1. Z HISTORII POZIOMICY
Zanim poziomica trwale zagościła na mapie, ukształtowanie terenu próbowano
przedstawić różnymi metodami. Od umieszczanych na mapie prostych rysunków
przedstawiających góry, poprzez profile lub kopce obrazujące pojedyncze wzniesienia bądź
pasma górskie, czy też stosując kreskę Lehmann’a, cieniowanie lub spis liczb określających
wysokość wybranych punktów, mapa doczekała się wreszcie poziomicy. Zanim więc
przedstawiona zostanie historia izohipsy, poświęćmy chwilę uwagi innym metodom za
pomocą których usiłowano oddać charakter obiektu bądź rzeźby trójwymiarowego terenu na
dwuwymiarowej płaszczyźnie. Dodajmy, że obok generalizacji oraz odwzorowania było to
zadanie nad rozwiązaniem którego trudziły się rzesze kartografów przez wiele stuleci.
Szukając pierwszych opracowań kartograficznych z
naniesioną informacją hipsometryczną, musimy sięgnąć w bardzo
odległą przeszłość. Spójrzmy na rekonstrukcję jednej z
najstarszym map (ryc. 2), znalezionych w wykopaliskach ruin
miasta Ga-Sur w Mezopotamii, datowaną na ok. 2400-2200 r.
p.n.e. W celu zobrazowania dwóch pasm górskich okalających
dolinę rzeczną (najprawdopodobniej Eufratu), umieszczono dwie
Ryc. 2. Mapa wykonana grupy „garbów” scalonych ze sobą w dwuszeregu.
na glinianej tabliczce w
Mezopotamii, ok. 2400-2200 Przez następne długie lata, obok biegu koryt rzecznych,
lat p.n.e. (rekonstrukacja).
przebiegu traktów komunikacyjnych oraz nazw miejscowości, na
mapach zazwyczaj znajdowały swoje miejsce także oznaczenia pasm górskich. Trudno dziś
jednak jednoznacznie określić które formy graficzne ówcześni kartografowie wykorzystywali
do przedstawienia rzeźby terenu. Musimy pamiętać, że graficzny wizerunek w znacznej
większości starożytnych oraz wczesnośredniowiecznych map ulegał ciągłym
przekształceniom. Wielokrotnie były one rekonstruowane (w istocie graficznie „upiększane”)
w kolejnych wiekach zgodnie z panującą „modą” kartograficzną. Dla przykładu, na
zrekonstruowanej mapie Eratostenesa, główne pasma górskie ówcześnie znanego świata,
oznaczone zostały przy pomocy szeregu równoległych względem siebie kresek (zał. I), a na
zrekonstruowanych mapach regionalnych autorstwa Ptolemeusza zarys gór przedstawiono za
pomocą kopców bądź powierzchniowego znaku zasięgu (zał. II). W drugim przypadku
rysownicy zaznaczali obszary górskie ciągłą linią obwodu, jakby poziomicą obiegającą
wzniesienia wzdłuż ich podnóży. Powstała w ten sposób wewnętrzna biała plama oznaczać
2. miała obszary kamieniste, nieuprawne, bezdrożne bądź a)
niezamieszkane. Wydaje się, że właśnie ta metoda była najczęściej
wykorzystywana przez autorów map, aż do XVI wieku. Wówczas
to rzeźbę terenu zaczęto przedstawiać metodą perspektywiczną
b)
(figuratywną). Najczęściej były to wspomniane wyżej
schematyczne kopczyki (kretowiska), stąd też metoda ta nazywana
bywa kopczykową. Ich zagęszczenie świadczyć miało o
urozmaiceniu rzeźby terenu. Ponadto, na podstawie układu
kopczyków można było wyobrazić sobie przebieg pasm górskich. c)
Początkowo podstawa kopczyka / kopczyków nawiązywała do
przebiegu łańcucha górskiego (ryc. 3a), później ich układ
ujednolicono i zwrócono w kierunku odbiorcy mapy, zatem ku jej
dołowi (ryc. 3b, zał. III a, zał. III b). Z czasem zróżnicowano Ryc. 3. Piktogramy
stosowane przy
kształt oraz wysokość kopczyków, co miało oddać charakter metodzie kopczykowej.
