Den højde (fra latin : altitudo ) er historisk set et begreb geografisk betegner det geometriske højde lodret mellem et punkt og en lodret henvisning , som regel den havoverfladen .
I geodesi udtrykker det også afstanden fra et punkt fra geoiden . Der er flere måder at beregne højden på: ortometrisk , dynamisk højde (in) , geopotential højde (in) og normale højder (in) .
I luftfart er højden afstanden mellem et punkt og jorden. Det måles i fødder undtagen i landene i det tidligere Sovjetunionen og i Kina , hvor det udtrykkes i meter .
Højden forveksles ofte med højden (in) og højden. Højde er afstanden mellem havets overflade og landniveau (in) . Højde er den geometriske afstand mellem et punkt og dets fremspring på ellipsoiden .
De forskellige steder er forbundet med en højde ved hjælp af en plan overflade , beregnet på forskellige indirekte måder ( geodesi , triangulering ). Højden er også en eksogen data, der er nyttig til numerisk beregning på forskellige områder: meteorologi , fysik , biologi .
Udtrykket højde er polysemøst og i kraft af dets historie forbundet med et stort sæt begreber. Ordet betegner oprindeligt afstand efter højde og højde, størrelsesorden i dens forskellige betydninger og maritime dybde mellem to overfladelementer (punkter, linje, plan) i det euklidiske rum .
Matematikens udvikling har været afspejlet i tilgangen til beregning af højden, sommetider går fra et euklidisk rum (2D) til et kartesisk rum (3D) og drager fordel af nye egenskaber i det euklidiske rum.
Visse fysiske felter varierer alt efter højden: fald i atmosfærisk tryk , variation i temperatur og termohygrometrisk drejningsmoment , især solstråling . Særlige reaktioner fra organismer på disse nye forhold er synlige, især i planter , men også hos dyr eller svampe og lav .
I stedet for virkningerne af højden ville det være hensigtsmæssigt at tale om variationer knyttet til højden, fordi højden er rådata, der ikke har nogen konsekvenser alene. Vi skal skelne mellem to typer effekter:
De første effekter er spektakulære og velkendte for bjergbestigere ; sidstnævnte er mere diskrete og påvirker både mennesker og økosystemet . Især er højhøjdejord ofte fattigere, surere, mindre tykke (fald i den nyttige jordreserve og mætningshastighed , hvilket kan forværre fænomenet skovnedgang ).
Variationen i temperatur afhængigt af højden afhænger af, hvor du er i atmosfæren : troposfæren , stratosfæren , mesosfæren eller endda termosfæren .
Atmosfærisk trykDet falder eksponentielt med højden i henhold til den barometriske nivelleringsformel . Ved havoverfladen er den værd at 1 atm ( dvs. 760 mmHg , 1.013,25 mb eller 101.325 Pa ), mens den ved 1.000 m kun er 89.859 Pa ( 674 mmHg ), ved 4.800 m 55.462 Pa ( 416 mmHg ) og ved 8.848 m 31.464 Pa ( 236 mmHg ).
TyngdekraftsintensitetDette varierer afhængigt af den planet, du befinder dig i, og højden. Det er omvendt proportionalt med kvadratet for afstanden fra centrum. På jorden er dens værdi 9.814 m s -2 ved havoverfladen, 9.811 m s -2 ved 1000 m og 9.802 m s -2 ved 4000 m .
Dette er den virkelige tiltrækning af tyngdekraften. For en stationær krop i den jordiske reference (derfor ikke udsat for Coriolis-acceleration) er den tilsyneladende tyngdekraft lig med den foregående minus centrifugalacceleration ω 2 r hvor ω er Jordens rotationshastighed ( 360 grader pr. Dag) og r afstanden til polernes akse. Denne centrifugalacceleration er nul ved polerne og er omtrent lig med 0,034 m s -2 ved ækvator; den tilsyneladende tyngdekraft er derfor kun omkring 9.780.
Den første beskrivelse af virkningerne af højden gives af Platon i anledning af en opstigning af Ossa-bjerget .
Ved studiet af de fysiologiske virkninger af højden tages der hensyn til tre områder:
Hos mennesker virkningerne af højde er hovedsageligt som følge af faldet i partialtryk af oxygen i indåndingsluften, og til drop i temperaturen . Brutal eksponering i en højde af 6000 m resulterer i død inden for 15 minutter .
I hvile observeres hyperventilation (øget ventilation) på kort sigt som reaktion på aktivering af kemiske receptorer i halsvenen.
