Overview
מקור: המעבדה של אלן לסטר - אוניברסיטת קולורדו בולדר
מפות טופוגרפיות הן ייצוגים "ראיית תוכנית" של פני השטח התלת-ממדיים של כדור הארץ. הם סוג סטנדרטי של תצוגת מפה המספקת פרספקטיבה תקורה, או אווירית.
בין התכונות המגדירות של מפה טופוגרפית הם קווי המתאר המציינים מיקומים של גובה מתמיד. מרווח הגובה בין קווי המתאר תלוי ברמת הפירוט שמספקת המפה ובסוג הטופוגרפיה הקיימת. לדוגמה, אזורים עם שונות טופוגרפית משמעותית עשויים לדרוש קווי מיתרים המופרדים על-ידי קווי המתאר של 40-100 רגל, בעוד שבדרך כלל אזורים שטוחים עם שונות טופוגרפית מועטה עשויים להפריד באופן רחב יותר קווי המתאר בגובה 10-20 רגל.
עבור משתמש מנוסה במפות כאלה, הדפוסים שנעשו על ידי הקווים הטופוגרפיים מייצגים דפוסים שונים של צורות יבשה, כגון רכסים, עמקים, גבעות ומישורים.
Principles
למרות שתמונות תלת-ממדיות מודרניות(למשל מודלים של גובה דיגיטלי, Google Earth) יכולות להיות שימושיות כאמצעי לקבל רושם מהיר וכללי של נוף, תמונות אלה כפופות לעיוות ולא ניתן להשתמש בהן כדי לחלץ נתוני גובה כמותיים. לעומת זאת, מפה טופוגרפית יכולה לספק מקור מידע נטול עיוותים לגבי גבהים עבור נקודות נפרדות על פני כל אזור המפה.
היכולת לחלץ נתוני גובה מהימנים עבור כל נקודה במפה הטופוגרפית מאפשרת בניית פרופילים טופוגרפיים. אלה הן תצוגות חתך (מאונכות לתצוגת התוכנית הרגילה או לתצוגת מפה) המגדירות סדרה רציפה של גבהים לאורך קו, המחברות שתי נקודות במפה. הפרופיל הטופוגרפי הוא גרף של גובה גובה (ציר y) לעומת מרחק (ציר x) בין שתי הנקודות המוגדרות במפה הטופוגרפית. פרופיל גרפי זה מאפשר לראות ביעילות את פני הקרקע מתצוגה "קצה על" המציגה כיצד פני הקרקע עולים ונופלים לאורך קו היפותטי, מצטרפים לשתי נקודות על המפה. נקודת המבט של הפרופיל הטופוגרפי שימושית מאוד; הוא מספק נקודת התחלה ליצירת חתך גיאולוגי שמקרין מבני סלע או שכבות לתוך תת הקרקע.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Procedure
- השג מפה טופוגרפית.
- צור קו בין שתי נקודות שצוינו במפה. קרא לנקודות האלה, א-א', או X-X' או Y-Y'.
- הנח את קצה רצועת הנייר לאורך קו החתך, וסמן את שתי הנקודות, A-A', בסימוני שנתות.
- מקם סימן שנתות כאשר כל אחד מקווי המתאר חוצה את קו החתך. הוסף סיכויים המציינים את העליות של קווי קווי המתאר האלה.
- אם יש וריאציה טופוגרפית משמעותית לאורך הקו הנבחר, A-A', התחל רק בסימון הצומת של הקו עם קווי המתאר העיקריים. קווי המתאר העיקריים (הנקראים גם קווי המתאר של האינדקס) הם אלה המוצגים על המפה כקווים נועזים, מעט כבדים יותר.
- לדוגמה, קווי המתאר העיקריים במפת ריבועים של 7.5 דקות משמשים בדרך כלל לציון מרווחי זמן של 200 רגל במפה, כאשר קווי המתאר הסטנדרטיים מייצגים מרווחי זמן של 40 רגל. משמעות הדבר היא כי בין כל קווי המתאר העיקריים, ישנם 4 קווי המתאר הסטנדרטיים (המייצגים 5 צעדים בגובה כדי לעבור מתיאור מרכזי אחד למשנהו).
- לאורך חלקים מסוימים של קו חתך, ייתכנו וריאציה טופוגרפית תלולה, ולכן, קווי קווי המתאר במרווחים הדוקים. הנה, סמן רק את קווי המתאר העיקריים. כאשר יש וריאציה טופוגרפית קטנה, סמנו את כל קווי המתאר (שם הם מצטלבים את קו החתך).