stoków oraz przybliżyć w większym stopniu wyobrażalności zróżnicowanie stosunków
wysokościowych prezentowanego obszaru (ryc. 3c). Kulminacyjnym etapem ewolucji tej
metody prezentacji rzeźby terenu było wprowadzenie kreski cieniującej (ryc. 3c). Ten
plastyczny zabieg miał wywołać u odbiorcy złudzenie głębi prezentowanej na mapie
powierzchni (zał. IV). Od tego czasu cień będący efektem „gry ze światłem” towarzyszyć
będzie kolejnym twórcom map, poszukującym nowych strategii kartograficznych
rozwiązujących problem trzeciego wymiaru.
Z pocz. XIX w. zaprzestano wykorzystywać poglądowe znaki perspektywiczne do
przedstawienia rzeźby terenu. Nie zapomniano jednak o nich i po upływie wieku, w
udoskonalonej formie powrócono do nich przy opracowaniach kartograficznych (także w
niektórych atlasach szkolnych) ukazujących krajobrazy morfologiczne (typy rzeźby terenu).
Przykłady tego typu znaków prezentuje ryc. 4.
a) b) c) d) e) f)
a - lodowce, b - wysokie góry typu alpejskiego, c - średniogórza, d - krajobraz morenowy, e - fiordy, f - wulkany
Ryc. 4. Znaki perspektywiczne wybranych krajobrazów morfologicznych według E. Raisza
(za: K.A. Saliszczew 1998).
Należy zwrócić uwagę, że znaki perspektywiczne wprawdzie poglądowo ukazują
charakter przedstawianej na mapie rzeźby terenu, jednakże nie oddają wymiernych informacji
3. na temat wysokości danego miejsca. Tę niedogodność zmniejszyć miało umieszczanie na
mapie punktów z naniesionymi obok wartościami wysokościowymi.
Kolejną metodą przedstawiania rzeźby terenu na mapach, o której należy wspomnieć
jest kreskowanie. Za jej twórcę uważa się włoskiego astronoma, geodetę i matematyka G. D.
Cassini’ego, który w 1670 r. zaproponował zastąpienie perspektywicznej metody
kopczykowej układem cienkich kresek prostopadłych do zboczy dolin i wzniesień (zał. V), co
swym wyglądem przypominało gąsienice bądź gałązki jodły. Sposób ten znalazł pełne
zastosowanie dopiero w latach 1750-1815 przy opracowaniu mapy topograficznej Francji.
Wspomniana powyżej idea, stopniowo znajdywała kolejnych zwolenników, by
wreszcie stać się podstawą najbardziej rozpowszechnionej odmiany metody kreskowej
opracowanej i ogłoszonej drukiem w 1799
Subtelne różnice w grubości kresek oraz w
r. przez kartografa saksońskiego J. G. odległościach pomiędzy nimi było możliwe do
uchwycenia dzięki powszechnie wówczas stosowanej
Lehmann’a. Zasadę opartą na miedziorytniczej technice druku. Łatwo się zatem
domyślić, że grawerowanie każdego arkusza mapy
prostopadłym oświetleniu, można krótko topograficznej wymagało wielkiego kunsztu i trwało
miesiącami.
scharakteryzować: im bardziej stromo –
tym ciemniej. Uogólniając, strategia ta polegała na
zróżnicowaniu kresek (z reguły barwy szarej lub brązowej)
pod względem ich grubości oraz manipulowaniu
odległościami między nimi (ryc. 5). Na mapie wyglądało to
w ten sposób, że w miarę wzrostu nachylenia zbocza kreski
stawały się grubsze, a odległości między nimi malały (zał.
