Geoid: definícia, tvar Zeme a význam v geodézii

Geoid: prehľad definície, skutočný tvar Zeme, rozdiely k elipsoidu a význam v geodézii. Zistite, ako gravitácia formuje povrch a prečo to ovplyvňuje merania.

Geoid má tvar podobný povrchu Zeme. Je to trojrozmerný geometrický tvar podobný pomaranči. Tvary tohto druhu sa nazývajú oblé sféroidy, čo je druh elipsoidu.

Geoid je však veľmi zvláštny druh oblého sféroidu. Je definovaný takto:

Geoid je tvar, ktorý by povrch oceánov nadobudol len pod vplyvom gravitácie a rotácie Zeme, bez iných vplyvov, ako sú vetry a príliv a odliv.

Definoval ho Gauss v roku 1828. Často sa opisuje ako skutočný fyzikálny tvar Zeme. Štúdium meraní a tvarov Zeme sa nazýva geodézia.

Na mnohé praktické účely sa používa jednoduchší tvar, pretože to uľahčuje výpočty. Tento tvar sa nazýva referenčný elipsoid. V základnom vzdelávaní sa tvar Zeme opisuje ako pomaranč, guľa, ale širšia okolo rovníka. Tento tvar majú všetky nebeské rotujúce gule, ako sú hviezdy a planéty. Detaily sa v jednotlivých prípadoch trochu líšia.

Čo geoid v skutočnosti znamená: geoid je fyzikálna rovina rovnakého gravitačného potenciálu (equipotenciálna plocha) Zeme, ktorá by zodpovedala priemernej hladine mora, keby na jej tvar nepôsobili vetry, prúdy a prílivové sily. V praxi teda geoid približuje strednú hladinu mora a tvorí referenciu pre výšky nazývané ortometrické výšky (výšky nad hladinou mora).

Geoid vs. referenčný elipsoid: referenčný elipsoid (napr. WGS84) je matematický, hladký povrch (elipsoid), ktorý sa používa pre jednoduché výpočty a mapovanie. Geoid je nerovnomerná, fyzikálna plocha spôsobená nerovnomerným rozložením hmoty v Zemi. Rozdiel medzi elipsoidálnou výškou (h, meranou GNSS) a ortometrickou výškou (H, nad geoidom) sa nazýva geoidová separácia alebo geoidová výška N. Platí vzťah: N = h − H. Tento vzťah sa bežne používa pri prepočtoch GNSS-výšok na výšky merané voči priemernej hladine mora.

Veľkosť nerovností: geoid nie je hladký – jeho odchýlky od referenčného elipsoidu sú v rôznych oblastiach rôzne. Typicky ide o desiatky metrov, v niektorých oblastiach až približne ±100 metrov vzhľadom na zjednodušený elipsoid. Lokálne zmeny sú dôsledkom rôznych hustôt hornín, horských masívov, oceánskych prúdov a iných geologických štruktúr.

Ako sa určuje tvar geoidu: kombináciou viacerých meraní:

• terestrická a letecká gravimetria (meranie gravitačného zrýchlenia),
• satelitná altimetria nad oceánmi (určuje priemernú hladinu mora),
• GNSS (satelitné polohovanie) v kombinácii s niveláciou — tzv. geoidové výškovo-rovinné merania,
• satelitné misie zamerané na gravitačné pole (napr. GRACE, GOCE) pomáhajú získať globálne polia gravitácie a tak spresniť globálne geoidné modely.

Význam v praxi:

• konverzia výšok z GNSS (elipsoidálne výšky) na reálne výšky nad hladinou mora (ortometrické výšky), čo je kľúčové pre stavebníctvo, inžinierstvo a hydrológiu,
• mapovanie a kartografia – správne zobrazenie výšok a tvaru terénu,
• oceánografia a sledovanie zmeny priemernej hladiny mora (klimatológia),
• geofyzika – štúdium anomálií gravitačného poľa pomáha pri prieskume surovín, mapovaní štruktúr Zeme a sledovaní pohybu masy v systémoch Zem–oceán–ľadovce,
• navigácia a systémy polohovania (GNSS) – geoidné modely umožňujú používateľom získať výšky, ktoré majú zmysel v každodennom živote (napr. výšky nad morom, nie nad elipsoidom).

Krátka historická poznámka a súčasnosť: myšlienky o fyzikálnom tvare Zeme rozpracovávali matematici a geodéti už od 18. a 19. storočia; uvedený názov a formulácie sa pripisujú prácam z obdobia Gaussa a neskorším odborníkom. Dnes je geoid predmetom intenzívneho vedeckého skúmania s využitím novodobých satelitných dát a presných pozemných meraní.

Záver: geoid je fyzikálne významná, no zložito tvarovaná povrchová plocha, ktorá predstavuje referenciu pre výšky a odráža skutočné rozloženie hmoty v Zemi. Pre praktické výpočty a mapovanie sa používa hladký referenčný elipsoid, avšak pre presné výsledky (najmä výškové) je nevyhnutné poznať lokálny alebo globálny model geoidu.

Otázky a odpovede

Otázka: Čo je to geoid?

Otázka: Ako je geoid definovaný?

Otázka: Kto a kedy definoval geoid?

Otázka: Čo je geodézia?

Otázka: Prečo sa namiesto geoidu používa referenčný elipsoid?

Otázka: Ako sa tvar Zeme opisuje v základnom vzdelávaní?

Otázka: Nachádzajú sa podobné tvary ako geoid aj na iných nebeských rotačných sférach?

Hľadajte podľa písmena