- אם יש וריאציה טופוגרפית משמעותית לאורך הקו הנבחר, A-A', התחל רק בסימון הצומת של הקו עם קווי המתאר העיקריים. קווי המתאר העיקריים (הנקראים גם קווי המתאר של האינדקס) הם אלה המוצגים על המפה כקווים נועזים, מעט כבדים יותר.
- הגדר את הנייר עם סימוני השנתות לאורך ציר ה- x של פיסת נייר גרף. מעבירים את סימני הגובה לציר ה-y עם נקודה.
- פעולה זו יוצרת גרף של גובה (ציר y) לעומת מרחק לאורך קו A-A.
- קנה המידה של ציר ה- x מוגדר על-ידי המפה עצמה. ניתן לבחור את קנה המידה של ציר ה- y להיות שווה ערך לסולם המפה (וכתוצאה מכך אין הגזמה אנכית), או שניתן לבחור אותו כך שווריאציות הגובה הקטנות "נמתחות" ביעילות (וכתוצאה מכך הגזמה אנכית).
- החלק את הפרופיל על-ידי חיבור הנקודות, תוך הכרה בכך שרוב השונות הטופוגרפית בעולם האמיתי אינה קיימת בשלבים פתאומיים.
פרופילים טופוגרפיים מעניקים מבט צדדי על השטח של אזור מעניין.
מפות טופוגרפיות הן תצוגת מפה סטנדרטית המספקת פרספקטיבה אווירית וייצוג תלת מימדי של פני כדור הארץ. אלה יכולים לשמש כדי ליצור תצוגות צדדיות של הארץ, הידוע גם בשם פרופילים טופוגרפיים.
בעת תכנון כבישים, מסילות ברזל, צינורות או מסלולי הליכה, פרופילים טופוגרפיים יכולים להיות כלי רב ערך כדי ליידע את המשתמש המקצועי או הפנאי של השטח באזור היעד.
סרטון וידאו זה ימחיש את תהליך יצירת הפרופילים הטופוגרפיים ממפות טופוגרפיות.
בין התכונות המגדירות של מפות טופוגרפיות הם קווי המתאר, אשר מציינים גובה. קווים אלה מעבירים מידע תלת מימדי, ויכולים ליידע את המשתמש במפה בדפוסי צורות יבשה שונים, כגון רכסים, עמקים, גבעות או מישורים.
במיפוי טופוגרפי, מפות המיוצרות יכולות להשתנות בפירוט ובקנה מידה, ולעתים קרובות תלויות בשטח הנושא. מרווח הגובה בין קווי המתאר הוא היבט אחד שעשוי להשתנות. לדוגמה, באזורים עם שונות טופוגרפית משמעותית, מפות עשויות להשתמש בקווי קווי המתאר של 40 עד 100 רגל. באזורים שטוחים בדרך כלל עם שונות מועטה, מפות עשויות להשתמש בסבירות רחבה יותר של קווי המתאר של 10 עד 20 רגל.
ההרכב המדויק והיכולת לחלץ נתוני גובה מהימנים עבור כל נקודה במפה הטופוגרפית מאפשרים בניית פרופילים טופוגרפיים. תצוגות חתך "צדדיות" אלה בנויות באמצעות קו שנוצר בין נקודות, ומתעד קווי המתאר החוצים קו זה.
הנתונים הבאים מתווים כגרף גובה, עם גובה המותווה על ציר ה- Y, ומעברי קווי המתאר לאורך ציר ה- X. כאשר נקודות אלה מצורפות, זה מאפשר למשתמש לראות איך פני השטח עולה ויורד לאורך קו היפותטי זה.
בהתאם לשימוש המיועד במפה, ניתן להחיל הגזמה אנכית על ציר ה- Y. זה יכול להיות מועיל בתרחישים שבהם הפרופיל הטופוגרפי מנוצל כדי להראות את המחוספסות של השטח. בתרחישים שבהם השימוש העיקרי בפרופיל הטופוגרפי הוא להקרין תכונות גיאולוגיות או חתך רוחב, מומלץ להימנע מהגזמה אנכית.
פרופילים טופוגרפיים יכולים להיות שימושיים ביותר, ולספק נקודת התחלה ליצירת חתך גיאולוגי שמקרין מבני סלע או שכבות לתוך תת-הקרקע. במובן כללי מאוד, אנו מוצאים כי רכסים מורכבים סלעים עמידים ועמקים מורכבים סלעים פחות עמידים, נשחק בקלות.
עכשיו שאנחנו מכירים מפות טופוגרפיות ויצירת פרופילים טופוגרפיים, בואו נסתכל על איך זה מתבצע.
