La altitud (del latín : altitudo ) es históricamente una noción geográfica que designa la altura geométrica verticalmente entre un punto y una referencia vertical , generalmente el nivel del mar .
En geodesia , también expresa la distancia de un punto al geoide . Hay varias formas de calcular la altitud: ortométrica , altitud dinámica ( pulgadas ) , altura geopotencial ( pulgadas ) y altitudes normales ( pulgadas ) .
En aeronáutica , la altitud es la distancia entre un punto y el suelo. Se mide en pies , excepto en los países de la ex Unión Soviética y en China , donde se expresa en metros .
La altitud a menudo se confunde con la elevación ( pulgadas ) y la altura. La elevación es la distancia entre el nivel del mar y el nivel de la tierra (pulgadas) . La altura es la distancia geométrica entre un punto y su proyección en el elipsoide .
Los diferentes lugares se asocian a una altitud mediante una superficie plana , calculada por diversos medios indirectos ( geodesia , triangulación ). La altitud es también un dato exógeno útil para el cálculo numérico en varios campos: meteorología , física , biología .
El término altitud es polisémico y, en virtud de su historia, está asociado a un vasto conjunto de conceptos. La palabra originalmente designa la distancia por elevación y altura, magnitud en sus diversos significados y profundidad marítima entre dos elementos de la superficie (puntos, línea, plano) en el espacio euclidiano .
La evolución de las matemáticas se ha reflejado en el enfoque para calcular la altitud, pasando a veces de un espacio euclidiano (2D) a un espacio cartesiano (3D) y beneficiándose de las nuevas propiedades del espacio euclidiano.
Ciertos campos físicos varían según la altitud: disminución de la presión atmosférica , variación de la temperatura y par termohigrométrico , particularmente la radiación solar . Son visibles reacciones particulares de los organismos a estas nuevas condiciones, particularmente en plantas , pero también en animales u hongos y líquenes .
Más que de los efectos de la altitud, sería apropiado hablar de variaciones ligadas a la altura, porque la altitud es un dato en bruto que no tiene consecuencias por sí solo. Debemos distinguir dos tipos de efectos:
Los primeros efectos son espectaculares y bien conocidos por los montañeros ; estos últimos son más discretos y afectan tanto a las personas como al ecosistema . En particular, los suelos de gran altitud suelen ser más pobres, más ácidos, menos espesos (disminución de la reserva útil del suelo y la tasa de saturación , lo que puede exacerbar el fenómeno de la disminución de los bosques ).
La variación de temperatura según la altitud depende de dónde se encuentre en la atmósfera : troposfera , estratosfera , mesosfera o incluso la termosfera .
Presión atmosféricaDisminuye exponencialmente con la altitud de acuerdo con la fórmula de nivelación barométrica . A nivel del mar vale 1 atm ( es decir, 760 mmHg , 1.013,25 mb o 101.325 Pa ) mientras que a 1.000 m solo vale 89.859 Pa ( 674 mmHg ), a 4.800 m 55.462 Pa ( 416 mmHg ) y a 8.848 m 31.464 Pa ( 236 mmHg ).
Intensidad de la gravedadEsto varía según el planeta en el que se encuentre y la altitud. Es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia desde el centro. En la Tierra, su valor es 9.814 m s −2 al nivel del mar, 9.811 m s −2 a 1000 my 9.802 m s −2 a 4000 m .
Ésta es la verdadera atracción de la gravedad. Para un cuerpo estacionario en la referencia terrestre (por lo tanto, no sujeto a la aceleración de Coriolis), la gravedad aparente es igual a la anterior menos la aceleración centrífuga ω 2 r donde ω es la velocidad de rotación de la Tierra ( 360 grados por día) y r la distancia al eje de los polos. Esta aceleración centrífuga es cero en los polos y es aproximadamente igual a 0.034 m s −2 en el ecuador; por lo tanto, la gravedad aparente es de solo 9,780.
La primera descripción de los efectos de la altitud la da Platón , con motivo de un ascenso al monte Ossa .
Al estudiar los efectos fisiológicos de la altitud, se tienen en cuenta tres áreas:
En los seres humanos, los efectos de la altitud se deben principalmente a la disminución de la presión parcial de oxígeno en el aire inspirado y al descenso de la temperatura . La exposición brutal a una altitud de 6000 m provoca la muerte en 15 min .
En reposo se observa hiperventilación (aumento de la ventilación) a corto plazo , en respuesta a la activación de receptores químicos en la vena yugular.
