Mokslo ir technologijų pasaulis

Vie­nin­gas aukš­čio stan­dar­tas ga­lė­tų pa­dė­ti su­pras­ti jū­ros ly­gio ki­li­mą, iš nau­jo pa­ma­tuo­ti kal­nų aukš­čius – ir dar ki­taip per­ra­šy­ti va­do­vė­lius.

Jūros lygis kyla; tai vienas iš didžiausių mūsų amžiaus rūpesčių. O kieno atžvilgiu jis kyla? Na, jūros lygio atžvilgiu, savaime suprantama. Bet koks tai aukštis?

Šis, atrodytų, gluminantis klausimas slepia tikrąją problemą. Bendradarbiaudamos taip, kaip dabar belieka stebėtis, XIX amžiaus gale pasaulio tautos priėmė tarptautinius laiko, ilgumos standartus, metrinę matų sistemą. Bet dėl vertikalių matavimo standartų jie niekada nesutarė.

Netgi dabar pasaulyje naudojama apie šimtą „nulinių taškų“, tarp kurių skirtumai kartais matuojami metrais. Techniniai sunkumai ir politinės valios trūkumas neleido išspręsti šios maišalynės. Bet dabar technologijos ir vis auganti būtinybė matuoti kylantį jūros lygį, panašu privers įvykdyti šią tyliąją revoliuciją. „Tikiuosi, turėsime pasaulinį standartą per artimiausius penkis metus,“ sako Reiner Rummel, geodezininkas, neseniai baigę darbą Miuncheno Technikos universitete, Vokietijoje.

Pasaulyje jūros lygis labiausiai skiriasi dėl nevienodos vandens temperatūros ir druskingumo. Tai buvo netikėtumas, kilęs, kai Europa, XIX amžiaus septintajame dešimtmetyje standartizavusi ilgumas ir platumas, pabandė šią praktiką praplėsti ir vertikalia kryptimi. Keletas šalių jau turėjo įsirengusios pakrantės potvynių matuoklius – iš esmės, plūdurus, pritvirtintus prie rašiklio, brėžiančio liniją – ir skaičiavo vidutinį jūros lygį, apibrėžiamą kaip periodinių jūros lygio matavimų tarp potvynio ir atoslūgio, vidurkį. Paaiškėjo, kad jų lygiai nebuvo vienodi.

Žvelgiant retrospektyviai, stebėtina, kad jie stebėjosi, sako aplinkos istorikas Wilko von Hardenberg iš Maxo Plancko mokslo istorijos instituto Berlyne. Jūra vidutiniame aukštyje būna tik trumpai kelis kartus per dieną. Per ilgą laiką, tokie poveikiai, kaip klimato kaita ir tektoninių plokščių judėjimas lemia, kad jūros lygis nelieka vienodas. Pakrantės linijos slenka, kalnai randasi ir nyksta. „Tai reiškia, kad nėra fiksuoto taško,“ sako von Hardenberg.

Būtent didėjantis vidutinis jūros lygis pirmiausia ir įspėjo, kad mes galime veikti klimatą. Tačiau vieningo vidutinio jūros lygio niekados nebuvo. „Nacionalinis išdidumas visada laimėdavo, tad šalys lygindavo lygius ir skelbdavo skirtumus,“ sako von Hardenberg. Ši netobula sistema tebenaudojama ir dabar.

Kas dar blogiau, dauguma nacionalinių matavimų beviltiškai pasenę. JK žemėlapių agentūra, Ordnance Survey, aukštį matuoja vidutinio jūros lygio, paskaičiuoto per Pirmąjį pasaulinį karą Newlyne, Kornvalyje, atžvilgiu. Nuo to laiko ten jis pakilo maždaug 20 centimetrų. „Kartą susiginčijome su Ordnance Survey direktoriumi, kai nurodžiau, kad Snowdon kalnas iš tiesų yra 20 centimetrų žemesnis, nei pažymėta žemėlapyje,“ sako Philip Woodworth iš Nacionalinio okeanografijos centro Liverpulyje, tiriančio jūros lygio pokyčius.

