Geodesia para niños

Modelo digital del terreno del Cantón del Valais

La geodesia es una ciencia muy interesante que nos ayuda a entender y representar la forma de la Tierra. Su nombre viene del griego "ge" (tierra) y "daizo" (dividir), y fue usado por primera vez por Aristóteles. Puede significar tanto "divisiones de la tierra" como el acto de "dividir la tierra", por ejemplo, para saber dónde termina la propiedad de una persona y empieza la de otra.

La geodesia es una de las ciencias de la Tierra y también una ingeniería. Se encarga de medir y dibujar la forma de nuestro planeta, tanto en su totalidad como en partes más pequeñas. Esto incluye sus características naturales, como montañas y ríos, y las creadas por el ser humano, como edificios y carreteras.

Esta ciencia también se usa en matemáticas para hacer cálculos y mediciones en superficies curvas, de manera similar a como se hace con la superficie curva de la Tierra.

¿Para qué sirve la geodesia?

La geodesia nos da la base geométrica, es decir, la forma y las medidas exactas, para muchas otras ciencias y actividades. Por ejemplo, es fundamental para la geomática (que combina la informática con la geografía), los sistemas de información geográfica (SIG), el catastro (registro de propiedades), la planificación de ciudades, la ingeniería, la construcción, el urbanismo, la navegación (en el aire, el mar y la tierra), y hasta para los programas espaciales.

La geodesia se divide en dos grandes ramas:

• La geodesia superior o teórica: Se encarga de estudiar y representar la forma de la Tierra en su conjunto. Se divide en geodesia física y geodesia matemática.
• La geodesia inferior o práctica (también llamada topografía): Mide y representa partes más pequeñas de la Tierra, donde la superficie puede considerarse plana.

Para lograr sus objetivos, la geodesia se apoya en otras ciencias como la cartografía (hacer mapas), la fotogrametría (medir con fotos), el cálculo de compensación y la teoría de errores (para asegurar la precisión de las mediciones).

Además de estas áreas científicas, existen disciplinas técnicas que aplican las mediciones geodésicas en la vida diaria. Algunos ejemplos son la creación de mapas detallados, el registro de propiedades (catastro inmobiliario), la mejora de terrenos rurales y el geoprocesamiento (manejo de información geográfica).

Geodesia teórica: ¿Cómo se mide la forma de la Tierra?

Anomalías gravimétricas en la Tierra

Uno de los principales desafíos de la geodesia teórica es observar y describir el campo de gravedad de la Tierra y cómo cambia con el tiempo. La fuerza de gravedad en un punto es el resultado de la rotación de la Tierra, su masa, y también la influencia del Sol, la Luna y otros planetas.

La dirección de la gravedad es la misma que la dirección de una plomada (una cuerda con un peso que siempre apunta hacia abajo). Cualquier superficie que sea perpendicular a esta dirección se llama superficie equipotencial. Una de estas superficies, llamada geoide, es la que más se parece al nivel medio del mar.

Para conocer la forma exacta de la Tierra en un momento dado, es necesario entender su campo de gravedad. Este campo cambia debido a la rotación de la Tierra y a los movimientos de los planetas, lo que causa las mareas. Al igual que las mareas en el mar, la corteza terrestre también se deforma ligeramente debido a estas fuerzas, un fenómeno conocido como "mareas terrestres".

Para determinar el geoide de forma precisa, se necesitan mediciones de gravedad, así como observaciones astronómicas, triangulación, nivelación y datos de satélites.

Geodesia física: La Tierra como un elipsoide

Esquema mostrando: (1) la superficie de los océanos, (2) el elipsoide, (3) la dirección de la plomada, (4) los continentes, (5) el geoide.

La mayoría de las mediciones geodésicas se realizan en la superficie terrestre. Para dibujar mapas y planos, se marcan puntos en una red de triangulación. Con los métodos precisos de la geodesia matemática, estos puntos se proyectan sobre una superficie geométrica bien definida. Generalmente, se usa un elipsoide de rotación, que es como una esfera ligeramente achatada en los polos.