Den diurese (fjernelse af en del af volumenet plasma ) tendens til at forøge andelen af røde blodlegemer i blodet . Pludselig eksponering for en højde på 4000 m resulterer i en reduktion på 15% i denne væske, en reduktion, der vedvarer i 4 uger. Respiratorisk acidose som følge af cerebrospinalvæske blokerer effekten af hyperventilation. Det samlede vandvolumen i kroppen falder med 10% på grund af faldet i forbruget af væsker og opretholdelsen af mængden af urineliminering. Der er også ændringer i koncentrationerne af natrium- og magnesiumioner.
Eksponering for stor højde forårsager takykardi (øget puls ).
Langsigtede svar (flere uger)På længere sigt (fra ca. tre uger) er der en signifikant stigning i antallet af røde blodlegemer ( hæmatokrit ), der muliggør øget iltransport i blodet . Dette er konsekvensen af en top i EPO i de første dage af eksponering for højdehypoxi . Der er også en stigning i koncentrationen af carbonationer i blodet. Den maksimale iltoptagelse (også kaldet VO 2 max) falder med højden. Således er mennesket ved havets overflade 100% af sine muligheder, mens han ved 4.809 m (top af Mont Blanc ) kun kan have 70% og kun 20% ved 8.848 m (top af Everest) .
Effekten "stigning i mængden af røde blodlegemer " er især efterspurgt af visse atleter, det er hovedårsagen til at organisere træningskurser i højden, undertiden på mere end 3.000 m . Imidlertid kan denne polycytæmi i nogle tilfælde føre til et overskud af røde blodlegemer, og dannelsen af blodpropper kan derefter blokere venerne og forårsage dyb venetrombose (flebitis), som kan føre til døden. Koncentrationen af røde blodlegemer ( hæmatokrit ) i blodet fra visse befolkninger, der lever i stor højde (Andesbjergene), er naturligvis højere.
Hvor højt kan mennesker leve?Livet i højden vanskeliggøres af kulde, mangel på vand og mad, endda ilt, et højere niveau af ultraviolette stråler, virkninger på menneskets stofskifte og et undertiden mere farligt miljø.
Befolkningen i Potosí i Andes-Bolivia bor omkring 4.040 m væk . Deres krop har tilpasset sig disse forhold: deres blod er rigere på røde blodlegemer, der fører ilt til organerne. På den anden side udgør højden problemer for besøgende. Da trykket af luft og ilt reduceres, reduceres deres fysiske kapacitet med 30 til 40% på trods af kardio-respiratorisk acceleration. Det tager cirka to uger at tilpasse sig. I mellemtiden kan den besøgende lide af akut bjergsygdom : hovedpine, kvalme, ødem osv.
Miljøer med stor højde (> 2.500 m ) er længe blevet betragtet som beboelsesområder, der er uegnet til forhistorisk menneske på grund af de klimatiske og økologiske begrænsninger, der vejer disse miljøer. Arkæologiske udgravninger har imidlertid vist, at der er nogle få undtagelser: udgravninger i det etiopiske højland har afsløret en episodisk tilstedeværelse af nogle af vores forfædre, især i Gadeb (2400 m ) er der henholdsvis 1,5 for 0,7 millioner år siden og kl. Melka Kunture (2400 m ) for cirka 1,5 millioner år siden (i fuld stenalder ). Disse mennesker kom sandsynligvis fra Great Rift Valley .
De arkæologer fundet lignende spor i Tibet og Andesbjergene , herunder pleistocæn (der er mere end 11 700 år siden under sidste istid ), for eksempel i klippen ly Fincha Habera på 3469 m af højde i Bale bjerge Etiopiens 31.000 til For 47.000 år siden, hvor den gigantiske rotte Tachyoryctes macrocephalus blev spist blandt andet .
I Tibet intrigerer to meget høje arkæologer og forhistorier: Nywa Devu i 4.600 m højde og Baishiya Karst-hulen i 3.280 m højde, som tilsyneladende har været i det mindste midlertidigt besat for 30.000 til 40.000 år siden.
Prehistoric menneskelige artefakter har vist sig at over 3000 m , herunder hvad der synes at have været af hånden akser acheuléenkulturen stil stadig dateret upræcist (500 000 til 200 000 år før nuværende) i nærheden af calderaen af Dendi i Etiopien.
PatologierOpholdet i meget høj højde kan fremkalde lidelser, der er direkte relateret til iltmangel. På kort sigt er akut bjergsygdom præget af symptomer af forskellig art og varieret sværhedsgrad lige fra hovedpine til livstruende tilstande som lungeødem eller hjerneødem . Disse ødemer er relateret til vandretention forårsaget af ændringer i urinproduktionen.