Ar Everestas (viršuje) aukštesnis už Chimborazo kalną Ekvadore (apačioje)? Tik jeigu nuliniu lygiu laikysite nepatikimąjį jūros lygį

Kalnų aukščio matavimas – tik viena iš sričių, kur šios sistemos trūkumai akivaizdūs (žr. „Pasirinkite viršūnę“). Anksčiau maždaug kas pusšimtį metų nacionalinis lygis turėdavo būti patikrinamas, lokalūs žymenys kalibruojami iš naujo ir visi taškai išreikšti kaip nauji „aukščiai virš jūros lygio“. Tokios aukščio nustatymo operacijos brangios, netikslios ir užima daug laiko. Iš trijų, kurios buvo atliktos Jungtinėje Karalystėje, antroji pradėta 1912 m., Škotiją pasiekė ketvirtajame dešimtmetyje ir užbaigta buvo tik 1952-aisiais.

Ir tokie nacionaliniai matavimai kartais sukeldavo nepigias klaidas – ko gero, žymiausias atvejis nutiko šio amžiaus pradžioje, statant tiltą per Reiną tarp Šveicarijos ir Vokietijos Laufenberge. Vokietija naudoja nulį, kalibruotą pagal lygį, nustatytą Amsterdame (Nyderlanduose), tuo tarpu Šveicarija remiasi Marselio (Prancūzija) duomenimis. Tarp jų yra 27 centimetrų skirtumas, ir kažkokiu būdu šie skirtumai buvo sudėti, o ne atimti. Kurį laiką tarp dviejų tilto pusių žiojėjo 54 centimetrų vertikalus plyšys.

Tačiau status quo atsisakymas ilgai buvo vertinamas kaip brangesnė alternatyva – šalyse, be viso kito, vidutinis jūros lygis dažnai naudojamas kadastriniuose matavimuose ir apdraudžiant turtą. Globalus jūros lygio pokytis žaidimo taisykles pakeitė. Paaiškėjo, kad jūros lygis skirtingose pasaulio vietose kyla skirtingu greičiu ir sunku susidaryti bendrą vaizdą. „Neturėdami globalaus standarto, lyginame obuolius su kriaušėmis,“ sako Johannes Ihde iš Vokietijos Federalinės kartografijos ir geodezijos agentūros Frankfurte prie Maino, prisidėjęs prie bendro Europos standarto kūrimo (žr. „Vienas lygis“).

Jei Žemė būtų ideali sfera, galėtume naudotis GPS rodmenimis: jie skaičiuojami, matuojant naudotojo atstumą nuo GPS palydovų orbitų centro. Bet Žemė veikiau primena regbio kamuolį – jos spindulys pusiaujyje 21 kilometru ilgesnis, nei ašigaliuose. Be to, ji ir gumbuotas regbio kamuolys, turintis, pavyzdžiui, maždaug 100 metrų įdubą piečiau Indijos, ir maždaug 100 metrų iškilimą Indonezijoje.

Šie nelygumai yra Žemė geoide, gravitaciniame paviršiuje – plokštumoje, kurioje judant, neatliekamas darbas vertikalioje ašyje. Šie nelygumai atsiranda, nes gravitacija stipresnė ten, kur susikaupia daugiau masės, tarkime, kalnuose ar tankesnėse uolienose. Geoidas labiausiai ir lemia jūros lygio aukštį. Plaukdami iš Indijos į Indoneziją, nuplauktumėte 200 metrų tolyn nuo Žemės centro.