VI). Szraf Lehmann’a, mimo wielu istotnych wad (przede
wszystkim znacznego zaciemnienia powierzchni
utrudniającego czytelność pozostałych elementów mapy)
powszechnie stosowany był na mapach niemieckich,
austriackich, polskich oraz rosyjskich praktycznie do
początku XX wieku. Równolegle do ulepszeń metody
kreskowej ciągle szukano innego sposobu przedstawiania Ryc. 5. Zestawienie trzech metod
przedstawienia rzeźby terenu:
rzeźby terenu. Rozwiązaniem problemu miała wreszcie kopczykowej, kreskowej (zwróć
uwagę na zróżnicowanie kresek)
okazać się izolinia. oraz poziomicowej.
Idea mapy poziomicowej zrodziła się w Niderlandach prawdopodobnie już w XVI w.
Dla mieszkańców nadmorskiej równinnej krainy, od pokoleń walczących z morzem o każdy
skrawek ziemi, potrzebne były informacje na temat ukształtowania dna strefy przybrzeżnej
4. morza, zwłaszcza w pobliżu ujścia rzek. Do budowy tam, kanałów czy portów, ówcześnie
powszechnie stosowana metoda kreskowa nie mogła odegrać dużego znaczenia. Sporządzano
więc mapy z naniesionymi nań pomiarami głębokości strategicznych punktów. Ich dalsza
graficzna interpretacja w konsekwencji doprowadziła do wyrysowania układów linii
łączących punkty o jednakowej głębokości. Otrzymaną w ten sposób linię, prawdopodobnie
jako pierwszy, zastosował w 1584 r. holenderski geometra P. Bruinss, na swym szkicu
kartograficznym przedstawiającym głębokość rzeki Spaarne. Po upływie blisko półtora wieku
izolinię zaczęto stosować na szerszą skalę. Przykładowo, holenderski inżynier Nicolaas Kruik
(łac. Nicolaus Samuelis Cruquius) w 1729 r. na
Sążeń (1 sążeń = 6 stóp = 1,8288 m)
swej mapie (z izobatami co 1 sążeń) przedstawił antropometryczna jednostka długości (miara
odpowiadała długości rozpostartych ramion
ukształtowanie dna ujściowego odcinka rzeki dorosłego mężczyzny). W Europie Zachodniej
sążeń (ang. fathom) używany był do
Merwede – nazwa połączonych rzek Waalu i określania głębokości morza na mapach
nawigacyjnych.
Mozy (zał. VII). Kolejnym tego typu
opracowaniem kartograficznym była morska mapa nawigacyjna Kanału La Manche (z
izobatami co 10 sążni) opracowana w 1737 r. przez francuskiego geografa Philippe’a Bauche.
Przeniesienie tej metody prezentacji rzeźby z wody na ląd było już kwestią czasu, a ściślej
rzecz ujmując rozwoju terenowej techniki pomiarowej.
W tym miejscu należy zaznaczyć, że rozwój pomiarów topograficznych począwszy od
pierwszej połowy XVIII w. stymulowany był nie tylko potrzebą mapy jako niezbędnego
narzędzia administrowania państwem, ale także zapotrzebowaniem armii na rzetelne
informacje na temat ukształtowania powierzchni potencjalnych przeciwników militarnych.
Wprawdzie mapy topograficzne dla potrzeb wojska kreślono już na początku XVII w. wraz z
wynalezieniem triangulacji (Snellius 1613 r.), to szerokie zastosowanie znalazły one dopiero
w okresie wojen napoleońskich. Wówczas to opracowano nową strategię bitewną, polegającą
na walce w luźnym szyku na wielkich przestrzeniach. Związane z tą taktyką ruchy wojsk czy
potajemne poruszanie się oddziałów i ich oskrzydlanie wymagały dokładnej znajomości
terenu (J. Grzegórski 1958). Koniecznością stało się więc posiadanie dokładnych map, gdzie
obok informacji o wodach, pokryciu terenu roślinnością czy traktach komunikacyjnych,
odnaleźć można było izohipsy, które w przystępny sposób obrazowały również stopień
pochyłości zboczy, po których transportowane były ciężki sprzęt wojenny. Momentem
zwrotnym w określaniu „trzeciego wymiaru” miało być odkrycie ciśnienia atmosferycznego,
a wraz z tym wydarzeniem wynalezienie barometru rtęciowego w 1643 r. przez E.
