Mapa – po co ją tworzymy i do czego wykorzystujemy skalę?

Ziemia ma powierzchnię przekraczającą 510 mln km2. Przedstawienie tak ogromnego obszaru na płaszczyźnie wydaje się niemożliwe. W dodatku Ziemia ma kształt zbliżony do kuli, a bez zastosowania specjalnych metod nie da się przenieść obrazu z powierzchni kuli na płaszczyznę. Jeśli interesuje cię, jak geografowie poradzili sobie z tym niełatwym zadaniem, zapoznaj się z materiałem zaprezentowanym w kilku najbliższych lekcjach e‑podręcznika.

Już wiesz

• że kulę ziemską udało się pokryć siatką geograficzną, dzięki której każdy punkt na jej powierzchni ma swoje indywidualne współrzędne;

• że geografowie skonstruowali wiele rodzajów map przedstawiających całą Ziemię lub jej fragmenty;

• że skala mapy oznacza stopień pomniejszenia obrazu powierzchni Ziemi w celu przedstawienia go na płaszczyźnie.

Nauczysz się

• wyjaśniać, co to jest mapa i z jakich elementów się składa;

• rozpoznawać i odczytywać treści z różnych rodzajów map;

• objaśniać, jak za pomocą skali i podziałki liniowej odległości zmierzone na mapie przeliczać na odpowiednie odległości w terenie;

• obliczać, określając odległości w terenie, długość odpowiednich odcinków na mapie w wybranej skali.

1. Z jakich elementów składa się mapa?

Mapa to obraz powierzchni Ziemi lub jej fragmentu (także innego ciała niebieskiego lub nieba) przedstawiony na płaszczyźnie i w pomniejszeniu, to znaczy w skali, przy użyciu odwzorowania kartograficznego. Rysując treść mapy, konieczne jest zastosowanie odpowiednich symboli kartograficznych (znaków umownych), których zestawienie wraz z opisami nazywamy objaśnieniami mapy lub legendą. Nie ma możliwości przedstawienia na mapie wszystkich obiektów, jakie istnieją w rzeczywistości na prezentowanym obszarze, co zmusza nas do uproszczenia, czyli generalizacji jej treści.

Generalizacja może być:

• ilościowa, polegająca na generalizacji formy (kiedy zostaje uproszczony kształt obiektów, np. rzek, granic, dróg itp.) i treści (kiedy pominięte zostają pewne obiekty, np. mniejsze miejscowości, rzeki itp.), zmniejszeniu ulega liczba znaków na mapie;

• jakościowa, czyli pewne elementy mapy ulegają uogólnieniu – symbolizacji (np. granice zabudowy miasta zostają zamienione w sygnaturę o kształcie kwadratu lub koła itp.) i grupowaniu (np. kilka mniejszych powierzchni leśnych z różnymi rodzajami drzewostanu zostaje połączonych w jedną ogólną powierzchnię leśną).

Podstawowymi elementami mapy są:

• osnowa matematyczna, czyli przyjęte odwzorowanie kartograficzne i związana z nim siatka kartograficzna i skala;

• obraz kartograficzny, czyli główna treść mapy informująca o rozmieszczeniu różnorodnych obiektów i zjawisk (przyrodniczych, ekonomicznych i in.) oraz o powiązaniach między nimi;

• elementy pomocnicze, czyli objaśnienia mapy, tzw. legenda (tytuł mapy, objaśnienia zastosowanych umownych znaków kartograficznych, ewentualnie rok wydania mapy, autor itp.), wykresy lub inne dane informacyjne.

Czasami na mapie znajdują się także dodatkowe elementy ułatwiające korzystanie z niej. Są to na przykład przekroje, diagramy, tabele czy rysunki (szczególnie często stosowane na dawnych mapach).

Polecenie 1

Każda uczennica i każdy uczeń na lekcji geografii może korzystać z map w wersji tradycyjnej (na papierze) lub elektronicznej. Przeanalizuj trzy dowolne mapy i sprawdź, czy mają:

• zaznaczony układ południków i równoleżników,

• opis siatki kartograficznej,

• skalę,

• objaśnienia,

• tytuł.

