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Deflexión vertical

Elipsoide, geoide y dos tipos de deflexión vertical de la Tierra.
  Elipsoide de datum orientado astrogeodésicamente
  geoide
  Elipsoide orientado gravimétricamente

La deflexión vertical ( VD ) o deflexión de la vertical ( DoV ), también conocida como deflexión de la plomada y deflexión astrogeodésica , es una medida de hasta qué punto la dirección de la gravedad en un punto de interés determinado gira debido a anomalías de masa locales. como las montañas cercanas. Son muy utilizados en geodesia , para topografía de redes y con fines geofísicos .

La deflexión vertical son los componentes angulares entre la verdadera línea tangente de la curva cenit - nadir ( plomada ) y el vector normal a la superficie del elipsoide de referencia (elegido para aproximarse a la superficie del nivel del mar de la Tierra ). Las VD son causadas por montañas y por irregularidades geológicas subterráneas y pueden alcanzar ángulos de 10 ″ en áreas planas o de 20 a 50 ″ en terreno montañoso ). [ cita necesaria ]

La deflexión de la vertical tiene una componente norte-sur ξ ( xi ) y una componente  este-oeste η ( eta ). El valor de ξ es la diferencia entre la latitud astronómica y la latitud geodésica (tomando las latitudes norte como positivas y las latitudes sur como negativas); este último suele calcularse mediante coordenadas de red geodésica . El valor de η es el producto del coseno de latitud y la diferencia entre la longitud astronómica y la longitud (tomando las longitudes este como positivas y las longitudes oeste como negativas). Cuando un nuevo dato cartográfico reemplaza al antiguo, con nuevas latitudes y longitudes geodésicas en un nuevo elipsoide, las deflexiones verticales calculadas también cambiarán.

Determinación

Las deflexiones reflejan la ondulación del geoide y anomalías de la gravedad , ya que dependen del campo de gravedad y sus faltas de homogeneidad.

Las desviaciones verticales suelen determinarse astronómicamente. El cenit verdadero se observa astronómicamente con respecto a las estrellas , y el cenit elipsoidal (vertical teórica) mediante cálculo de redes geodésicas, que siempre tiene lugar sobre un elipsoide de referencia . Además, las variaciones muy locales de la deflexión vertical se pueden calcular a partir de datos de levantamientos gravimétricos y mediante modelos digitales del terreno (DTM), utilizando una teoría desarrollada originalmente por Vening-Meinesz .

Los VD se utilizan en nivelación astrogeodésica : como una desviación vertical describe la diferencia entre la dirección normal geoide y elipsoidal, representa el gradiente espacial horizontal de las ondulaciones geoideas del geoide (es decir, la separación entre el geoide y el elipsoide de referencia).

En la práctica, las desviaciones se observan en puntos especiales con distancias de 20 o 50 kilómetros. La densificación se realiza mediante una combinación de modelos DTM y gravimetría areal . Las observaciones precisas de la deflexión vertical tienen una exactitud de ±0,2″ (en montañas altas ±0,5″), valores calculados de aproximadamente 1–2″.

La máxima desviación vertical de Europa Central parece ser un punto cercano al Großglockner (3.798 m), el pico más alto de los Alpes austríacos . Los aprox. los valores son ξ = +50″ y η = −30″. En la región del Himalaya , los picos muy asimétricos pueden tener desviaciones verticales de hasta 100″ (0,03°). En la zona bastante plana entre Viena y Hungría, los valores son inferiores a 15", pero están dispersos en ±10" para densidades de roca irregulares en el subsuelo.

Más recientemente, también se ha utilizado una combinación de cámara digital y medidor de inclinación , véase cámara cenital . [1]

Solicitud

Las deflexiones verticales se utilizan principalmente en cuatro aspectos:

  1. Para el cálculo preciso de redes topográficas . Los teodolitos geodésicos y los instrumentos de nivelación están orientados con respecto a la vertical verdadera , pero su desviación excede la precisión de medición geodésica en un factor de 5 a 50. Por lo tanto, los datos tendrían que corregirse exactamente con respecto al elipsoide global. Sin estas reducciones, los estudios pueden verse distorsionados en algunos centímetros o incluso decímetros por km.
  2. Para la determinación de geoides (nivel medio del mar) y para la transformación exacta de elevaciones . Las ondulaciones geoideales globales ascienden a 50 a 100 m, y sus valores regionales a 10 a 50 m. Son adecuados para las integrales de los componentes VD ξ,η y, por lo tanto, pueden calcularse con precisión en cm en distancias de muchos kilómetros.
  3. Para levantamientos GPS . Las mediciones de los satélites se refieren a un sistema geométrico puro (normalmente el elipsoide WGS84 ), mientras que las alturas terrestres se refieren al geoide. Necesitamos datos geoides precisos para combinar los diferentes tipos de mediciones.
  4. Para la geofísica . Debido a que los datos VD se ven afectados por la estructura física de la corteza y el manto de la Tierra , los geodesistas se dedican a modelos para mejorar nuestro conocimiento del interior de la Tierra. Además, y de manera similar a la geofísica aplicada , los datos VD pueden respaldar la exploración futura de materias primas, petróleo , gas o minerales .

Implicaciones históricas

Se utilizaron deflexiones verticales para medir la densidad de la Tierra en el experimento de Schiehallion .