Torricelii’ego i V. Viviani’ego. Potrzeba było jeszcze czterech lat, by wreszcie w 1647 r. za
sprawą B. Pascal’a wykryć zależność wysokości od ciśnienia atmosferycznego. Pomiary
5. oparte na wyżej wspomnianych odkryciach obarczone były jednak błędami wynikającymi z
niedokładności instrumentów badawczych, a przede wszystkim z niedoskonałych formuł
matematycznych (powiedzielibyśmy dzisiaj wzorów) umożliwiających przeliczanie spadku
ciśnienia atmosferycznego na wysokość bezwzględną. Pomiary były wciąż nieliczne.
Dopiero w 1791 r., przede wszystkim z potrzeb strategicznych, powstaje mapa
poziomicowa Francji (w skali około 1 : 2 000 000, z cięciem poziomicowym 20 m) autorstwa
J. L. Dupain-Triel’a. Upowszechnienie, wydawać by się mogło przełomowej jak na owe
czasy metody izolinii, nie nastąpiło jednak szybko. Przyczyną była zbyta mała liczba
pomiarów wysokościowych. Sytuacja zmienić się miała diametralnie z chwilą
wyprowadzenia przez Pierre’a Simon’a de Laplace (w 1796 r.) nowego wzoru, pozwalającego
na sprawniejsze przeliczanie danych pomiarowych uzyskiwanych za pomocą barometru w
terenie. Nie bez znaczenia miał również fakt, że opracowywanie map zaczęło finansować
państwo, a nie – jak bywało wcześniej – osoby prywatne. I tak, pierwsze dziesięciolecia XIX
wieku były czasem lawinowego przyrostu danych wysokościowych. Wkrótce, niemal
wszystkie państwa europejskie przystąpiły do prac terenowych, czego przejawem miały być
instytucje kartograficzne powołane między innymi we: Francji (Dépôt de la Guerre et de la
Topographie), Anglii (Ordnance Survey), Austrii (Kriegsarchiv), Prusach (Aufnahme- und
Zeichenbureau) oraz w Rosji (Военно-Tопографическое Депо).
Kolejny etap upowszechnienia poziomicy należy powiązać z rozwojem badań
geologicznych oraz inżynierii skierowanych na budowę kolei. Szczególnie prace
konstrukcyjne przy kolei wymagały precyzyjnych pomiarów wysokościowych. I tak Europę
pokryła sieć niwelatorów, których wyniki wykorzystywano przy opracowywaniu kolejnych
map poziomicowych (J. Pasławski 1974).
Z czasem, bezpośrednie pomiary terenowe Pierwsze zdjęcia fotogrametryczne
wykonano w Paryżu w 1858 r. Były
zastąpione zostały innymi technikami; najpierw to zdjęcia z balonu, a ich autorem
był Aimé Laussedat.
fotogrametrią naziemną (terrofotogrametrią), a następnie
fotogrametrią lotniczą (aerofotogrametrią). Ich zastosowanie uwarunkowane było zatem
rozwojem optyki, fotografii oraz lotnictwa. Zdjęcia wykonywane były specjalnie
skonstruowanymi do tego celu kamerami umieszczanymi w balonie, samolocie, a po upływie
kolejnych dziesięcioleci – na satelicie. W zależności od sposobu wykorzystania zdjęć
wyróżniono fotogrametrię płaską (jednoobrazową) i przestrzenną (dwuobrazową). Przy tej
ostatniej, do pomiarów wykorzystuje się dwa zdjęcia (tzw. stereoparę) tego samego terenu,
ale wykonane z dwóch różnych pozycji kamery. Stworzony w ten sposób stereogram,
6. oglądany przez odpowiednio skonstruowany układ optyczny, umożliwia widzenie
przestrzenne (trójwymiarowe) analizowanego obszaru. Otrzymany obraz, uzupełniony o dane
na temat położenia kamery w momencie wykonywania zdjęć (φ – szer. geogr. i λ – dł. geogr.
oraz wys. n.p.m.), służy następnie do opracowania precyzyjnej mapy sytuacyjno-
wysokościowej zaopatrzonej m.in. w układ poziomic.