A lo largo de la historia, se han definido varios elipsoides: primero para un solo país, luego para continentes, y hoy en día para todo el planeta, gracias a proyectos internacionales y el uso de la geodesia por satélite.

Además de este sistema de referencia para planos (la red de triangulación y el elipsoide), existe otro sistema para medir alturas. La altura de un punto se define como la distancia vertical entre ese punto y el geoide. También se puede describir como la diferencia de potencial entre el geoide y la superficie equipotencial que contiene el punto. Esta altura se llama cota geopotencial. Las cotas geopotenciales son muy útiles porque se pueden determinar con gran precisión sin necesidad de conocer la forma exacta del geoide. Por eso, se usan en proyectos de nivelación de grandes áreas, como continentes.

Cuando se tienen suficientes puntos medidos tanto en plano como en altura, se puede determinar el geoide local de esa zona. La parte de la geodesia que se ocupa de definir la forma de la Tierra, ya sea a nivel local o global, se conoce como geodesia física. También se usan otros nombres como geodesia dinámica, geodesia por satélite, gravimetría, geodesia astronómica o geodesia tridimensional.

Geodesia cartográfica: Creando mapas precisos

Diversas proyecciones.

La geodesia matemática desarrolla los métodos y técnicas para crear y calcular las coordenadas de puntos de referencia. Estos puntos son la base para hacer mapas de un país o una región, y también para mediciones topográficas y de registro.

Para los cálculos modernos de mapas, se usan tres sistemas de coordenadas diferentes, que son "proyecciones conformes" de la red geográfica:

• La proyección estereográfica: Para áreas pequeñas.
• La proyección Lambert: Para países que se extienden mucho de oeste a este.
• La proyección Mercator transversal o proyección transversal de Gauss (como el UTM): Para áreas que se extienden mucho de norte a sur.

Cada país puede definir su propio sistema de referencia para las alturas. Estos sistemas se llaman "sistemas altimétricos de uso". Por ejemplo, las alturas métricas son la distancia vertical entre un punto y el geoide. Se calculan a partir de la cota geopotencial, pero requieren información adicional sobre la variación de las masas dentro de la Tierra para ser exactas. Por eso, las alturas ortométricas (métricas) suelen ser valores aproximados.

La geodesia es muy importante para la creación de mapas y para la medición de terrenos, especialmente en el catastro.

Arqueogeodesia

La arqueogeodesia es un campo de estudio propuesto en 1990 por James Q. Jacobs. Se define como el estudio que combina la determinación de la posición de lugares, la navegación, la astronomía y la medición y representación de la Tierra, pero enfocándose en tiempos prehistóricos o antiguos.

Esta disciplina une la astronomía básica, la geodesia, las matemáticas aplicadas, datos de posicionamiento precisos y la arqueología. Su objetivo es investigar la ubicación, las relaciones, las propiedades espaciales, la distribución y la arquitectura de lugares y monumentos antiguos. La arqueogeodesia ofrece una forma única de entender cómo las civilizaciones antiguas veían la geografía, la Tierra y el universo, basándose en las evidencias arqueológicas.

Organizaciones científicas

Aunque en el siglo XIX había pocas organizaciones de geodesia en Europa, hoy existen en casi todos los países del mundo. Muchos tienen organizaciones específicas para subdisciplinas como la cartografía, la fotogrametría, la topografía o el catastro inmobiliario.

A nivel mundial, la Fédération Internationale des Géomètres (FIG) coordina proyectos y facilita el intercambio de información. La FIG también es parte de la IUGG (International Union of Geodesy and Geophysics), colaborando en proyectos con otras ciencias relacionadas como la geofísica.

Las subdisciplinas de la geodesia también tienen sus propias organizaciones globales. Por ejemplo, la International Society of Photogrammetry and Remote Sensing (ISPRS) para la fotogrametría, y la International Cartographic Association (ICA) para la cartografía, que coordina proyectos internacionales de mapeo.

Historia de la geodesia

Esta sección es un extracto de Historia de la geodesia.