La desviación vertical es la razón por la que el primer meridiano moderno pasa a más de 100 m al este del histórico primer meridiano astronómico de Greenwich. [2]

La medición del arco meridiano realizada por Nicolas-Louis de Lacaille al norte de Ciudad del Cabo en 1752 ( medición del arco de Lacaille ) se vio afectada por la desviación vertical. [3] La discrepancia resultante con las mediciones del hemisferio norte no se explicó hasta una visita a la zona de George Everest en 1820; El nuevo estudio de medición del arco de Maclear finalmente confirmó la conjetura del Everest. [4]

Se sabía desde hacía mucho tiempo que los errores en la determinación del arco meridiano de Delambre y Méchain , que afectaban a la definición original del metro , [5] eran causados ​​principalmente por una determinación incierta de la latitud de Barcelona explicada más tarde por la desviación vertical. [6] [7] [8] Cuando se reconocieron estos errores en 1866, [9] se hizo urgente proceder a una nueva medición del arco francés entre Dunkerque y Perpiñán. Las operaciones de revisión del arco francés vinculadas a la triangulación española no concluyeron hasta 1896. Mientras tanto, los geodesistas franceses habían realizado en 1879 la unión de Argelia con España, con la ayuda de los geodesistas del Instituto de Madrid encabezados por el fallecido Carlos Ibáñez. Ibáñez de Ibero (1825-1891), que había sido presidente de la Asociación Geodésica Internacional (hoy llamada Asociación Internacional de Geodesia ), primer presidente del Comité Internacional de Pesas y Medidas y uno de los 81 miembros iniciales del Instituto Internacional de Estadística . [10] Hasta que se calculó el elipsoide de Hayford en 1910, las deflexiones verticales se consideraban errores aleatorios . [11] Las desviaciones de la plomada fueron identificadas por Jean Le Rond d'Alembert como una importante fuente de error en los estudios geodésicos ya en 1756; unos años más tarde, en 1828, Carl Friedrich Gauss propuso el concepto de geoide . [12] [13]

Ver también

Referencias

  1. ^ Hirt, C.; Burki, B.; Somieski, A.; Seeber, GN (2010). "Determinación moderna de desviaciones verticales mediante cámaras cenital digitales" (PDF) . Revista de ingeniería topográfica . 136 : 1–12. doi :10.1061/(ASCE)SU.1943-5428.0000009. hdl : 20.500.11937/34194 .
  2. ^ Malys, Stephen; Seago, John H.; Palvis, Nikolaos K.; Seidelmann, P. Kenneth; Kaplan, George H. (1 de agosto de 2015). "Por qué se movió el meridiano de Greenwich". Revista de Geodesia . 89 (12): 1263. Código bibliográfico : 2015JGeod..89.1263M. doi : 10.1007/s00190-015-0844-y .
  3. ^ "Arco del Meridiano". Sociedad Astronómica de Sudáfrica . Consultado el 27 de agosto de 2020 .
  4. ^ Warner, Brian (1 de abril de 2002). "Lacaille 250 años después". Astronomía y Geofísica . 43 (2): 2,25–2,26. doi : 10.1046/j.1468-4004.2002.43225.x .
  5. ^ Aliso, K. (2002). La medida de todas las cosas: la odisea de siete años y el error oculto que transformó el mundo. Prensa Libre. ISBN 978-0-7432-1675-3. Consultado el 2 de agosto de 2020 .
  6. ^ Jean-Étienne Duby, Rapport sur les travaux de la Société de Physique et d'Histoire Naturelle de Genève de juillet 1860 à junio 1861 por M. le Pasteur Duby. Lu à la séance du 13 juin 1861, en Mémoires de la Société de physique et d'histoire Naturelle de Genève, 16 (1861-1862), 196-197.
  7. ^ Vaníček, Petr; Foroughi, Ismael (2019). "Cómo el campo de gravedad acortó nuestro metro". Revista de Geodesia . 93 (9): 1821–1827. Código Bib : 2019JGeod..93.1821V. doi :10.1007/s00190-019-01257-7. ISSN  0949-7714. S2CID  146099564.
  8. ^ Levallois, Jean-Jacques (1991). "La méridienne de Dunkerque à Barcelone et la determinación del metro (1972-1799)". E-Periódica (en francés). doi : 10.5169/sellos-234595 . Consultado el 23 de diciembre de 2022 .
  9. ^ Hirsch, Adolfo (1865). "Sur les progrès des travaux géodésiques en Europe". E-Periódica (en francés). doi : 10.5169/sellos-88030 . Consultado el 23 de diciembre de 2022 .
  10. ^ Clarke, Alejandro Ross ; Helmert, Friedrich Robert (1911). «Tierra, Figura de la»  . Enciclopedia Británica . vol. 8 (11ª ed.). págs. 801–813. ver página 811
  11. ^ Géodésie en Encyclopedia Universalis . Enciclopedia Universalis. 1996. págs. Vol. 10, pág. 302.ISBN 978-2-85229-290-1. OCLC  36747385.
  12. ^ d'Alembert, Jean Le Rond (1756). "Artículo Figure de la Terre, (Astron. Géog. Physiq. & Méch.), vol. VI (1756), p. 749b–761b". enccre.academie-sciences.fr . Consultado el 23 de diciembre de 2022 .
  13. ^ Departamento de Comercio de EE. UU., Administración Nacional Oceánica y Atmosférica. "¿Qué es el geoide?". geodesy.noaa.gov . Consultado el 23 de diciembre de 2022 .

enlaces externos