Z coraz szerszym wykorzystywaniem mapy poziomicowej zaczęto zastanawiać się
nad polepszeniem jej czytelności. Rozwiązaniem – jak się później miało okazać –
przełomowym, było wprowadzenie barwy pomiędzy poziomicami. I tak z mapy
poziomicowej zrodziła się mapa hipsometryczna. Pierwotnie zastosowane na niej barwy
nawiązywały do barw realnych krajobrazów. Prekursorem w tej dziedzinie był niemiecki
kartograf Emil von Sydow, który dosłownie wprowadzał barwy na mapy kreskowe.
Podobnym rozwiązaniem kartograficznym cechowała się mapa Tatr z 1864 r. autorstwa
profesora Uniwersytetu Praskiego K. Koristki. „Starał się on tak dobrać poziomice, aby
stanowiły również granice pięter roślinnych, a powierzchnie między nimi zabarwiał na mapie
stosownie do naturalnej barwy. Na przykład strefa między poziomicami 630 m a 790 m
została zamalowana na żółto jako strefa uprawy owsa, strefy regla dolnego i górnego,
ograniczone poziomicami 790 m, 1040 m i 1 360 m, otrzymały dwie barwy zielone, a strefa
mchów i traw (1 670 m – 2 200 m) barwę czerwoną.” (J. Pasławski 1974).
Koncepcja tzw. barw krajobrazowych stosunkowo szybko upadła. Wystarczyło
porównanie układu pięter roślinnych po południowej i północnej stronie Tatr by stwierdzić,
że obrana zasada daleka jest od prawdy. Zaczęto wówczas poszukiwać innych rozwiązań.
Strategią, która uzyskała najwięcej zwolenników była koncepcja K. Peucker’a – redaktora
naukowego jednej z wielu ówcześnie funkcjonujących w Wiedniu firm kartograficznych.
Jedynym celem stworzonej skali barw hipsometrycznych, było wywołanie u odbiorcy
plastyczności (powiedzielibyśmy dzisiaj iluzji 3D) prezentowanej rzeźby terenu (J. Pasławski
1974).
Do opisywanej historii poziomicy
„Kiedy przed z górą 35 laty rozpocząłem nauczanie
nadszedł wreszcie czas, by wprowadzić geografii w polskiej szkole średniej we Lwowie, byłem
wprost zrozpaczony stanem środków naukowych,
wątek polski. Przywołajmy zatem którymi rozporządzałem (...) W pełnym przekonaniu, że
nie ma na całym świecie ani jednej mapy, która by
Eugeniusza Romera – twórcy polskiej chociaż w przybliżeniu oddawała wierne zarysy
orograficzne kontynentów, postanowiłem dążyć do
kartografii szkolnej. Przypuszcza się, że naukowej syntezy hipsometrii kuli ziemskiej. Oto był
mój cel naukowy, zrodzony z nauczania.”
