Третье измерение

Из всех элементов местности рельефу принадлежит главная роль, так как он в значительной мере определяет характер всех остальных элементов. Рельеф оказывает влияние на климат, водный режим, распределение растительности и т. д. Без знания его невозможно понять взаимосвязь между отдельными элементами ландшафта и, следовательно, невозможно рациональное использование их человеком. Рельеф труднее всего изобразить на карте. Трудность заключается в том, что необходимо показать его пространственные формы на плоской поверхности карты.

Плоскость, как известно, имеет только два измерения: длину и ширину, что позволяет изображать плановые очертания объектов. Третье же измерение — высота, являющаяся характерным элементом рельефа, не укладывается на плоскость. В отличие от других элементов местности рельеф имеет неповторимое разнообразие объемных форм. Это обстоятельство также усложняет передачу его на плоскости.

Наиболее наглядно он может быть выражен на рельефных картах. Их изготавливают в настоящее время из белого пластика, на котором рельеф выдавлен по изготовленной форме под специальным прессом. Такие карты часто используют на выставках. Они наглядно передают местность и широко применяются в процессе обучения.

Для изображения рельефа на карте нужно было разработать особые способы с тем, чтобы она давала трехмерное представление о местности, позволяла не только производить измерения в горизонтальной плоскости, но и определять положение различных точек местности по высоте. Следует учесть и еще одно условие: рельеф не должен заслонять собой другие элементы карты.

На протяжении нескольких столетий было предложено и практически испытано много различных способов показа рельефа на картах. Первые изображения представляли собой примитивные рисунки гор. Горы изображались схематически: или в виде бугров, зубцов, или в виде пятен, или же отдельными рисунками. Такой прием изображения рельефа был широко распространен в XV–XVIII вв.

В конце XVIII в. был разработан способ штрихового изображения рельефа, который основан на следующем явлении. При вертикальном падении света наклонная поверхность освещается слабее горизонтальной. Если считать, что белые промежутки между штрихами соответствуют количеству света, а толщина штрихов — потере света на склоне, то такие штрихи могут естественно выражать рельеф. Чем круче скат, тем толще штрихи и меньше расстояния между ними.

Штрихи отображают все неровности местности: холмы и лощины, хребты и овраги, подъемы и спуски. Чем ровнее поверхность земли, тем тоньше и тем дальше друг от друга наносят изображающие ее штрихи. И наоборот, как только появляется уклон, штрихи теснятся ближе и чертятся гуще. Штрихи очень наглядно передают рельеф местности на карте. Стоит только немного прищурить глаза, и становятся видны выпуклости рельефа.

Картографическая штриховка — это результат большого и кропотливого труда чертежника высокой художественной техники. В этом легко убедиться, рассматривая рис. 25.

Рис. 25. Штриховой способ изображения рельефа.

Многие штриховые карты остаются до сих пор непревзойденными образцами картографического искусства. Они дают выразительное и наглядное представление о формах земной поверхности и позволяют оценивать крутизну скатов. Сами штрихи не указывают, в каком направлении идет подъем или спуск, но это легко определяется по расположению оврагов, речной сети и высотным отметкам.

Штриховой способ изображения рельефа имеет и ряд недостатков. Он не позволяет судить о высотах точек земной поверхности, так как подписанных отметок явно недостает для определения высоты любой точки. Кроме того, штрихи закрывают другие элементы карты, а сам способ очень трудоемок.

Для наглядного представления результатов каких-либо многолетних наблюдений в XVIII в. стали применять на картах так называемые изолинии. Сперва получили большое распространение изогоны — линии одинаковых магнитных склонений, изотермы — линии равных температур и изобары — линии равных давлений атмосферы. Подобная система оказалась пригодной для изображения рельефа. Изогипсы — линии равных высот — имеют явное преимущество перед штрихами. Этим способом математически точно передаются плановое очертание и высоты отдельных форм рельефа.

В качестве самостоятельного способа изогипсы (горизонтали) начали применять одновременно во Франции и в России в середине прошлого столетия. Но упоминание о них появилось еще в конце XVIII в. Горизонтали были известны и одному из создателей шкалы штрихов — русскому ученому А. П. Болотову, который в своих трудах разбирает этот способ изображения рельефа. Сущность его можно легко усвоить по чертежу, на котором показан конус, рассеченный горизонтальными плоскостями через одинаковые интервалы, например через 5 м (рис. 26, а).

Рис. 26. Изображение горизонталями конуса (а) и холма (б).

Проекции линий сечения на плоскость представляют концентрические окружности с равными расстояниями между ними. Это и есть горизонтали, которые позволяют определить не только вид конуса, но и высоту любой точки его поверхности. Например, высота точки А над основанием конуса равна 5 м.

А теперь обратимся к рис. 26, б, на котором изображен холм, также рассеченный горизонтальными плоскостями. Вид холма сверху представляет ряд кривых замкнутых линий, каждая из которых обозначает определенную высоту над начальной плоскостью. Здесь горизонтали отображают не только форму и высоту холма, но и крутизну склонов. Чем круче склон, тем меньше расстояние между горизонталями. Еще одна особенность. Если горизонтали сближаются от вершины к подошве, то они указывают на выпуклый склон, а если расширяются, то характеризуют вогнутую поверхность.

На топографических картах горизонтали проводят через определенные интервалы, которые называются высотой сечения рельефа. Величина высоты сечения зависит от масштаба карты: чем мельче масштаб, тем больше высота сечения.

На обзорных общегеографических картах горизонтали называют изогипсами, и их проводят не через равные промежутки по высоте, а в соответствии со специальной шкалой. Как правило, с увеличением абсолютных высот увеличивается высотный интервал следующего слоя. Например, изогипсы проводят на следующих высотах от уровня моря: 100, 200, 500, 1000, 2000, 3000 и 5000 м и более. Пространства между изогипсами покрывают послойной окраской. Возвышенные места принято окрашивать на карте коричневой краской различных тонов по принципу: чем выше, тем темнее. Равнинные и низменные места обычно закрашивают зеленой краской в обратном порядке: чем ниже, тем темнее. Этот так называемый гипсометрический способ изображения рельефа позволяет определить степень его пересеченности и высоты различных районов.

Неровности дна озер, морей и океанов, так же как и неровности суши, изображают послойной окраской, ко оттенками синего цвета. Слои ограничены линиями синего цвета, которые соединяют точки с одинаковыми глубинами. Такие линии в отличии от изогипс называют изобатами. Дополнительно в некоторых местах подписаны глубины. Обычно под нижней рамкой вместе со шкалой высот помещают шкалу глубин, пользуясь которой, можно на глаз определить глубину моря в любом месте.

В качестве вспомогательного способа изображения рельефа применяют отмывку, или тушевку. При отмывке (тушевке), так же как и при штриховке, более крутые склоны покрывают густой тенью, и чем положе склон, тем тень светлее. Отмывка проводится с таким условием, чтобы тени от возвышенных форм рельефа падали с северо-запада на юго-восток. Переход от густой тени к более светлой постепенный, в результате чего изображение рельефа получается выразительным и пластическим.