Utilizzo di mappe topografiche per la realizzazione di profili topografici

Fonte: Laboratorio di Alan Lester - Università del Colorado Boulder

Le mappe topografiche sono rappresentazioni "plan-view" della superficie tridimensionale della Terra. Sono un tipo standard di vista mappa che fornisce una prospettiva aerea o aerea.

Tra le caratteristiche che definiscono una mappa topografica ci sono le linee di contorno che indicano posizioni di elevazione costante. L'intervallo di elevazione tra le linee di contorno dipende dal livello di dettaglio fornito dalla mappa e dal tipo di topografia presente. Ad esempio, le regioni con variazioni topografiche significative potrebbero richiedere linee di contorno separate da 40-100 piedi, mentre le regioni generalmente pianeggianti con poca variazione topografica potrebbero avere contorni di 10-20 piedi più ampiamente separati.

Per un utente esperto di tali mappe, i modelli realizzati dalle linee topografiche sono rappresentativi di vari modelli di morfologia, come creste, valli, colline e altipiani.

Sebbene le moderne immagini tridimensionali(ad esempio modelli di elevazione digitale, Google Earth) possano essere utili come mezzo per ottenere un'impressione rapida e generale di un paesaggio, queste immagini sono soggette a distorsioni e non possono essere utilizzate per estrarre dati quantitativi di elevazione. Al contrario, una mappa topografica può fornire una fonte di informazioni priva di distorsioni relative alle altitudini per punti discreti sull'intera area della mappa.

La possibilità di estrarre dati di elevazione affidabili per qualsiasi punto della mappa topografica consente la costruzione di profili topografici. Si tratta di viste di sezione trasversale (perpendicolari alla vista planimetrica standard o alla vista mappa) che definiscono una serie continua di elevazioni lungo una linea, collegando due punti sulla mappa. Il profilo topografico è un grafico di elevazione (asse y) rispetto alla distanza (asse x) tra i due punti definiti sulla mappa topografica. Questo profilo grafico consente di vedere efficacemente la superficie terrestre da una vista "edge-on" che mostra come la superficie terrestre sale e scende lungo una linea ipotetica, unendo due punti sulla mappa. La prospettiva del profilo topografico è molto utile; fornisce un punto di partenza per realizzare sezioni trasversali geologiche che proiettano strutture o strati rocciosi nel sottosuolo.

1. Ottenere una mappa topografica.
2. Stabilire una linea tra due punti specificati sulla mappa. Chiama questi punti, A-A', o X-X', o Y-Y'.
3. Posare il bordo di una striscia di carta lungo la linea della sezione trasversale, segnando i due punti, A-A', con segni di spunta.
4. Posizionare un segno di gradizione nel punto in cui ciascuna delle linee di contorno interseca la linea della sezione trasversale. Aggiungete notazioni che indicano le elevazioni di tali linee di contorno.
   1. Se c'è una variazione topografica sostanziale lungo la linea scelta, A-A', inizia segnando solo l'intersezione della linea con i contorni principali. I contorni principali (chiamati anche contorni indice) sono quelli che vengono visualizzati sulla mappa come linee in grassetto e leggermente più pesanti.
      1. Ad esempio, i contorni principali su una mappa quadrangolare di 7,5 minuti vengono in genere utilizzati per indicare intervalli di 200 piedi sulla mappa, con le linee di contorno standard che rappresentano intervalli di 40 piedi. Ciò significa che tra ogni contorno principale, ci sono 4 contorni standard (che rappresentano 5 passi in elevazione per passare da un contorno principale all'altro).
      2. Lungo alcune porzioni della linea di sezione trasversale, ci possono essere variazioni topografiche ripide e, quindi, linee di contorno strettamente distanziate. Qui, segna solo i contorni principali. Dove c'è poca variazione topografica, segna tutti i contorni (dove intersecano la linea della sezione trasversale).
5. Impostare la carta con i segni di spunta lungo l'asse x di un pezzo di carta millimetrata. Trasferite i segni di elevazione sull'asse y con un punto.
   1. Questo genera un grafico di elevazione (asse y) rispetto alla distanza lungo la linea A-A'.
   2. La scala dell'asse x è definita dalla mappa stessa. La scala dell'asse y può essere scelta per essere equivalente alla scala della mappa (senza esagerare verticalmente), oppure può essere scelta in modo tale che le piccole variazioni di elevazione siano effettivamente "allungate" (con conseguente esagerazione verticale).
6. Liscia il profilo collegando i puntini, riconoscendo che la maggior parte delle variazioni topografiche nel mondo reale non esiste in passi bruschi.

Una volta opportunamente levigata e verificata rispetto alla mappa stessa (per i dettagli di elevazione tra i punti), il profilo topografico risultante è una rappresentazione degli alti e bassi di un paesaggio, tra i punti definiti.