swoją przygodę z kartografią Romer
E. Romer, 1928 r.
7. rozpoczął w 1893 r., w pierwszym roku pracy nauczycielskiej. Wówczas to zaobserwował, że
jego uczniowie, mimo że pracują na tych samych mapach, mają jednak różne wyobrażenie o
świecie. Stawiając sobie za cel poprawę zastałej sytuacji, Romer poszukuje nowych
rozwiązań kartograficznych, również tych związanych z hipsometrią. Należy zaznaczyć, że w
ówczesnej szkole funkcjonowały mapy obrazujące stosunki wysokościowe za pomocą szrafu i
cieniowania. Obok takich właśnie map, Romer odnajduje barwną hipsometryczną Mapę
ścienną Królestwa Galicji i Lodomerii z 1894 r., autorstwa Stanisława Majerskiego. Był nią
zachwycony. Zaznaczmy, że była to pierwsza ścienna polska mapa poziomicowa. Kolejne
lata przyniosły nowe mapy S. Majerskiego. Były nimi: mapa podręczna z 1901 r. Europa
Środkowo-Wschodnia. Mapa fizyczna ziem polskich, oraz mapa ścienna z 1907 r. Ziemie
dawnej Polski. Także w 1907 r. ukazała się w Warszawie mapa Oskara Sosnowskiego
Europa środkowa pod względem fizycznym. Ze względu na cenzurę carską nie umieszczono w
tytule mapy nazwy „ziemie polskie”, mimo że w jej zasięgu znalazł się obszar od Rugii i
źródeł Dniepru na północy po Adriatyk i Krym na południu. Wymienione powyżej mapy,
dając niejako początek polskiej kartografii szkolnej, zarysowały wizję przyszłych
hipsometrycznych map romerowskich. Pierwsze z nich można już było podziwiać w 1908 r.,
kiedy to do II wydania swojego podręcznika Geografia dla klasy pierwszej szkół średnich,
Romer dołącza Atlas Geograficzny. Wprawdzie zasada hipsometrii E. Romera nie była jego
autorstwem, to należy zaznaczyć, że nigdy dotąd w żadnym atlasie na świecie nie była tak
konsekwentnie stosowana. Atlas Romera, na którym uczono się w szkołach polskich przez
pół wieku, wywołał istotną rewolucję w dydaktyce geografii. „Z jego czysto poziomicowych
map – pisał G. Wuttke (1963) – przemówiła konkretna, obfita i wyraźnie widoczna treść
geograficzna. Dawała ona pole dla pracy myśli i wyobraźni”. A o takie umysłowe
zaangażowanie naszego ucznia zależy nam przecież także i dziś, prawda?
Pod koniec niniejszej części opracowania wypada wreszcie wspomnieć o
współczesnych kartograficznych metodach prezentacji rzeźby terenu. Dzisiejsza technika
zmieniła sposoby zbierania informacji. Powszechnie wiadome jest, że do tworzenia map nie
potrzeba już niezliczonej ilości pomiarów wykonywanych w terenie. Do tego celu wystarczą
zdjęcia lotnicze i satelitarne uzupełnione o dane z systemów lokalizacji satelitarnej GPS (ang.
global positioning system). Odbiornik satelitarny przechwytując sygnały z czterech (z ogólnej
liczby – trzydziestu) satelitów, określa położenie dowolnego miejsca na Ziemi, podając jego
szerokość i długość geograficzną oraz wysokość nad poziom morza. Rozbudowana wersja
tego urządzenia, rejestrując wybrane cechy środowiska geograficznego, tworzy również bazę
danych do wykonywania map cyfrowych. Między innymi stanowią one podstawę map
8. poziomicowych, a te z kolei po dalszych obróbkach komputerowych służą do kreowania
przestrzennych trójwymiarowych obrazów w postaci numerycznych modelów terenowych,
dostępnych chociażby na licznych lokalizatorach internetowych (zał. VIII). Współczesne
GIS’owskie oprogramowania komputerowe pozwalają na liczne kombinacje graficzne
numerycznego modelu ukształtowania powierzchni dowolnego obszaru. Między innymi
metody cyfrowe umożliwiają uzyskiwanie zacienionych obrazów perspektywicznych rzeźby
terenu (zał. IXa, IXb). Efektem wykorzystania GIS-owych narzędzi w procesie tworzenia
mapy jest także łączenie różnych kartograficznych metod przedstawiania rzeźby terenu (zał.
X).
Na zakończenie, być może dla niektórych czytelników nieco przydługiego rozdziału,
propozycja zadania dydaktycznego skierowana dla uczniów, zarówno szkół gimnazjalnych
jak i ponadgimnazjalnych, chcących otrzymać ocenę celującą. Oto i polecenie: Na podstawie
treści niniejszego rozdziału (zakładam, że nauczyciel przygotuje odbitki ksero) oraz
materiałów zaczerpniętych z Internetu, wykonaj w sposób jak najbardziej atrakcyjny
kalendarium najważniejszych wydarzeń z dziejów poziomicy w postaci linii czasu, zegara
geograficznego lub kalendarza historycznego.