Befolkninger, der lever permanent i højder over 3000 meter, såsom bjergbestandene i Andesbjergene , kan også blive påvirket af Monges sygdom eller kronisk bjergsygdom .
Undersøgelser antyder, at babyer har en særlig følsomhed over for højde for visse patologier, og det ser ud til at variere alt efter deres etniske oprindelse. Således øges risikoen for spædbørnsdødelighed og pludselig spædbarnsdødssyndrom med bopæl i højden: markant over 2000 m, for eksempel i USA eller Argentina med 2 til 3 gange risikoen for pludselig død, når spædbarnet blev født til en mor, der boede over 2.400 m højde ifølge en anden undersøgelse baseret på en befolkning på 393.216 spædbørn født fra 2007 til 2012 i Colorado , muligvis på grund af en øget risiko for ' hypoxi . Omvendt falder risikoen for dødelighed fra åndedrætsbesvær hos den nyfødte, mens den øges i tilfælde af ikke-traumatisk intrakraniel blødning (med variationer efter etnicitet efter justering for den gennemsnitlige fødselsvægt for staten, svangerskabsalder og indkomstulighed ...) . “Der er behov for analytisk epidemiologisk forskning for at bekræfte eller afkræfte de hypoteser, der genereres af disse beskrivende data” ifølge RS Levine i 2018.
Højdebehandling - klimatoterapi - anbefales stadig i dag for midlertidigt at lindre visse astmaanfald, især i tilfælde af allergifremkaldende astma. Med hensyn til tuberkulose er meningerne delte; i 2008 fandt en tyrkisk undersøgelse imidlertid en negativ sammenhæng mellem højde og tuberkulose: højdens indflydelse på forekomsten af tuberkulose ville komme "delvis fra værdien af partialtrykket i ilt, for så vidt som høje iltryk er nødvendige for spredning af Mycobacterium tuberculosis. ”Med hensyn til kighoste har vi også været i stand til at anbefale ikke kun at blive i højden - lidt dokumenteret, men også” kighoste-flyvning ”(eller deres simulering i et hypobarisk kammer).
Omvendt skal personer med seglcelleanæmi undgå store højder.
Den beregning af en højde altid udgør måle en vertikal forskel, en forskel i niveau, mellem en start niveau og det punkt, hvis højde vi ønsker at finde i forhold til dette niveau. Den anvendte måleenhed er måleren undtagen i USA og inden for luftfart, hvor foden stadig er i brug.
I lande, der er udstyret med et nationalt geografisk institut (ofte militært oprindeligt), som det er tilfældet i Belgien og Frankrig, blev det udført af landmålere til generelle niveauer ved højdemetriske stier. Den samlede præcision af disse niveauer er i størrelsesordenen en centimeter. Den relative præcision mellem to nabomærker er millimeter.
I regioner, hvor progressionen er teknisk umulig (bjergrige regioner eller med kaotisk lettelse ), blev højderne tidligere bestemt i henhold til jordbunden, men denne metode er relativt vanskelig at gennemføre og meget upræcis i betragtning af variationerne i tyngdekraften forårsaget af bjergmasser eller afhængig af variationen i atmosfærisk tryk (metode, der hovedsagelig blev brugt i sidste århundrede af bjergbestigere til at bestemme højderne på bjergtoppe).
Med fremkomsten af luftfart er der opstået nye metoder baseret på fotogrammetri og ortofotopar. Disse metoder gør det muligt at bestemme højder med en nøjagtighed på få meter indirekte uden målinger i marken.
Nogle satellitter leverer også digitale højdemodeller (DTM'er) over hele planeten med en nøjagtighed på flere hundrede meter eller flere kilometer.
Der er ingen enkelt og universel definition af det anvendte referenceniveau og derfor af højden. Gyldigheden og relevansen af en højdedefinition afhænger således af det anvendte anvendelsesområde. Rent geometriske definitioner (såsom ellipsoidal højde) kan være relevante i rumlige applikationer, men viser sig at være ubrugelige eller meget upraktiske til planlægning af et sted på jorden. Definitioner kan være gyldige lokalt, men globalt inkonsekvente.
Enhver definition af højde kræver valg af referenceniveau. Dette valg varierer i rum og tid afhængigt af applikationer og afgrøder .
