La Cartografia. Immagine da satellite
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- Camillo Parodi
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1 La Cartografia 1 La nascita della Cartografia Fin dai tempi più antichi l'uomo ha avvertito la necessità di rappresentare su un piano una porzione più o meno estesa del-la superficie terrestre. Le più antiche rappresentazioni risalgono all'epoca delle civiltà Egiziana e Mesopotamica, ma solo nel H secolo a.c. Claudio Tolomeo, astronomo e matematico greco vissuto in Egitto, costruì una carta geografica rappresentando il mondo allora conosciuto con metodo scientifico. La Cartografia, cioè la scienza che si occupa delle tecniche e degli strumenti necessari per elaborare le carte geografiche, si è sviluppata di pari passo con le conoscenze geografiche: l'invenzione della bussola e le esplorazioni a partire dal XV secolo, che portarono alla scoperta di nuovi continenti e alla definitiva affermazione della sfericità della Terra, diedero un grande impulso a questa nuova scienza. Grandi cartografi furono l ' italiano Gastaldi ( ) e l ' olandese Kremer ( ), detto Mercatore, che ideò la famosa proiezione che prese il suo nome. Il mappamondo di Mercatore (Londra, British Museum) Nel 1600, l'olandese Snellius ideò il metodo della triangolazione, utilizzato per la costruzione delle carte geografiche. Oggi la Cartografia si avvale di tecnologie sempre più avanzate, come l'aerofotogrammetria e il rilevamento da satellite, che consentono rappresentazioni molto precise della superficie terrestre. Immagine da satellite Caratteristiche di una carta geografica. Una carta geografica è una rappresentazione, su un piano, della superficie terrestre, o di una parte di essa, approssimata, ridotta e simbolica. Prendiamo ora in esame queste caratteristiche. L'approssimazione La carta geografica è approssimata perché non è possibile rappresentare su un piano una superficie sferica senza deformarla (se tagliamo a metà una palla di gomma e proviamo a schiacciare la superficie sul piano, non ci riusciamo senza deformarla).
2 La carta geografica, quindi, sarà tanto più approssimata quanto più estesa è la superficie rappresentata: ad esempio, una carta che rappresenta tutta l ' Italia è più approssimata di una che rappresenta una sola regione. Poiché tutte le carte sono approssimate, la loro costruzione viene fatta con sistemi, detti proiezioni, che consentono di mantenere alcune caratteristiche presenti nella realtà; una carta, quindi, può essere: equidistante, se le distanze sulla carta sono proporzionali alle distanze nella realtà; equivalente, se le aree sulla carta sono proporzionali alle corrispondenti aree sul terreno; isogona, se gli angoli fra le linee tracciate sulla carta sono uuali a quelli fra le linee corrispondenti sulla superficie terrestre. Poiché una carta geografica non può avere contemporaneamente tutte queste caratteristiche, si sceglie l'una o l'altra a seconda dell'uso cui la carta è destinata. L'unica rappresentazione non deformata della superficie terrestre è il globo, ma esso è di scarsa utilità pratica, anche perché in genere di dimensioni ridotte. La riduzione Quando si vuole rappresentare una parte della superficie terrestre bisogna necessariamente ridurla. La riduzione avviene secondo una scala che indica il rapporto fra le distanze rappresentate sulla carta e quelle corrispondenti nella realtà. La scala numerica è una frazione avente per numeratore l'unità e per denominatore il numero che indica quante volte bisogna moltiplicare una lunghezza misurata sulla carta per ottenere la corrispondente misura reale. Ad esempio, la scala 1: (o 1/50.000), che si legge «uno a cinquantamila», indica che 1 cm sulla carta corrisponde a 1x = cm = 500 m nella realtà. Quanto più piccolo è il denominatore, tanto più grande è la scala e quindi la zona rappresentata è meno estesa e la carta più dettagliata. La scala numerica è accompagnata, in genere, dalla scala grafica, cioè da un segmento suddiviso in parti uguali con l'indicazione delle corrispondenti misure reali. L'uso di questa scala è più immediato, perché basta misurare con una riga la distanza fra due punti sulla carta: si appoggia la riga sulla scala grafica e si determina la corrispondente misura nella realtà. Rappresentazione simbolica Una carta geografica è una rappresentazione simbolica della superficie terrestre: infatti tutti gli elementi presenti su un territorio vengono rappresentati mediante dei simboli convenzionali. I simboli altimetrici sono utilizzati per rap-presentare il rilievo. Nelle carte a piccola scala si usano diversi colori, detti tinte altimetriche: verde per le pianure, marrone per i rilievi, blu per le profondità dei mari, bianco per i ghiacciai. Nella legenda della carta sono riportate le diverse gradazioni dei colori, con le fasce altimetriche corrispondenti. Questo sistema dà indicazioni immediate, ma poco precise. Un sistema più preciso, usato nelle carte topografiche (carte con scala uguale o maggiore di 1: ), si basa sulle isoipse, o curve di livello, cioè linee chiuse che uniscono i punti della zona rappresentata aventi la stessa altitudine; le isobate, invece, sono le linee che uniscono punti che si trovano alla stessa profondità, ad esempio sui fondali marini. Le isoipse si tracciano intersecando idealmente il rilievo terrestre con piani orizzontali, 2 Nel disegno le isoipse sono state tracciate con equidistanza di 50 m