השלב הראשון ביצירת פרופיל טופוגרפי הוא להשיג מפה טופוגרפית. אלה יכולים להיווצר על ידי המדען, או נאספו מסוכנות סקר גיאולוגי. לאחר שנבחרה מפה מתאימה, ניתן להפעיל פרופיל טופוגרפי.
צור קו בין שתי נקודות שחוצה את אזור העניין במפה. אלה צריכים להיות מתויגים כ- A-A'. קח רצועה של נייר, והנח אותו לאורך קו חתך בין שתי הנקודות. על רצועת הנייר, מקם סימן שנתות שבו כל אחד מקווי המתאר חוצה את קו חתך הנייר. הוסף סיכויים המציינים את העליות של קווי המתאר האלה. היכן שיש שונות טופוגרפית קטנה, סמן את כל קווי המתאר. אם יש שונות טופוגרפית משמעותית לאורך הקו הנבחר, התחל רק בסימון ההצטלבות של קווי המתאר העיקריים, או "האינדקס". אלה נראים באותיות מודגשות על המפה.
על נייר גרף, צייר את אזור העניין. בחר קנה מידה עבור ציר ה- y עם או בלי הגזמה. הגדר את סימוני השנתות לאורך ציר ה- x והעביר כל סימן גובה לגרף בנקודה. פעולה זו יוצרת גרף של גובה לעומת מרחק לאורך קו A-A. חבר נקודות אלה כדי ליצור קו רציף.
המפה מגדירה את קנה המידה של ציר ה-x, אך ניתן לבחור את ציר ה-Y כדי להציג תצוגה מציאותית, או כזו המדגישה את הטופוגרפיה המקומית כדי להדגים שטח מחוספס.
היכולת לדמיין שטח מקומי חשובה במגוון יישומים.
הערכת המחוספסות או התלות של שטח יכולה להיות שימושית בהערכת הקושי לחצות אזור מסוים. זה יכול להיות ישים בדרכים שונות עבור אמצעי תחבורה שונים כגון טיולי הליכה, רכיבה על אופניים או נהיגה. עבודת שטח עבור סקרים גיאולוגיים או ביולוגיים עשויה לדרוש ביצוע טרנסג'ן דרך אזור לצורך לקיחת מדידות או איסוף דגימות. פרופילים טופוגרפיים יכולים ליידע את מדעני השדה על ההיתכנות והקושי לדגום באזורים שונים ולאפשר תכנון של טרנסקט מתאים.
פרופילים טופוגרפיים הם הבסיס היבשתי לבניית חתך גיאולוגי. חלקים אלה הם הקרנה גרפית של סלעי שטח או שכבות קרקע אל תת הקרקע, ומספקים מבט צדדי על פנים כדור הארץ החיוני לפרשנות כל מיני תכונות גיאולוגיות. אלה יכולים לשמש עבור יישומים רבים, כולל איתור מקורות סבירים של מאגרי מי תהום, כיסי נפט וגז אפשריים, או אזורים של קיפול או תקלה.
רוב הטופוגרפיה על פני כדור הארץ היא תוצאה של יחסי הגומלין בין שחיקה לרומם, אשר נגרמת על ידי געשיות, טקטוניזם, כפיית גאות ושפל, והשפעות. ניתוחים מפורטים של וריאציות טופוגרפיות הם חלק קריטי בהערכת התפתחות השטח.
הרגע צפיתם בהקדמה של JoVE למפות ופרופילים טופוגרפיים. כעת עליך להבין את החשיבות של מפות טופוגרפיות, כיצד ליצור פרופילים טופוגרפיים וכיצד פרופילים אלה יכולים להיות שימושיים לגיאולוגים ולקהילות בכללותם.
תודה שצפיתם!
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Results
לאחר החלקה נכונה ובדק מול המפה עצמה (עבור פרטי גובה בין נקודות), הפרופיל הטופוגרפי המתקבל הוא ייצוג של העליות והמורדות של נוף, בין הנקודות המוגדרות.
כאשר פרופילים טופוגרפיים משמשים כבסיס להקרנות של תכונות גיאולוגיות לתוך תת הקרקע, בדרך כלל עדיף להימנע מהגזמה אנכית - במילים אחרות, הצירים האופקיים והאנכיים צריכים להיות באותו קנה מידה. עם זאת, כאשר יש מעט מאוד וריאציה אנכית על פני קו הפרופיל הטופוגרפי, זה עשוי להיות שימושי (כדי לדמיין טופוגרפיה) כדי לקבל קנה מידה אנכי שונה, למעשה למתוח את וריאציות טופוגרפי אנכי.
