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

grupy „garbów” scalonych ze sobą w dwuszeregu.

Przez następne długie lata, obok biegu koryt rzecznych,

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

Ryc. 2. Mapa wykonana

na glinianej tabliczce w

Mezopotamii, ok. 2400-2200

lat p.n.e. (rekonstrukacja).

miała obszary kamieniste, nieuprawne, bezdrożne bądź

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

(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.

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

kształt oraz wysokość kopczyków, co miało oddać charakter

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.

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

Ryc. 3. Piktogramy

stosowane przy

metodzie kopczykowej.

a)

b)

c)

a - lodowce, b - wysokie góry typu alpejskiego, c - średniogórza, d - krajobraz morenowy, e - fiordy, f - wulkany

b) a) c) d) e) f)

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

r. przez kartografa saksońskiego J. G.

Lehmann’a. Zasadę opartą na

prostopadłym oświetleniu, można krótko

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

rzeźby terenu. Rozwiązaniem problemu miała wreszcie

okazać się izolinia.

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

Subtelne różnice w grubości kresek oraz w

odległościach pomiędzy nimi było możliwe do

uchwycenia dzięki powszechnie wówczas stosowanej

miedziorytniczej technice druku. Łatwo się zatem

domyślić, że grawerowanie każdego arkusza mapy

topograficznej wymagało wielkiego kunsztu i trwało

miesiącami.

Ryc. 5. Zestawienie trzech metod

przedstawienia rzeźby terenu:

kopczykowej, kreskowej (zwróć

uwagę na zróżnicowanie kresek)

oraz poziomicowej.

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

swej mapie (z izobatami co 1 sążeń) przedstawił

ukształtowanie dna ujściowego odcinka rzeki

Merwede – nazwa połączonych rzek Waalu i

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

Sążeń (1 sążeń = 6 stóp = 1,8288 m)

antropometryczna jednostka długości (miara

odpowiadała długości rozpostartych ramion

dorosłego mężczyzny). W Europie Zachodniej

sążeń (ang. fathom) używany był do

określania głębokości morza na mapach

nawigacyjnych.

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

zastąpione zostały innymi technikami; najpierw

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,

Pierwsze zdjęcia fotogrametryczne

wykonano w Paryżu w 1858 r. Były

to zdjęcia z balonu, a ich autorem

był Aimé Laussedat.

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

nadszedł wreszcie czas, by wprowadzić

wątek polski. Przywołajmy zatem

Eugeniusza Romera – twórcy polskiej

kartografii szkolnej. Przypuszcza się, że

swoją przygodę z kartografią Romer

„Kiedy przed z górą 35 laty rozpocząłem nauczanie

geografii w polskiej szkole średniej we Lwowie, byłem

wprost zrozpaczony stanem środków naukowych,

którymi rozporządzałem (...) W pełnym przekonaniu, że

nie ma na całym świecie ani jednej mapy, która by

chociaż w przybliżeniu oddawała wierne zarysy

orograficzne kontynentów, postanowiłem dążyć do

naukowej syntezy hipsometrii kuli ziemskiej. Oto był

mój cel naukowy, zrodzony z nauczania.”

E. Romer, 1928 r.

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

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.

Załącznik I.

Mapa świata według Eratostenesa z ok. 220 r. p.n.e. (rekonstrukcja).

Załącznik II.

Przykłady map regionalnych autorstwa Ptolemeusza z pocz. n.e. (rekonstrukcje).

Załącznik III a.

Góry Świętokrzyskie na mapie Stanisława Staszica z 1806 r. (oryginał w skali ok. 1:1 182 000).

Załącznik III b.

Załącznik IV.

Załącznik V.

Załącznik VI.

Załącznik VII.

Załącznik VIII.

Załącznik IX a.

Załącznik IX b.

Załącznik X.