3 3 Tavoletta dell'lg.m.i. al con zone pianeggianti e montuose in evidenza La differenza di altitudine tra le isoipse è detta equidistanza ed è costante; ciò vuoi dire che se in una carta a scala 1: l ' equidistanza è 25 m, le isoipse indicheranno i seguenti livelli: 0 m, 25 m, 50 m, 75 m, 100 m,...; pertanto isoipse molto vicine indicano una maggiore pendenza del terreno, isoipse più distanziate indicano una pendenza più debole. Quando le isoipse diventano tanto vicine da essere quasi sovrapposte (come nei territori montuosi dove le pendenze sono molto forti), vengono sostituite da un tratteggio più fitto dove la pendenza è maggiore, più rado dove è minore. I simboli planimetrici sono utilizzati per rappresentare i particolari di un paesaggio, come l'idrografia (fiumi, laghi...), la vegetazione, i centri abitati,... Questi simboli convenzionali vengono riportati nella legenda.
4 La classificazione delle carte geografiche Le carte geografiche possono essere classificate in base alla scala o in base al contenuto. 4 Classificazione in b a s e alla scala La classificazione in base alla scala divide le carte in tre grandi gruppi. Carte topografiche: sono carte molto dettagliate, utilizzate per gli scopi più vari e comprendono carte a piccola scala (da 1: a 1:50.000), carte a media scala (da 1: a 1:10.000), carte a grande scala (1:5.000) e a grandissima scala (1:2.000 e 1:1.000). Le carte a media, grande e grandissima scala sono dette piante, quando rappresentano centri urbani, mappe quando rappresentano zone extraurbane. Carte corografiche: sono carte con scale comprese fra 1: e 1: Esse sono meno dettagliate delle prece-denti, ma sono utilizzate per rappresentare intere regioni o stati. Carte geografiche: sono a scala 1: o inferiore e rappresentano zone molto vaste, come interi continenti. Fanno parte di questo gruppo i planisferi, che raffigurano tutta la Terra su un unico piano, e i mappamondi che la raffigurano divisa in due emisferi: entrambi sono a scala piccolissima. Pianta di città Scala 1 : cm sulla carta = 100 m Carta topografica Scala 1 : cm sulla carta = 500 m Carta topografica Scala 1 : cm sulla carta = 1 km Carta corografica Scala 1 : cm sulla carta = 6 km Carta geografica Scala 1 : cm sulla carta = 20 km Carta geografica Scala I : cm sulla carta = 200 km Classificazione in base al contenuto Se prendiamo in esame il contenuto di una carta geografica, cioè l'aspetto del territorio che essa vuole evidenziare, possiamo distinguere: carte generali, come le carte fisiche o politiche; carte tematiche, che rappresentano la distribuzione sul territorio di un particolare fenomeno fisico, biologico, economico, storico, sociale... Le carte tematiche sono molto utilizzate perché consentono di visualizzare immediatamente il fenomeno preso in esame; nello studio delle Scienze della Terra si usano molto le carte geologiche (che indicano i diversi tipi di rocce, la loro età e la giacitura degli strati rocciosi) e le carte geomorfologiche (che indicano le forme del terreno e i processi che le hanno generate).
5 Esistono poi carte speciali, destinate a scopi ben precisi, come le carte nautiche, le carte aeronautiche e le carte turistiche. 5 Le proiezioni geografiche Per costruire una carta geografica è necessario trasporta-re su un piano la superficie terrestre, curva; questo procedimento prende il nome di proiezione. Quando il reticolato geografico, con metodi geometrici, viene trasportato su una superficie, detta superficie ausiliaria, si ottengono le proiezioni vere, che possono essere: prospettiche, se la superficie è un piano; di sviluppo, se la superficie è quella di un cilindro o un cono, cioè un solido che può essere sviluppato su un piano. Quando, con questi sistemi, si ottiene una proiezione molto deformata, si possono apportare opportune correzioni con procedimenti matematici: si ottengono così le proiezioni modificate. Se la rappresentazione della superficie terrestre non viene fatta attraverso proiezioni geometriche, ma utilizzando relazioni matematiche che consentono di ottenere determinati risultati, si hanno le proiezioni convenzionali. Proiezioni vere Le proiezioni vere prospettiche si ottengono immaginando di proiettare la superficie terrestre su un piano, detto piano ausiliario, tangente a essa. A seconda delle posizioni del piano si ha: proiezione polare, con il piano tangente a uno dei poli; proiezione equatoriale, con il piano tangente a un punto dell'equatore; proiezione obliqua, con il piano tangente a un punto qualsiasi della superficie terrestre.