מידת ההגזמה האנכית שווה לסולם השבר האנכי חלקי סולם השבר האופקי. לדוגמה, אם משתמשים במפה טופוגרפית טיפוסית של המכון הגיאולוגי של ארה"ב עם קנה מידה אופקי של 1:24,000 (1 אינץ' במפה מייצג 24,000 אינץ' בעולם האמיתי) ובקנה מידה אנכי נבחר של 1:24,00 (1 אינץ' בסולם האנכי מייצג 2,400 אינץ' של שינוי אנכי), ההגזמה האנכית היא פשוט 1/2,400 חלקי 1/24,000 השווה להגזמה אנכית של פי 10.
הגזמה אנכית מסוימת שימושית לעתים קרובות, במיוחד כאשר הפרופיל הטופוגרפי משמש בעיקר כדי להראות את המחוספסות של השטח. לפי הדוגמה הקודמת, במפה של 1:24,000 (קנה המידה המשמש בדרך כלל במפות מרובעות סטנדרטיות של USGS 7.5 דקות), 1 אינץ' בציר ה- x לרוחב של הפרופיל הטופוגרפי מייצג 2,000 רגל, ומפות אלה (בהתאם לקו הרוחב) הן בסביבות 6 על 8 מיילים בסך הכל (מזרח-מערב לעומת צפון-דרום). אבל באזורי מפה רבים, יש באופן משמעותי פחות מ 2,000 רגל (כלומר,1 אינץ ') של הקלה אנכית על כל אזור המפה; לכן, פרופיל לא מוגזם מראה מעט מאוד וריאציה על ציר ה- y, ופרופיל מוגזם עשוי להיות הרצוי.
לצורך ביצוע חתך גיאולוגי, כאשר העניין העיקרי הוא להקרין שכבות סלע לתוך תת הקרקע (ופחות משמעות ניתנת לווריאציה הטופוגרפית הגלפנית), עדיף להשתמש בפרופיל טופוגרפי לא מוגזם כבסיס שממנו ניתן לבצע את התחזיות. עם פרופיל לא מוגזם, אין צורך לשנות את זוויות הטבילה של שכבת הסלע. זה נדון בפירוט רב יותר בסרטון "ביצוע חתך גיאולוגי".
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Applications and Summary
פרופיל טופוגרפי מספק ייצוג חזותי של העליות והמורדות הטופוגרפיות על-פני מקטע קו במפה, מנקודה אחת לאחרת. פרופילים כאלה משמשים להערכת "קשיחות" השטח, אשר שימושית בהערכת הקושי של נסיעה (נהיגה, רכיבה על אופניים, או טיולים כאמצעי תחבורה עבור עבודת שטח) (איור 1). לפעמים עבודת שטח דורשת ביצוע טרנסקט דרך אזור לצורך איסוף דגימות או ביצוע מדידות גיאופיזיות. פרופיל טופוגרפי יכול לספר למדען השדה משהו על הקושי וההיתכנות של מעבר כזה.
כמעט כל הטופוגרפיה על פני כדור הארץ היא תוצאה של יחסי הגומלין בין התרוממות רוח (בין אם נוצרה על ידי וולקנות, טקטוניזם, כפיית גאות ושפל, השפעה וכו ') לבין שחיקה. ככזה, ניתוחים מפורטים של וריאציות טופוגרפיות הם חלק קריטי בהערכת מודלים גיאומורפיים הקשורים להתפתחות השטח. לדוגמה, אם גיאולוג רוצה לדעת מדוע מערכת נהר או קרחונים מציגה שונות הדרגתית משמעותית לאורך המסלול, פרופילים טופוגרפיים הם האמצעי העיקרי לכימות שינויים אלה (איור 2). ניתן להשתמש במדרגות טופוגרפיות ובווריאציות כדי להצביע על ההתנגדות היחסית של סלעים ואדמות לשחיקה; אזורים נמוכים הם רגישות גדולה יותר לשחיקה.
פרופילים טופוגרפיים הם גם הבסיס היבשתי ליצירת חתך גיאולוגי (ראו וידאו ליצירת חתך גיאולוגי). חתך הוא הקרנה גרפית של סלעי פני השטח או שכבות הקרקע אל תת הקרקע. מבט צדדי זה על פנים כדור הארץ חיוני לפרשנות כל מיני מאפיינים גיאולוגיים. גיאולוגים משתמשים בהשקפות חוצות חתך של תת הקרקע כדי לפרש את מיקומם של מאגרי מי התהום ומשטר הזרימה, לזהות כיסי נפט וגז אפשריים, ולדגם מנגנונים לעיוות סלעים (קיפול ותקלות).
איור 1. דוגמה לשטח שידרוש הערכה טופוגרפית. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2. מרבצי גלציו-שפע עמוקים ונשחקים לצד נהר מתנוסקה, אלסקה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