Esquema de cómo calculó Eratóstenes la circunferencia terrestre.

Mapa del Mundo realizado por Fra Mauro, año 1459.

Arco geodésico de Struve, una serie de 34 hitos para mediciones geodésicas repartidos en diez países europeos, declarado Patrimonio de la Humanidad en 2005

La medición de la deriva continental es posible gracias al sistema de posicionamiento global GPS

La historia de la geodesia, que es la ciencia de medir y representar la Tierra, comenzó en la antigüedad y tuvo un gran desarrollo durante la Era de la Ilustración.

Al principio, la gente pensaba que la Tierra era plana (Tierra plana) y que el cielo era como una cúpula sobre ella. Sin embargo, dos ideas importantes sugirieron que la Tierra era esférica: los eclipses lunares mostraban una sombra circular, y la estrella Polaris se veía más baja en el cielo al viajar hacia el sur.

La geodesia, que tiene el mismo origen que la geometría, se desarrolló en las antiguas civilizaciones del oriente medio. Su propósito era medir y dividir las tierras. Las fórmulas que usaban para calcular áreas, a menudo basadas en la experiencia, fueron utilizadas por los agrimensores romanos y se encuentran en libros griegos, como los de Herón de Alejandría. Herón inventó la dioptra, un instrumento geodésico preciso que también permitía nivelar el terreno. Alejandro Magno incluso llevaba a "bematistas" (medidores de pasos) para registrar los territorios que conquistaba.

Después de descubrir la forma esférica de la Tierra, Eratóstenes fue el primero en calcular el diámetro de nuestro planeta. Más tarde, Hiparco, Herón y Ptolomeo determinaron la longitud geográfica observando eclipses lunares al mismo tiempo desde dos lugares diferentes.

Estos métodos llegaron a la Edad Media a través de los libros de agrimensores romanos y árabes, quienes también usaban el astrolabio, el cuadrante y el "bastón de Jacobo". Desde el siglo XIII, los geodestas empezaron a usar la brújula. En el siglo XVI, S. Münster y R. Gemma Frisius desarrollaron métodos de intersección para medir grandes áreas. El nivel hidrostático de Herón, olvidado por siglos, fue reinventado en el siglo XVII.

Una nueva era comenzó en 1617, cuando el neerlandés W. Snellius inventó la triangulación para medir grandes regiones o países. La primera vez que se usó la triangulación fue para medir Württemberg por Wilhelm Schickard. En esa época, la geodesia se definió como "la ciencia y tecnología de la medición y determinación de la figura terrestre". Jean Picard realizó la primera medición de un arco en el sur de París, lo que inició un debate científico sobre la forma de la Tierra.

En 1687, Isaac Newton propuso que la Tierra era un elipsoide de rotación, achatado en los polos, basándose en su teoría de la gravitación. Christiaan Huygens también llegó a una conclusión similar en 1690. Esta forma de elipsoide explicaba observaciones que antes no se entendían, como el retraso de un reloj de péndulo en Cayena (observado por Jean Richer en 1672) o el hecho de que la longitud de un péndulo de segundo aumentaba al acercarse al ecuador.

La Académie des sciences de París envió expediciones para medir arcos meridianos en dos lugares diferentes del mundo: una en el Ecuador (1735-45 y 1751) por Pierre Bouguer y Charles Marie de La Condamine, y otra en Finlandia (1736/37) por Pierre Louis Maupertuis, Alexis-Claude Clairaut y Anders Celsius. Estas mediciones buscaban confirmar las ideas de Newton y Huygens, usando los conocimientos más avanzados de astronomía y los métodos de medición de la época.

Junto con la nueva medición del arco de París por César-François Cassini de Thury y Nicolas Louis de Lacaille, los resultados confirmaron que la Tierra es un elipsoide achatado. En 1743, Clairaut publicó sus hallazgos en una obra clásica sobre geodesia. En los años siguientes, la teoría se mejoró, especialmente por d'Alembert y Laplace, quien incluso determinó el achatamiento de la Tierra solo observando el movimiento de la Luna.