Ciekawostka

Dawne mapy często nie spełniały większości kryteriów, które obecnie traktowane są jako konieczne. Brakowało konsekwencji w stosowaniu skali, co prowadziło do tego, że każdy fragment mapy miał inną podziałkę. Odwzorowania kartograficznego nie wykorzystywano wcale, a symbole na mapie zależały wyłącznie od fantazji kartografa.

Ciekawostka

Ze względów praktycznych do najczęściej ostatnio stosowanych map należą mapy samochodowe w postaci drukowanych na papierze atlasów samochodowych albo elektronicznych map w nawigacjach samochodowych współpracujących z odbiornikami GPS. Nie mają one jednak wielu elementów właściwych dla tradycyjnie sporządzonej mapy.

2. Siatka geograficzna i siatki kartograficzne

Siatka geograficzna jest umownym układem południków i równoleżników na powierzchni kuli ziemskiej lub na jej modelu zwanym globusem, a siatka kartograficzna jest jej odpowiednikiem na płaszczyźnie. Jednym z podstawowych zadań kartografii jako nauki było wynalezienie sposobu na dokonanie rzeczy z pozoru niemożliwej – takiego „rozpłaszczenia” powierzchni kulistej (albo jej części), aby każdy jej fragment przylegał idealnie do płaszczyzny. Kartografowie opracowali matematyczne i optyczne metody sprostania temu zadaniu. Sposoby te nazywamy odwzorowaniami kartograficznymi.

Najłatwiej można zrozumieć, co to jest odwzorowanie kartograficzne, wyobrażając sobie szklaną kulę, na którą naniesiona została siatka geograficzna, a wewnątrz znajduje się świecąca żarówka. Wówczas na przyłożoną do kuli płaską powierzchnię będą padały cienie południków i równoleżników, tworząc na niej siatkę kartograficzną.
Można wyróżnić trzy główne rodzaje odwzorowań ze względu na sposób przyłożenia powierzchni rzutowania:

• azymutalne (płaszczyznowe),

• stożkowe,

• walcowe,

• umowne (modyfikacja wyżej wymienionych, według określonych założeń matematycznych celem uzyskania wiernego odwzorowania kątów, powierzchni lub odległości).

Niestety każde odwzorowanie kartograficzne powoduje pewne zniekształcenia przedstawianego obszaru. Odwzorowania wiernokątne zachowują na siatce kartograficznej w sposób wierny tylko kąty, wiernopowierzchniowe zgodnie z rzeczywistością oddają jedynie powierzchnię, a wiernoodległościowe – odległości, przy czym są one wierne tylko wzdłuż określonych linii lub kierunków. Zawsze kiedy jedna z tych wielkości była wiernie odwzorowana, pozostałe ulegały niestety deformacji. Często stosuje się odwzorowania kartograficzne, które zniekształcają zarówno kąty, powierzchnię, jak i odległości, ale wówczas wszystkie te zniekształcenia są zminimalizowane.

Polecenie 2

Wybierz dowolną mapę Ziemi i znajdź zniekształcenia powodowane przez rodzaj zastosowanego odwzorowania.
Na wybranej mapie Ziemi sprawdź:

• czy w zastosowanym odwzorowaniu równoleżniki są równoległe;

• czy południki i równoleżniki przecinają się pod kątem prostym;

• czy południki zbiegają się w obu biegunach.

Zastanów się, co na wybranej mapie uległo zniekształceniu w odniesieniu do rzeczywistości w związku z zastosowaniem odwzorowania kartograficznego.

Ciekawostka

Na załączonej poniżej mapie równoleżniki są rzeczywiście równoległe, a kąty między równoleżnikami i południkami – proste. W efekcie im dany obszar leży bliżej biegunów, tym większe są zniekształcenia jego powierzchni oraz odległości. Grenlandia (powierzchnia rzeczywista ok. 2,2 mln km2) wygląda na tej siatce na większą od Australii (powierzchnia ok. 7,7 mln km2).