La diuresis (eliminar una parte del volumen de plasma ) tiende a aumentar la proporción de glóbulos rojos en la sangre . La exposición repentina a una altitud de 4000 m da como resultado una reducción del 15% en este fluido, una reducción que persiste durante 4 semanas. La acidosis respiratoria resultante del líquido cefalorraquídeo bloquea el efecto de la hiperventilación. El volumen total de agua en el cuerpo disminuye en un 10%, debido a la disminución del consumo de líquidos y al mantenimiento del volumen de eliminación urinaria. También hay cambios en las concentraciones de iones de sodio y magnesio.
La exposición a grandes altitudes provoca taquicardia (aumento de la frecuencia cardíaca ).
Respuestas a largo plazo (varias semanas)A más largo plazo (de aproximadamente tres semanas), hay un aumento significativo en el número de glóbulos rojos ( hematocrito ) que permite un mayor transporte de oxígeno en la sangre . Ésta es la consecuencia de un pico de EPO en los primeros días de exposición a la hipoxia de altitud. También hay un aumento en la concentración de iones carbonato en la sangre. El consumo máximo de oxígeno (también llamado VO 2 máx.) Disminuye con la altitud. Así, a nivel del mar , el hombre está al 100% de sus posibilidades, mientras que a 4.809 m (cumbre del Mont Blanc ), solo puede tener el 70% y solo el 20% a 8.848 m. (Cumbre del Everest) .
El efecto "aumento de la cantidad de glóbulos rojos " es particularmente buscado por ciertos deportistas, es el principal motivo para organizar cursos de entrenamiento en altitud, a veces a más de 3.000 m . Sin embargo, esta policitemia puede en algunos casos conducir a un exceso de glóbulos rojos y la formación de coágulos de sangre puede bloquear las venas y causar una trombosis venosa profunda (flebitis) que puede conducir a la muerte. La concentración de glóbulos rojos ( hematocrito ) en la sangre de ciertas poblaciones que viven a gran altura (Andes) es naturalmente más alta.
¿Qué tan alto pueden vivir los humanos?La vida en las alturas se ve dificultada por el frío, la falta de agua y alimentos, incluso de oxígeno, un mayor nivel de rayos ultravioleta, efectos sobre el metabolismo humano y un medio ambiente a veces más peligroso.
La gente de Potosí en la Bolivia andina vive a unos 4.040 m de distancia . Su cuerpo se ha adaptado a estas condiciones: su sangre es más rica en glóbulos rojos que transportan oxígeno a los órganos. Por otro lado, para los visitantes la altitud plantea problemas. A medida que se reduce la presión del aire y el oxígeno, su capacidad física se reduce entre un 30 y un 40% a pesar de la aceleración cardiorrespiratoria. Se necesitan unas dos semanas para adaptarse. Mientras tanto, el visitante puede sufrir un agudo mal de montaña : dolores de cabeza, náuseas, edemas, etc.
Los entornos de gran altitud (> 2500 m ) se han considerado durante mucho tiempo zonas de vida inadecuadas para el hombre prehistórico, debido a las limitaciones climáticas y ecológicas que pesan sobre estos entornos. Sin embargo, las excavaciones arqueológicas han demostrado que hay algunas excepciones: las excavaciones realizadas en las tierras altas de Etiopía han revelado una presencia episódica de algunos de nuestros antepasados, en particular en Gadeb (2400 m ) hay respectivamente 1,5 a 0,7 millones de años y en Melka Kunture (2400 m ) hace aproximadamente 1,5 millones de años (en plena Edad de Piedra ). Estos humanos probablemente vinieron del Gran Valle del Rift .
Los arqueólogos encontraron rastros similares en el Tíbet y los Andes , incluido el Pleistoceno (hay más de 11 700 años durante la última edad de hielo ), por ejemplo, en el refugio rocoso Fincha Habera a 3469 m de altitud en las montañas Bale de Etiopía 31,000 a Hace 47.000 años, donde se comía la rata gigante Tachyoryctes macrocephalus , entre otras cosas .
En el Tíbet, dos sitios muy altos intrigan a arqueólogos y prehistoriadores: Nywa Devu a una altitud de 4.600 my la cueva de Baishiya Karst a una altitud de 3.280 m, que parecen haber estado ocupadas al menos temporalmente hace 30.000 o 40.000 años.
Se han encontrado artefactos humanos prehistóricos a más de 3000 m , incluyendo lo que parece haber sido de hachas de mano de estilo achelense todavía fechado de manera imprecisa (500 000 a 200 000 años antes del presente) cerca de la caldera de Dendi en Etiopía.