Det var sædvanligt at betragte havniveauet som referenceniveau, hvis overflade er svær at ligestille: det er en overflade, der bevæger sig i henhold til astronomiske elementer såsom månen og solen ( tidevandsfænomen ), som ikke er en ekvipotential overflade (skyldes blandt andet strømmen og variationen i saltholdighed), kan derfor ikke assimileres med den jordbaserede geoid , og som under alle omstændigheder ikke eksisterer lodret fra et jordisk sted givet.
Den gamle metode, der bestod i at gå mellem det gennemsnitlige havniveau og et givet sted ved at måle forskellen i niveau dh hver gang, er matematisk problematisk, fordi resultatet afhænger af den fulgte vej, med andre ord ∫ dh er ikke en perfekt integreret . På den anden side afhænger den energi, der skal udvides til at gå fra et punkt til et andet, hvilket er ∫ g dh, hvor g er tyngdekraften på hvert punkt, ikke af den fulgte vej. Højden blev derefter beregnet ved regelmæssigt at måle g, og ved at dividere den opnåede værdi med et gennemsnit g0, blev valget af denne g0 naturligvis betinget af resultatet .
I Oktober 1957, fremkomsten af rumalderen fødte rumgeodesi , med satellitter udstyret med laserreflektorer og derefter ultrastabile ure (tillader meget præcise målinger af rejsetid eller Doppler-skift). Ankomsten af operationelle rumsystemer (Transit, derefter GPS , DORIS og i fremtiden Galileo ) har hjulpet med at generalisere en definition af højde, der er knyttet til de geodetiske referencer, der bruges af disse systemer: den højde, der leveres indbygget af GNSS-modtagere (GPS , Galileo, Glonass) er den ellipsoide højde, hvis referenceniveau er defineret af en ellipsoid (tilnærmelse til jordens effektive form), der er specifik for hver referenceramme (typisk WGS84; forskellene mellem moderne geodetiske referencesystemer er ubetydelige for fælles applikationer). Den ellipsoide højde adskiller sig fra den geografiske højde på grund af forskellen mellem den betragtede ellipsoid og den reelle form af geoiden. På det franske fastland er den ellipsoide højde i størrelsesordenen halvtreds meter højere end den geografiske højde.
Højdemålinger med moderne instrumenter er meget mere præcise end hvad der kan gøres med øjet eller med et kompas. De satellitter udnyttes til at beregne og opdatere de "højder" af punkter af planeten, topmøder eller ej. Modsætning jordbaserede metoder, der anvender en dynamisk referenceramme, der tager hensyn til lokale variationer i tyngdefeltet (geoiden) og derved giver sande "højder", satellitter giver en højde fra en henvisning ellipsoide (IAG GRS80). Forskellene mellem geoid og ellipsoid varierer afhængigt af placering og kan nå hundreder af meter. Geoid-modeller kan dog integreres i et beregningsprogram, som derefter gør det muligt at finde højderne fra satellitmålinger. Præcisionen afhænger derefter i høj grad af modelens glathed.
Højden ombord luftfartøj opnås ved at måle atmosfærisk tryk , oversat til tryk højde (højde, hvor dette tryk hersker i en standard atmosfære ) og korrigeret for trykket på jorden ved en højdemålerindstilling . Selv om den barometriske højde kan afvige væsentligt fra den geometriske højde af flyet (af størrelsesordenen 10% i ekstreme temperaturforhold forhold) er det fortsat reference for luftfart, navnlig på grund af den nedre lodrette præcision. Den GPS .
I meteorologi leveres forholdene i højden (vind, temperatur osv.) Til brugere på standardniveauer svarende til et givet tryk (1000, 850, 700, 500 hPa ) bruger geopotential højde (en højde tæt på l geometrisk højde, men der gør det muligt at overveje tyngdeacceleration "g" konstant, mens den falder med højden), for at forenkle beregningen af dens numeriske modeller, der skal forudsiges .
På månen måler vi højdepunkterne i forhold til en given afstand fra centrum. I 1990'erne offentliggjorde Clementine- missionen værdier baseret på tallet 1.737.400 meter.
I fravær af et hav er højdernes oprindelse vilkårligt fastlagt på Mars : det er højden med et gennemsnitligt atmosfærisk tryk på 610 Pa . Dette tryk blev valgt, fordi det er tæt på trykket fra vandets tredobbelte punkt ( 273,16 K og 611,73 Pa ), og at det således definerede niveau er tæt på gennemsnitsniveauet for Marsoverfladen (på jorden er det atmosfæriske tryk i 35 km højde).
Bemærkninger
Referencer