El desarrollo del cálculo de probabilidades (Laplace, 1818) y del método de los Mínimos Cuadrados (C. F. Gauss, 1809) mejoraron la precisión de las observaciones y los resultados de las triangulaciones. El siglo XIX comenzó con el descubrimiento de Laplace de que la forma física de la Tierra es diferente de un elipsoide perfecto. En 1873, J. B. Listing usó por primera vez el nombre geoide para describir la forma física de la Tierra. A finales de siglo, se realizaron grandes trabajos de medición de arcos meridianos para determinar los parámetros del elipsoide que mejor se ajusta a la Tierra real. Los elipsoides más importantes fueron los de Friedrich Bessel (1841) y Clarke (1886).

La geodesia moderna comenzó con los trabajos de Helmert, quien usó un método de superficies y extendió el teorema de Clairaut. En 1909, Hayford aplicó este método para medir todo el territorio de los Estados Unidos.

En el siglo XX, se crearon asociaciones para proyectos globales, como la Association géodésique internationale y la L'Union géodésique et géophysique internationale. La llegada de las computadoras facilitó el ajuste de las redes de triangulación continentales. El uso de satélites artificiales para medir redes globales y mejorar el conocimiento del geoide impulsó aún más la disciplina. Helmut Wolf describió la base teórica para un modelo tridimensional de geodesia, que, en forma del WGS84, permitió definir posiciones midiendo distancias espaciales entre puntos vía GPS. Esto marcó el fin de la triangulación tradicional y la unión entre la geodesia superior y la topografía.

Los desafíos futuros de la geodesia incluyen determinar el geoide con mayor precisión y la geodesia dinámica, que estudia cómo cambia la forma de la Tierra con el tiempo. Esto es útil tanto para la ciencia (confirmar teorías como la de Wegener) como para aplicaciones prácticas (detectar terremotos, etc.).

Geodestas importantes

Métodos y actividades geodésicas

La geodesia se encarga de crear los sistemas de referencia (para planos, alturas y observaciones) y hacerlos accesibles a quienes los necesitan. La geodesia es como el esqueleto sobre el que se apoyan otras actividades, como ubicar imágenes de satélite o determinar el nivel medio del mar. En resumen, es la base para cualquier trabajo relacionado con el territorio.

Instrumentos geodésicos

Instrumentos geodésicos históricos

Taquímetro antiguo del Museo Geominero de Madrid

Teodolito antiguo del Museo Geominero de Madrid

Goniómetro antiguo del Museo Geominero de Madrid

Magnetómetro de torsión museo geominero

Goniómetro museo geominero de Madrid

Batitermógrafo museo geominero de Madrid

Brújula tipo Brunton

Enseñanza de la geodesia en América del Sur

En América del Sur hay universidades y centros donde se puede estudiar geodesia. Por ejemplo, en Bolivia está el Instituto Geográfico Militar (IGM). En Perú, se enseña en la carrera de Ingeniería Geográfica de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos. En Brasil, la geodesia forma parte de los cursos de Ingeniería Cartográfica en varias universidades públicas, y también en cursos de Ingeniería de Agrimensura.

En otros países de Sudamérica, como Argentina (en ciudades como Buenos Aires, La Plata, Córdoba), Venezuela (en la Universidad Central de Venezuela en Caracas y la Universidad del Zulia en Maracaibo), Perú (en la Universidad Nacional Federico Villareal y la Universidad Nacional del Altiplano Puno), Colombia (en la Universidad Distrital "Francisco José de Caldas" en Bogotá), Ecuador (en la Escuela Politécnica del Ejército en Sangolquí) y Uruguay (Montevideo), también se imparten estudios relacionados con la geodesia. En Chile, los profesionales de la geodesia son los ingenieros geomensores, formados en universidades como la Tecnológica Metropolitana de Chile y la Universidad de Santiago.

Véase también

• Geoide
• Cartografía
• Nivel topográfico
• Forma de la Tierra
• Esfericidad de la Tierra
• International Geodetic Student Organisation (IGSO, Organización Internacional de Estudiantes de Geodesia)