Wysokość szczytów w Tatrach do poprawki?

Zakończyła się kampania pomiarowa wysokości szczytów w Tatrach Wysokich i Zachodnich, którą przeprowadzili naukowcy z Instytutu Geodezji i Geoinformatyki UPWr. W celu wykonania pomiarów przebyli łącznie ponad 231 km szlaków pokonując różnicę wysokości (w górę i w dół) równą 39963 m, czyli ponad czterokrotnie więcej niż wysokość Mount Everest!

Patronat nad pomiarami objął Tatrzański Park Narodowy, a w skład zespołu pomiarowego weszli: prof. Krzysztof Sośnica, dr Kamil Kaźmierski, dr Adrian Kaczmarek oraz Barbara Kubiak, Joanna Najder, Sylwia Porucznik, Dariusz Strugarek, Adrian Nowak, Marcin Mikoś i Filip Gałdyn. 

Najnowsze, dokładniejsze pomiary są zaskakujące 

W większości atlasów, czy przewodników wysokość Świnicy to 2301 m. Wykonane pomiary lotnicze wskazywały od niedawna, że szczyt może być nieco wyższy, jednak ich niska dokładność nie pozwoliła na rozstrzygnięcie sporu dotyczącego właściwej wysokości.

Dopiero pomiary satelitarne techniką bezpośrednią GNSS pozwoliły jednoznacznie określić wysokość szczytu. Dziś już wiemy, że wysokość Świnicy wynosi 2302,36 m, czyli jest o ponad 1 m wyższa niż wcześniej zakładano. Jest to wysokość naturalnego głazu znajdującego się na szczycie. Nieco poniżej szczytu znajduje się słupek granicy polsko-słowackiej o wysokości 2301,57 m. Czasem zdarzają się sytuacje podawania na mapach wysokości punktu geodezyjnego lub słupa zamiast naturalnego szczytu. Na Świnicy pomiary jednoznacznie wskazują, że wysokość podawana w atlasach i podręcznikach powinna zostać poprawiona, gdyż wynosi 2302 m.

Podobnie jest w przypadku Rysów. Dotychczas podejrzewano, że ich wysokość po polskiej stronie może przekraczać 2500 m, jednakże ze względu na duży błąd pomiarowy lidaru nie można było rozstrzygnąć, ile dokładnie wynosi wysokość najwyższej góry w Polsce.

Bezpośrednie pomiary wykonane na Rysach w trakcie tegorocznej kampanii pozwoliły stwierdzić, że wysokość polsko-słowackiego słupka granicznego to 2499,71 m, czyli w zaokrągleniu do pełnych metrów – 2500 m. Jednakże słupek graniczny nie jest obiektem naturalnym. Wysokość najwyższej stabilnej skały naturalnej w Polsce to 2499,44 m. Czyli zabrakło dokładnie 6 cm wysokości, żeby w zaokrągleniu móc stwierdzić, że wysokość najwyższego polskiego szczytu (naturalnego) to 2500 m.

Wyższy okazał się natomiast Skrajny Granat na Orlej Perci. Dotychczas przyjmowano, że jego wysokość wynosiła 2225 m. Jak się jednak okazało w wyniku dokładnych pomiarów, właściwa wysokość Skrajnego Granatu to 2228,34 m, czyli o ponad 3 metry więcej niż wcześniej zakładano. Natomiast wysokość Małego Koziego Wierchu to „jedynie” 2225,53 m, a nie jak wcześniej sądzono - 2228 m.

Blisko metr wyższa okazała się też Sarnia Skała (1378 m w zaokrągleniu).

Jak mierzono szczyty i jakie dokładne są pomiary?

Pomiary wykonano w oparciu o obserwacje satelitarne Globalnych Nawigacyjnych Systemów Satelitarnych (GNSS): GPS, GLONASS, Galileo i BeiDou przy pomocy precyzyjnych, wieloczęstotliwościowych odbiorników geodezyjnych. Pomiary zostały wykonane z wykorzystaniem poprawek generowanych przez państwowy system Aktywnej Sieci Geodezyjnej ASG-EUPOS oraz poprawek sieciowych czasu rzeczywistego (RTN) w oparciu o stacje referencyjne na terenie Polski i Słowacji. Wysokości elipsoidalne zostały zredukowane do systemu wysokości „Amsterdam”, czyli PL-EVRF2007-NH, w oparciu o model „Geoida 2021”. To opracowany w 2021 roku (przez prof. Marka Trojanowicza z UPWr ze wsparciem Magdaleny Owczarek-Wesołowskiej) najdokładniejszy dotychczas model przebiegu poziomu morza pod powierzchnią Polski.

Jest to pierwszy model, który uwzględnia zarówno pomiary na obszarze Polski, jak i w krajach ościennych, a w szczególności po słowackiej części Tatr. Powstał w oparciu o pomiary geodezyjne różnic wysokości, tzw. niwelację precyzyjną, pomiary grawimetryczne, jak i pomiary satelitarne GPS. Ponadto zostały uwzględnione modele gęstości skał w skorupie ziemskiej aż do granicy skorupy i płaszcza ziemskiego, a także numeryczne modele terenu, które odgrywają szczególną rolę w terenach górskich w zakresie stosowanych poprawek obliczeniowych. 

Model Geoida 2021 odnosi swoją wysokość do mareografu w Amsterdamie, czyli do Morza Północnego. Dzięki temu Polska uniezależniła się od dotychczas stosowanego systemu wysokości opartego o mareograf na Morzu Bałtyckim w Kronsztadzie koło Sankt Petersburga w Rosji. Różnica pomiędzy wysokościami w dwóch systemach wysokości wynosi od 10 do 22 cm w zależności od części Polski oraz wynika z faktu, że model „Amsterdam” oparty jest o nowsze i dokładniejsze pomiary geodezyjne, w tym pomiary satelitarne, a ponadto lustro wody w Morzu Bałtyckim jest nieco wyżej niż w Morzu Północnym. 

Dlaczego dokładny pomiar wysokości polskich szczytów nie był wcześniej możliwy?

Wysokości punktów w Polsce podaje się nad poziomem morza w tzw. systemie wysokości normalnych. Poziom morza jest mierzony na wybrzeżach za pomocą mareografów, a następnie dane z wielu lat są uśredniane. Jednakże określenie wysokości punktów z dala od wybrzeża jest utrudnione. Żeby „przeciągnąć” poziom morza pod kontynent niezbędne są pomiary geodezyjne różnic wysokości wraz z pomiarami przyspieszenia pola grawitacyjnego Ziemi tzw. grawimetria, gdyż przebieg poziomu morza pod kontynentem zależy od rodzaju i gęstości skał budujących skorupę ziemską, a te wpływają na przyspieszenie siły ciężkości. Bez modelu przebiegu poziomu morza pod powierzchnią lądu pomiary wysokości techniką GPS są bezużyteczne. GPS podaje wysokości względem powierzchni matematycznej – elipsoidy, której przebieg może się różnić nawet o 100 m względem powierzchni morza, czyli geoidy. Dlatego wysokości wyznaczone technikami satelitarnymi GPS należy zawsze redukować o model przebiegu morza pod kontynentem. 

***

Kampania pomiarowa w Tatrach została sfinansowana ze środków przeznaczonych na Wiodący Zespół Badawczy SpaceOS „Zespół obserwacji i badania Ziemi technikami geodezyjnymi” finansowany przez Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu w ramach programu „Inicjatywa Doskonałości – Uczelnia Badawcza”.