Quando i profili topografici vengono utilizzati come base per le proiezioni di caratteristiche geologiche nel sottosuolo, è generalmente meglio evitare l'esagerazione verticale - in altre parole, gli assi orizzontale e verticale dovrebbero avere la stessa scala. Tuttavia, quando c'è pochissima variazione verticale attraverso la linea del profilo topografico, potrebbe essere utile (per visualizzare la topografia) avere una scala verticale diversa, allungando efficacemente le variazioni topografiche verticali.

Il grado di esagerazione verticale è uguale alla scala frazionaria verticale divisa per la scala frazionaria orizzontale. Ad esempio, se si utilizza una tipica mappa topografica dell'U.S. Geological Survey con una scala orizzontale di 1:24.000 (1 in. sulla mappa rappresenta 24.000 in. nel mondo reale) e una scala verticale scelta di 1:24.00 (1 in. sulla scala verticale rappresenta 2.400 in. di cambiamento verticale), allora l'esagerazione verticale è semplicemente 1/2.400 divisa per 1/24.000 che equivale a 10X esagerazione verticale.

Alcune esagerazioni verticali sono spesso utili, in particolare quando il profilo topografico viene utilizzato principalmente per mostrare la robustezza del terreno. Come per l'esempio precedente, su una mappa 1:24.000 (la scala generalmente utilizzata sulle mappe quadrangolari standard USGS da 7,5 minuti), 1 in. sull'asse x laterale del profilo topografico rappresenta 2.000 piedi, e queste mappe (a seconda della latitudine) sono di circa 6 per 8 miglia in totale (est-ovest contro nord-sud) dimensione. Ma in molte regioni della mappa, c'è sostanzialmente meno di 2.000 piedi(cioè, 1 in.) di rilievo verticale su tutta l'area della mappa; pertanto, un profilo non esagerato mostra pochissime variazioni sull'asse y e potrebbe essere desiderato un profilo esagerato.

Ai fini della realizzazione di sezioni trasversali geologiche, dove l'interesse principale è quello di proiettare strati rocciosi nel sottosuolo (e meno significato viene dato alla variazione topografica surficiale), è meglio utilizzare un profilo topografico non esagerato come base da cui partire per effettuare le proiezioni. Con un profilo non esagerato, gli angoli di immersione dello strato roccioso non devono essere modificati. Questo è discusso in modo più dettagliato nel video "Fare una sezione trasversale geologica".

Un profilo topografico fornisce una rappresentazione visiva degli alti e bassi topografici attraverso un segmento di linea su una mappa, da un punto all'altro. Tali profili vengono utilizzati per valutare la "robustezza" del terreno, che è utile per valutare la difficoltà del viaggio (guida, bicicletta o escursionismo come modalità di trasporto per il lavoro sul campo) (Figura 1). A volte il lavoro sul campo richiede di effettuare un transetto attraverso una regione allo scopo di raccogliere campioni o effettuare misurazioni geofisiche. Un profilo topografico può dire allo scienziato sul campo qualcosa sulla difficoltà e la fattibilità di una tale traversata.

Quasi tutta la topografia sul pianeta terra è una conseguenza dell'interazione tra sollevamento (generato da vulcanismo, tettonismo, forzatura delle maree, impatto, ecc.) ed erosione. Pertanto, le analisi dettagliate delle variazioni topografiche sono una parte fondamentale della valutazione dei modelli geomorfici relativi all'evoluzione del terreno. Ad esempio, se un geologo vuole sapere perché un fiume o un sistema di ghiacciai presenta variazioni di gradiente significative lungo il suo corso, i profili topografici sono il mezzo principale per quantificare questi cambiamenti (Figura 2). Gradini topografici e variazioni possono essere utilizzati per indicare la resistenza relativa di rocce e suoli all'erosione; le aree basse sono di maggiore suscettibilità all'erosione.

I profili topografici sono anche la base della superficie terrestre per la realizzazione di sezioni trasversali geologiche (vedere il video Making a Geologic Cross Section). Una sezione trasversale è una proiezione grafica di rocce superficiali o strati di suolo nel sottosuolo. Questa vista laterale dell'interno della terra è fondamentale per interpretare tutti i tipi di caratteristiche geologiche. I geologi utilizzano viste trasversali del sottosuolo per interpretare la posizione dei serbatoi di acque sotterranee e il regime di flusso, identificare possibili sacche di petrolio e gas e modellare i meccanismi per la deformazione della roccia (piegatura e faglia).

Figura 1. Un esempio di terreno che richiederebbe una valutazione topografica. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2. Depositi glaciofluviali profondi ed erosi lungo il fiume Matanuska, in Alaska. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.