3. Skala mapy, jej rodzaje i obliczanie odległości

Przedstawienie jakiegokolwiek obszaru na mapie wymaga zmniejszenia jego obrazu. Stopień takiego zmniejszenia, czyli skalę mapy, przedstawia stosunek odległości między dwoma punktami na mapie do odpowiadającej jej odległości w terenie. Pod uwagę brana jest odległość pozioma, w linii prostej, a nie rzeczywista, uwzględniająca ukształtowanie terenu. Można to zapisać w następujący sposób:

skala mapy= odległość na mapieodległość w terenieskala mapy= odległość na mapieodległość w terenie

W zależności od sposobu zapisu wyróżnia się kilka rodzajów skali. Gdy zapisujemy ją jako ułamek, to nazywana jest skalą liczbową. Może mieć wówczas na przykład postać 1:100 000 albo 1/100 000. Czasem ten drugi sposób zapisu nosi nazwę skali ułamkowej. W obu przypadkach skala ta informuje, że jeden odcinek na mapie odpowiada 100 000 takich samych odcinków w terenie. Rzeczywista długość odcinka, który na mapie o podanej powyżej skali ma 2 cm, to 2 x 100 000 takich samych dwucentymetrowych odcinków w terenie, czyli 200 000 cm, 2 000 m albo 2 km. Zatem 1 cm w tej skali odpowiada 100 000 cm, 1000 m, czyli 1 km.

Możemy przedstawić to jako: 1 cm – 1 km (lub 1 cm --> 1 km). Podany zapis odczytujemy w następujący sposób: jeden centymetr na mapie odpowiada jednemu kilometrowi w terenie. Tak zapisana skala to skala mianowana.
Każdą skalę można przedstawić także w postaci graficznej. Nazywamy ją wówczas podziałką liniową.

W stosunku do map powstałych w odpowiednich skalach często używa się określeń mała skala, duża skala. Różnice między nimi najłatwiej zrozumieć, gdy zapamięta się, że skala jest ułamkiem, a więc im większa jest liczba w mianowniku, tym skala jest mniejsza. Skoro wartość liczbowa skali 1:1000 jest znacznie większa niż 1:100 000 000, to łatwo zinterpretować, że pierwsza z nich jest duża, a druga mała.

Ćwiczenie 1

Jeżeli na mapie narysowanej w skali 1:75 000 zmierzyliśmy drogę z domu do szkoły i uzyskaliśmy wynik 4 cm, to ile wynosi długość tej drogi w terenie?

Pokaż rozwiązanie

Ćwiczenie 2

Jeżeli na mapie ze skalą 1 cm – 250 m zmierzyliśmy drogę z domu do szkoły i uzyskaliśmy wynik 6 cm, to ile wynosi długość tej drogi w terenie?

Pokaż rozwiązanie

Ćwiczenie 3

Jeżeli chcemy narysować mapę w skali 1:10 000, a zmierzyliśmy w terenie długość boiska piłkarskiego, która wynosi 110 metrów, jaką długość będzie miało to boisko na mapie?

Pokaż rozwiązanie

4. Plan i różne rodzaje map

Plan to bardzo szczegółowy, kartograficzny obraz stosunkowo niewielkiego obszaru (np. jednego miasta) przedstawiony na płaszczyźnie za pomocą symboli kartograficznych w dużej skali (zwykle od ok. 1:1000 przy bardzo małych miejscowościach lub ich fragmentach do ok. 1:20 000 dla wielkich miast lub aglomeracji). Plan obejmuje tak mały fragment powierzchni Ziemi, że można uznać go za półpłaszczyznę i nie trzeba stosować w tym przypadku odwzorowania kartograficznego. Na planie nie rysuje się zazwyczaj układu współrzędnych geograficznych.