6 Anche il punto di vista, cioè il punto nel quale si immagina sia l'osservatore, può assumere diversa posizione; in base a questa si ha: 6 proiezione centrografica, con il punto di vista al centro della Terra; proiezione stereografica, con il punto di vista sulla superficie terrestre nel punto opposto al punto di tangenza del piano ausiliario; proiezione ortografica, con il punto di vista posto all'infinito e i raggi di proiezione paralleli fra loro. La proiezione ortografica polare è molto utilizzata per rappresentare, appunto, le regioni polari. Nelle proiezioni di sviluppo la superficie terrestre viene proiettata sulla superficie laterale di un cilindro (proiezione cilindrica) o di un cono (proiezione conica), che viene poi sviluppata su un piano. Queste proiezioni sono distinte in tangenti o secanti, a seconda che la superficie del cilindro o del cono sia tangente o secante alla superficie terrestre.
7 In genere l'asse del cilindro o del cono coincide con l'asse terrestre. Se osserviamo una proiezione cilindrica tangente, vediamo che il reticolato geografico appare formato da maglie rettangolari, di altezza decrescente verso i poli: infatti i meridiani sono equidistanti fra loro e perpendicolari all'equatore e i paralleli sono tutti della stessa lunghezza e la loro distanza diminuisce man mano che si procede verso i poli. Con questa proiezione la deformazione è minima in corrispondenza dell'equatore e aumenta man mano verso i poli (osserva: i poli in realtà sono due punti e qui invece sono rappresentati da linee lunghe come l'equatore!). Queste proiezioni sono utilizzate soprattutto per costruire planisferi tematici o carte delle zone equatoriali. Osserviamo ora la proiezione conica tangente. La superficie laterale del cono è tangente a un parallelo; dopo lo sviluppo il reticolato geografico appare formato da meridiani rettilinei che divergono come i raggi di un ventaglio e da archi di circonferenze concentriche che sono i paralleli. Con questa proiezione la deformazione minima si ha in corrispondenza del parallelo di tangenza. Proiezioni modificate Come abbiamo visto le proiezioni vere consentono di ottenere carte geografiche in cui le deformazioni sono mini-me solo su aree ristrette della superficie terrestre. Per ridurre le deformazioni sono state introdotte delle modifiche alle proiezioni vere, ottenendo così le proiezioni modificate. La più famosa proiezione modificata è la proiezione isogona di Mercatore, ideata nel 1568 dal cartografo fiammingo Gerhardus Kremer ( ), noto appunto con il nome di Mercatore. Questa proiezione si ottiene da una proiezione cilindrica tangente all'equatore: i meridiani sono paralleli ed equidistanti fra loro, i paralleli sono perpendicolari ai meridiani, ma la loro distanza aumenta progressivamente verso i poli. Questa proiezione produce deformazioni molto accentuate verso i poli, ma possiede due importanti proprietà, per le quali è preferita nella costruzione delle carte nautiche: è isogona e riproduce in forma rettilinea la linea lossodromica, cioè la linea che congiunge due punti della superficie terrestre tagliando tutti i meridiani secondo uno stesso angolo. Questa linea, che sulla carta è un segmento, nella realtà è una linea curva; le carte nautiche utilizzano questa proiezione perché, seguendo la linea lossodromica, le navi possono mantenere la rotta. 7 Proiezioni convenzionali Proiezione isogona di Mercatore Le proiezioni convenzionali sono dette pseudocilindriche o pseudoconiche perché derivano dalle cilindriche e coniche ulteriormente modificate. La più nota è la proiezione trasversa di Mercatore, detta anche proiezione conforme di Gauss; è una proiezione pseudocilindrica, in cui la superficie laterale del cilindro è tangente lungo il meridiano centrale della parte di superficie da rappresentare. Il meridiano di tangenza e l'equatore sono fra loro perpendicolari, mentre gli altri paralleli e meridiani sono linee curve simmetriche rispetto al meridiano centrale e all'equatore. Con questo tipo di proiezione la deformazione è minima at-torno al meridiano centrale, in particolare in una fascia di 6 di longitudine (3 a est e 3 a ovest del meridiano centrale). Questa proiezione è alla base del Sistema Cartografico U.T.M. (Universale Trasversa di
8 Mercatore), sistema adottato in tutto il mondo e utilizzato anche in Italia dall'istituto Geografico Militare Italiano per la costruzione della Carta Topografica d'italia. 8 La Carta Fondamentale d'italia Proiezione trasversa di Mercatore La Carta Topografica d'italia è costruita in base al sistema U.T.M., adottato universalmente dal 1950, a seguito di una convenzione internazionale. La superficie della Terra è stata suddivisa in 60 fusi di 6 di longitudine, numerati da 1 a 60 a partire dall'antimeridiano di Greenwich, e in 20 fasce di 8 di latitudine da 80 Nord a 80 Sud, indicate dalle lettere maiuscole dell'alfabeto (escluse I e O). Dall'intersezione di un fuso con una fascia si forma una zona. Le zone sono 1200 e a loro volta sono suddivise in quadrati, aventi il lato di 100 km, indicati con due lettere maiuscole. La proiezione utilizzata è la proiezione trasversa di Mercatore, a eccezione delle calotte polari per le quali viene utilizzata la proiezione stereografica polare, indicata con la sigla U.P.S. L'Italia è compresa nelle zone 32T, 33T, 32S e 33S e, per la penisola Salentina, nelle zone 34S e 34T.
