come la Luna e il Sole (fenomeno di marea ), che non è una superficie equipotenziale (dovuta tra l'altro alle correnti e alla variazione di salinità), quindi non è assimilabile al geoide terrestre, e che comunque non esiste verticalmente da un luogo terrestre dato.
Il vecchio metodo, che consisteva nel camminare tra il livello medio del mare e un dato luogo misurando ogni volta il dislivello dh, è matematicamente problematico, perché il risultato dipende dal percorso seguito, in altre parole ∫ dh non è un integrale perfetto . D'altra parte, l'energia da spendere per andare da un punto all'altro, che è ∫ g dh, essendo g la gravità in ogni punto, non dipende dal percorso seguito. L'altitudine è stata poi calcolata misurando regolarmente g, e dividendo il valore ottenuto per una media g0, la scelta di questo g0 condiziona ovviamente il risultato .
Nel ottobre 1957, l'avvento dell'era spaziale ha dato vita alla geodesia spaziale , con satelliti dotati di riflettori laser quindi orologi ultra-stabili (che consentono misurazioni molto precise del tempo di viaggio o spostamenti Doppler). L'arrivo dei sistemi operativi spaziali (Transit, poi GPS , DORIS e, in futuro, Galileo ), hanno contribuito a generalizzare una definizione di altitudine legata ai riferimenti geodetici utilizzati da questi sistemi: l'altitudine fornita nativamente dai ricevitori GNSS (GPS , Galileo, Glonass) è l'altezza ellissoidale, il cui livello di riferimento è definito da un ellissoide (approssimazione della forma effettiva della Terra) specifico di ciascun sistema di riferimento (tipicamente WGS84; le differenze tra i moderni sistemi di riferimento geodetici sono trascurabili per i comuni applicazioni). L'altezza dell'ellissoide differisce dall'altitudine geografica a causa della differenza tra l'ellissoide considerato e la forma reale del geoide. Nella Francia continentale, l'altezza ellissoidale è dell'ordine di cinquanta metri più alta dell'altitudine geografica.
Le misurazioni dell'altitudine con gli strumenti moderni sono molto più precise di quelle che si possono fare con l'occhio o con una bussola. I satelliti vengono utilizzati per calcolare e aggiornare le "altezze" dei punti del pianeta, vette e non. A differenza dei metodi terrestri che utilizzano un sistema di riferimento dinamico che tiene conto delle variazioni locali del campo gravitazionale (il geoide) e quindi forniscono vere "altitudini", i satelliti forniscono un'altezza da un ellissoide di riferimento (IAG GRS80). Le differenze tra geoide ed ellissoide variano a seconda della posizione e possono raggiungere centinaia di metri. I modelli di geoide possono comunque essere integrati in un programma di calcolo che permette poi di ricavare le altitudini dalle misurazioni satellitari. La precisione quindi dipende in gran parte dalla levigatezza del modello.
L'altitudine a bordo dell'aeromobile si ottiene misurando la pressione atmosferica , tradotta in altitudine di pressione (altitudine dove prevale tale pressione in un'atmosfera standard ) e corretta per la pressione al suolo mediante l' impostazione dell'altimetro . Anche se il barometrica altitudine può differire significativamente dal geometrico quota dell'aeromobile (dell'ordine del 10% in estreme di temperatura condizioni), rimane il riferimento per la navigazione aerea, in particolare a causa della precisione verticale inferiore. Il GPS .
In meteorologia , le condizioni in quota (vento, temperatura, ecc.) sono fornite agli utenti a livelli standard corrispondenti a una data pressione (1000, 850, 700, 500 hPa ) utilizza l' altitudine geopotenziale (un'altitudine prossima all'altitudine geometrica, ma che permette di considerare l' accelerazione di gravità "g" costante, mentre diminuisce con l'altitudine), per semplificare il calcolo dei suoi modelli numerici da prevedere .
Sulla Luna , misuriamo le altitudini dei picchi rispetto ad una data distanza dal suo centro. Negli anni '90, la missione Clementine ha pubblicato valori basati sulla cifra di 1.737.400 metri.
Su Marte , in assenza di oceano, l'origine delle altitudini è stata arbitrariamente fissata: è l'altitudine con una pressione atmosferica media di 610 Pa . Questa pressione è stata scelta perché vicina alla pressione del punto triplo dell'acqua ( 273,16 K e 611,73 Pa ), e che il livello così definito è vicino al livello medio della superficie marziana (sulla Terra è la pressione atmosferica a 35 km di altitudine).
Appunti
Riferimenti