Nieco mniejsze skale (od 1:10 000 do 1:200 000) mają zwykle mapy topograficzne. Są to szczegółowe mapy przedstawiające ukształtowanie terenu i jego pokrycie, wody, drogi, koleje, zabudowania, granice administracyjne i państwowe. Mapy te mają wrysowaną siatkę topograficzną (kilometrową).

Podobną skalę jak mapy topograficzne mają mapy turystyczne, które przedstawiają informacje o obiektach istotnych z punktu widzenia turysty, czyli m.in. o interesujących obiektach przyrodniczych i kulturowych, szlakach turystycznych, schroniskach, polach namiotowych i biwakowych, kempingach, pocztach itp.

Mniejszą skalę niż mapy topograficzne mają mapy przeglądowe (skala mniejsza niż 1:200 000), które przedstawiają kraje, kontynenty lub ich części. Ukazane są na nich istotne elementy pokrycia terenu – m.in. rzeki, jeziora, bagna, największe miasta, linie kolejowe, drogi, granice państw, punkty wysokościowe. Zwykle wymienione elementy treści mapy przedstawione są na tle rzeźby terenu odwzorowanej za pomocą poziomic i barw właściwych dla skali hipsometrycznej. Zwyczajowo mapy takie nazywane są mapami ogólnogeograficznymi lub fizycznymi.

Innym kryterium podziału map może być klasyfikacja ze względu na treść mapy. Według tego wyznacznika możemy wydzielić dwie główne grupy:

• mapy ogólnogeograficzne,

• mapy tematyczne.

Mapy ogólnogeograficzne pokazują związki przestrzenne pomiędzy wybranymi zjawiskami geograficznymi. Najczęściej przedstawione są na nich: ukształtowanie powierzchni, hydrografia (czyli wody, np. rzeki, jeziora, morza, bagna itp.), zabudowa, drogi, koleje, granice.

Mapy tematyczne przedstawiają jedno określone zjawisko bądź element (czasami kilka zagadnień z danej dziedziny). Możemy je podzielić na dwie grupy:

• mapy przyrodniczo‑geograficzne (np. klimatyczne, geologiczne, glebowe itp.);

• mapy społeczno‑gospodarcze (np. demograficzne, czyli dotyczące ludności, komunikacji, turystyki, przemysłu, historii itp.).

Mapy ze względu na wielkość skali można podzielić na trzy grupy:

• mapy wielkoskalowe (w skalach większych niż 1:200 000, np. plany działek budowlanych, plany miast, mapy topograficzne, turystyczne);

• mapy średnioskalowe (od 1:200 000 do 1:1 000 000, np. mapy samochodowe, mapy przeglądowe, ogólnogeograficzne i tematyczne o większych skalach);

• mapy małoskalowe (skale mniejsze niż 1:1 000 000, np. mapy przeglądowe, ogólnogeograficzne i tematyczne o mniejszych skalach, mapy kontynentów, mapy świata).

Polecenie 3

W atlasie geograficznym odszukaj mapy: klimatyczną, rozmieszczenia surowców naturalnych i transportu (wszystkie dla tego samego obszaru). Przeanalizuj je, porównaj i wymień zasadnicze różnice między nimi.

Podsumowanie

• Mapa jest uogólnionym odwzorowaniem powierzchni Ziemi, innego ciała niebieskiego lub ich fragmentu, stworzonym przy zastosowaniu ścisłych matematycznych reguł i przedstawionym na płaszczyźnie w odpowiedniej skali za pomocą znaków umownych. Mapy mogą dotyczyć różnych zagadnień, np. ukształtowania terenu, podziału politycznego obszaru, budowy geologicznej itd.

• Siatki kartograficzne powstały z przekształcenia siatki geograficznej za pomocą różnych metod matematycznych, czyli tzw. odwzorowań kartograficznych.

• Skala mapy informuje o wielokrotności pomniejszenia obrazu Ziemi lub jej fragmentów na mapie.

• Kartografia proponuje wiele rodzajów map różniących się konstrukcją, skalą, tematyką i przeznaczeniem.