Tad, vertikalaus standarto nustatymas susiveda į sutarimą dėl geoido modelio – o naujausi palydoviniai matavimai šią užduotį beveik jau ir atliko. 2002 metais NASA ir Vokietijos kosmonautikos centras paleido GRACE palydovą, o po septynių metų, Europos kosmoso agentūra pradėjo GOCE misiją. GOCE skriejo iki 2013 metų, tuo tarpu GRACE tebėra orbitoje, ir šių abiejų misijų duomenų pakanka, kad būtų galima sukurti geoido modelį kelių centimetrų tikslumu. „Gravitacinis laukas glotnus, nes palydovai yra toli nuo Žemės masės,“ paaiškina GOCE misijai vadovavęs Rummelis, „Bet tai galima papildyti antžeminiais gravitacijos matavimais.“ Taip galima pasiekti milimetrinį tikslumą, kurio reikia, tarkime, tiltų statybai.

Naudojantis šiais pasiekimais, aukštį galima matuoti GPS prietaisais, kuriuose geoido modelis jau įdiegtas. Tai nauja koncepcija, kadangi šie prietaisai matuoja žemės aukštį ne jūros lygio atžvilgiu, o Žemės centro – taško erdvėje, dėl kurio visi, bent jau teoriškai, turėtų sutarti. Dėl ilgai trunkančių Žemės plutos pokyčių kinta ir pats geoidas, bet tai galima sekti GRACE ir vėlesniais palydovais.

Geoido žemėlapis gali atskleisti naujienų ir apie vandenynus. Jūros paviršius grubai vertinant, atitinka geoidą, bet šis atitikimas nėra idealus: temperatūros ir druskingumo skirtumai lemia jo iškilumus ir įdubimus, kurių sukuriamas metrinis skirtumas prisideda prie šimtus kartų didesnių geoido variacijų. Plaukdami Lamanšo kanalu iš Doverio į Kale, geoido atžvilgiu pakiltumėte maždaug devynis centimetrus. „Fizikine prasme, atliktumėte darbą,“ sako Woodworthas.

Pakrantėse esantys ir jūroje plaukiojantys GPS įrenginiai pateikia tą papildomą kintamumo sluoksnį, kuriuo remdamiesi okeanografai gali piešti vadinamąjį jūros „fizinį paviršių“. Vanduo tarp šių iškilimų ir įdubų cirkuliuoja panašiai, kaip oro masės juda tarp aukšto ir žemo slėgio sričių. „Jei žinote, kur šis &plusm; 1 metras yra, žinote, kur teka vandenyno srovės,“ sako Woodworthas. Jis su kolega Chrisu Hughesu šiais naujais duomenimis naudojosi, kurdami tokių reiškinių, kaip El Niño prognostinius modelius.

Geoidu paremto pasaulinio aukščio standarto įgyvendinimui būtinos techninės priemonės yra – bet ar yra politinė valia? Galbūt. JAV, Kanada ir Meksika paskelbė norinčios pereiti prie unifikuotos geoidu paremtos aukščio sistemos 2022 metais, o 2015 metais Prahoje vykusiame Tarptautinės geodezijos ir geofizikos sąjungos susitikime priimta rezoliucija remti bendros globalios atskaitos sistemos priėmimą. „Mes sutarėme, dabar telieka tai įgyvendinti praktiškai,“ sako Ihde.

Tai gali būti sunkesnis žingsnis, nes matininkai, žymintys vietas prekybos centrams ir automobilių aikštelėms, savo matavimuose tebesiremia vietiniu vidutiniu jūros lygiu. Už XIX a. bendradarbiavimo suintensyvėjimo slėpėsi skausminga tiesa: jis įvyko, jau praėjus daug laiko nuo tada, kai britų laikrodininkas Johnas Harrisonas išrado chronometrą XVIII a. viduryje, išsprendusį ilgumos nustatymo jūroje problemą ir tuo pačiu metu padėjusiam bendros laiko skaičiavimo sistemos pamatus. Remiantis šiuo precedentu, gali praeiti amžius ar daugiau, kol visi atsidursime viename lygyje.