9 La Carta Topografica Fondamentale d'italia è prodotta dall'i.g.m.i. (Istituto Geografico Militare Italiano), ente con sede a Firenze, preposto alla cartografia ufficiale dello Stato Italiano. Essa è costituita da vari elementi: il foglio, il quadrante, la tavoletta, la sezione. Il foglio è in scala 1: e ha un ' ampiezza di 30 ' di longitudine e 20' di latitudine. Il nostro territorio è coperto da 285 fogli, numerati progressivamente e indicati dal nome della località più importante che vi rientra. Ciascun foglio è diviso in quattro quadranti, in scala 1:50.000, indicati da numeri romani, dal primo in alto a destra procedendo in senso orario. Ogni quadrante è suddiviso a sua volta in quattro tavolette, in scala 1:25.000, indicate dai punti cardinali (NE NO SE SO). Ogni tavoletta copre una superficie ampia 5' in latitudine e 7 ' 30 " in longitudine: in questa carta topografica l'equidistanza è in genere di 25 metri. Per alcune zone particolari sono state realizzate anche le sezioni, che corrispondono a 1/4 della tavoletta e sono in scala 1: Come si costruisce una carta geografica La costruzione di una carta geografica è un ' operazione complessa che richiede numerose fasi e si basa su alcuni metodi fondamentali: la triangolazione, l'aerofotogrammetria e il telerilevamento. Il metodo della triangolazione consiste nello stabilire, inizialmente, la posizione di due punti sul terreno, distanti al massimo qualche chilometro; si misura poi la distanza fra i due punti: questa distanza è detta base geodetica. In seguito si individua sul territorio un terzo punto: in questo modo si costruisce idealmente un triangolo di cui si conoscono un lato e i due angoli adiacenti; utilizzando una proprietà geometrica si possono determinare le misure degli altri due lati. Il procedimento viene ripetuto fissando un altro punto in modo da ottenere un altro triangolo, e così via... In questo modo tutto il territorio viene coperto da un reticolato a maglie triangolari, detto rete geodetica.
10 10 La fase successiva consiste nel rilevamento topografico, cioè nello stabilire la posizione, l'altitudine e le distanze del maggior numero possibile di punti situati all'interno dei triangoli. Questo metodo è stato sostituito, da molti decenni, dall'aerofotogrammetria e dal telerilevamento, introdotti inizialmente per scopi militari, ma oggi utilizzati in moltissimi campi della ricerca. L'aerofotogrammetria consiste nella ripresa di foto da parte di un apparecchio collocato su un aereo; questo sorvola, in volo orizzontale, il territorio da fotografare e la macchina scatta, a intervalli di tempo costanti, fotogrammi in successione e in parte sovrapponibili. Tutti i fotogrammi formano una strisciata e più strisciate, parallele fra loro, coprono il territorio da cartografare. Le foto realizzate vengono poi interpretate (fotointerpretazione) tramite uno strumento, lo stereoscopio, al di sotto del quale vengono poste due foto consecutive per volta: l'immagine che appare è tridimensionale e quindi consente di individuare le forme del territorio. Queste vengono riportate sulla carta geografica (restituzione) utilizzando i simboli convenzionali. Il telerilevamento si effettua mediante strumenti collocati sui satelliti artificiali che ruotano attorno alla Terra. I segnali captati dal satellite vengono trasmessi via radio a stazioni di raccolta a terra, dove vengono decodificati, elaborati al computer e trasformati in immagini. Con questo sistema si possono raccogliere informazioni su superfici molto vaste, anche interi continenti; inoltre si possono avere immagini della stessa zona a pochi giorni di distanza, il che consente di tenere sotto controllo particolari fenomeni, come le frane, le alluvioni, o i cicli di crescita dei prodotti agricoli.
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