PatologiasLa estancia en alturas muy elevadas puede inducir dolencias directamente relacionadas con la falta de oxígeno. A corto plazo, el mal agudo de montaña se caracteriza por síntomas de diversa naturaleza y gravedad variada, que van desde dolores de cabeza hasta afecciones potencialmente mortales como edema pulmonar o edema cerebral . Estos edemas están relacionados con la retención de agua provocada por cambios en la producción de orina.
Las poblaciones que viven permanentemente en altitudes superiores a los 3000 metros, como las poblaciones de las tierras altas de los Andes , también pueden verse afectadas por la enfermedad de Monge o el mal de montaña crónico .
Los estudios sugieren que los bebés tienen una susceptibilidad particular a la altitud, para determinadas patologías, y parece variar según su origen étnico. Por lo tanto, el riesgo de mortalidad infantil y síndrome de muerte súbita del lactante aumenta con la residencia en altitud: significativamente por encima de 2000 m, por ejemplo en los Estados Unidos o Argentina, con 2 a 3 veces el riesgo de muerte súbita cuando el bebé nació de una madre que vive por encima de 2.400 m de elevación según otro estudio, basado en una población de 393.216 bebés nacidos entre 2007 y 2012 en Colorado , posiblemente debido a un mayor riesgo de ' hipoxia ' . Por el contrario, el riesgo de mortalidad por distrés respiratorio en el recién nacido disminuye mientras aumenta en caso de hemorragia intracraneal no traumática (con variaciones según la etnia, después del ajuste por el peso medio al nacer del estado, la edad gestacional y la desigualdad de ingresos ...) . “Se necesita investigación epidemiológica analítica para confirmar o refutar las hipótesis generadas por estos datos descriptivos” según RS Levine en 2018.
Las curas de altitud, la climatoterapia, todavía se recomiendan hoy para aliviar temporalmente ciertos ataques de asma, especialmente en el caso del asma alergénica. En cuanto a la tuberculosis, las opiniones están divididas; en 2008, sin embargo, un estudio turco encontró una correlación negativa entre la altitud y la tuberculosis: la influencia de la altitud en la incidencia de tuberculosis vendría "en parte del valor de la presión parcial en oxígeno en la medida en que las altas presiones de oxígeno son necesarias para la propagación de Mycobacterium tuberculosis. “En cuanto a la tos ferina , también hemos podido recomendar no solo estancias en altitud - poco documentadas, sino también“ vuelos de tos ferina ”(o su simulación en una cámara hipobárica).
Por el contrario, las personas con anemia de células falciformes deben evitar las grandes altitudes.
El cálculo de una altitud siempre equivale a medir una diferencia vertical, una diferencia de nivel, entre un nivel de partida y el punto cuya elevación queremos encontrar en relación a este nivel. La unidad de medida utilizada es el metro , excepto en Estados Unidos y en aeronáutica donde se sigue utilizando el pie .
En países dotados de un instituto nacional de geografía (a menudo de origen militar), como es el caso de Bélgica y Francia, fue realizado por topógrafos a nivelaciones generales por caminos altimétricos. La precisión global de estos niveles es del orden de un centímetro. La precisión relativa entre dos marcas vecinas es milimétrica.
En regiones donde la progresión es técnicamente imposible (regiones montañosas o con relieve caótico), las altitudes se determinaban antiguamente en función de la gravedad terrestre, pero este método es relativamente difícil de implementar y muy impreciso dadas las variaciones de gravedad provocadas por masas montañosas o dependiendo de la variación de la presión atmosférica (método utilizado principalmente en el último siglo por los montañistas para determinar las altitudes de los picos de las montañas).
Con la llegada de la aviación, han surgido nuevos métodos basados en fotogrametría y pares de ortofoto. Estos métodos permiten determinar altitudes con una precisión de unos pocos metros, de forma indirecta, sin mediciones en el campo.
Algunos satélites también proporcionan modelos digitales de elevación (DTM) en todo el planeta, sin embargo, con una precisión de varios cientos de metros o varios kilómetros.
No existe una definición única y universal del nivel de referencia utilizado y, por tanto, de la altitud. La validez y relevancia de una definición de altitud dependen, por tanto, del campo de aplicaciones considerado. Las definiciones puramente geométricas (como la altura elipsoidal) pueden ser relevantes en aplicaciones espaciales, pero resultan inutilizables o muy poco prácticas para planificar un sitio en el suelo. Las definiciones pueden ser válidas localmente pero inconsistentes globalmente.
Cualquier definición de altitud requiere la elección de un nivel de referencia. Esta elección varía en el espacio y el tiempo , según las aplicaciones y los cultivos .
Se acostumbraba considerar el nivel del mar como nivel de referencia, cuya superficie es difícil de equiparar: es una superficie que se mueve según elementos astronómicos como la Luna y el Sol (fenómeno de las mareas ), que no es una superficie equipotencial. (debido entre otras cosas a las corrientes y la variación de salinidad), por lo tanto no puede asimilarse al geoide terrestre, y que en todo caso no existe verticalmente desde un lugar terrestre dado.
El método antiguo, que consistía en caminar entre el nivel medio del mar y un lugar determinado midiendo cada vez la diferencia de nivel dh, es matemáticamente problemático, porque el resultado depende del camino seguido, es decir, ∫ dh no es una integral perfecta. . Por otro lado, la energía a gastar para ir de un punto a otro, que es ∫ g dh, siendo g la gravedad en cada punto, no depende del camino seguido. Luego se calculó la altitud midiendo regularmente g, y dividiendo el valor obtenido por un g0 promedio, la elección de este g0 por supuesto condicionó el resultado .
En Octubre de 1957, el advenimiento de la era espacial dio origen a la geodesia espacial , con satélites equipados con reflectores láser y luego relojes ultraestables (que permiten mediciones muy precisas del tiempo de viaje o cambios Doppler). La llegada de los sistemas espaciales operativos (Transit, luego GPS , DORIS y, en el futuro, Galileo ), han ayudado a generalizar una definición de altitud ligada a las referencias geodésicas utilizadas por estos sistemas: la altitud proporcionada de forma nativa por los receptores GNSS (GPS , Galileo, Glonass) es la altura elipsoidal, cuyo nivel de referencia está definido por un elipsoide (aproximación de la forma efectiva de la Tierra) específico para cada marco de referencia (típicamente WGS84; las diferencias entre los sistemas geodésicos de referencia modernos son insignificantes para los aplicaciones). La altura del elipsoide difiere de la altitud geográfica debido a la diferencia entre el elipsoide considerado y la forma real del geoide. En Francia continental, la altura elipsoidal es del orden de cincuenta metros más alta que la altitud geográfica.
Las mediciones de altitud con instrumentos modernos son mucho más precisas que lo que se puede hacer con el ojo o con una brújula. Los satélites se utilizan para calcular y actualizar las "alturas" de puntos del planeta, cumbres o no. A diferencia de los métodos terrestres que utilizan un marco de referencia dinámico que tiene en cuenta las variaciones locales en el campo de gravedad (el geoide) y, por lo tanto, dan verdaderas "altitudes", los satélites proporcionan una altura desde un elipsoide de referencia (IAG GRS80). Las diferencias entre geoide y elipsoide varían según la ubicación y pueden alcanzar cientos de metros. Sin embargo, los modelos de geoide se pueden integrar en un programa de cálculo que luego hace posible encontrar las altitudes a partir de mediciones de satélite. Entonces, la precisión depende en gran medida de la suavidad del modelo.
La altitud a bordo de la aeronave se obtiene midiendo la presión atmosférica , traducida en altitud de presión (altitud donde prevalece esta presión en una atmósfera estándar ) y corregida por la presión en el suelo mediante un ajuste de altímetro . Incluso si la altitud barométrica puede diferir significativamente de la altitud geométrica de la aeronave (del orden del 10% en condiciones de temperatura extrema), sigue siendo la referencia para la navegación aérea, en particular debido a la menor precisión vertical del GPS .
En meteorología , las condiciones en altitud (viento, temperatura, etc.) se proporcionan a los usuarios en niveles estándar correspondientes a una presión dada (1000, 850, 700, 500 hPa ) utiliza altitud geopotencial (una altitud cercana a l altitud geométrica, pero que permite considerar constante la aceleración de la gravedad "g", mientras que disminuye con la altitud), para simplificar el cálculo de sus modelos numéricos a pronosticar .
En la Luna , medimos las altitudes de los picos en relación con una distancia dada desde su centro. En la década de 1990, la misión Clementine publicó valores basados en la cifra de 1.737.400 metros.
En Marte , en ausencia de un océano, el origen de las altitudes se ha fijado arbitrariamente: es la altitud con una presión atmosférica media de 610 Pa . Se eligió esta presión porque está cerca de la presión del punto triple del agua ( 273,16 K y 611,73 Pa ), y que el nivel así definido está próximo al nivel medio de la superficie marciana (en la Tierra, es la presión atmosférica a 35 km de altitud).
Notas
Referencias