Jan Langr, Bob Háj, Zdeněk Lenhart 22.11.2000
Tato kapitola nemá být učebnicí kartografie. Je pouze doplňkem ke stručně a prakticky formulovaným odstavcům v úvodních kapitolách o podkladech a o mapování. Co tam bylo řečeno lidově a zjednodušeně, to je zde doplněno a rozvinuto poněkud přesněji. Kartografie je totiž spojením exaktní matematiky s pečlivou úředničinou.
Jan Langr
Za otce kartografie se považuje Ptolemaios, řecko-egyptský astronom a zeměpisec, žil v letech 90-160 po Kristu. On i dlouhá řada kartografů po něm se potýkali s tím, jak znázornit podrobnosti zemského povrchu na list papíru. Problém je především v tom, že na rozdíl od dvojrozměrného papíru je povrch Země trojrozměrný, kulovitý a navíc velmi členitý. Celé generace badatelů a počtářů vymýšlely způsoby, jak co nejvěrněji a s co nejmenším zkreslením zobrazit skutečnost do mapy. Dnes se touto problematikou zabývají vědní obory geodézie a kartografie. Přestože tato problematika může leckomu připadat jako příliš teoretická a z hlediska map pro OB nadbytečná, je dobré mít přehled o základních pojmech, východiscích a principech. Pokud naopak někdo bude hledat ještě hlubší a podrobnější informace, existuje dostatek dostupné literatury, zejména vysokoškolských učebnic.
Země se otáčí kolem osy s periodou 24 hodin, můžeme si ji představit jako rotující setrvačník. Zemská (či geografická) osa je myšlená čára, která prochází středem Země a protíná zemský povrch ve dvou bodech - severním a jižním zeměpisném pólu.
Země není homogenní těleso. Od středu k povrchu se skládá z určitých vrstev s odlišnými fyzikálně-chemickými vlastnostmi. Tyto vrstvy se díky zemské rotaci po sobě neustále posouvají a jejich vzájemnou interakcí dochází ke změnách zemského povrchu a jeho neustálému vývoji. Buď se jedná o rychlé změny (například sopečná činnost nebo zemětřesení) nebo o dlouhodobé trendy (posuny kontinentů nebo jejich částí). V obou případech dochází ke změnám, které se dříve či později promítnou i do map.
Vrstva kolem zemského středu nazývaná zemské jádro je tvořena kovy, které mají magnetické vlastnosti. Pohybem jádra vůči ostatním vrstvám Země vzniká magnetické pole. Pro kartografy má nesmírný význam, neboť umožňuje orientovat se pomocí buzoly. Osa tohoto magnetického pole protíná zemský povrch v severním a jižním magnetickém pólu. Střelka buzoly se vždy srovná do směru magnetických siločar tak, že jižní pól magnetu střelky ukazuje k severnímu magnetickému pólu Země. Již dávno řada polárních badatelů prokázala, že cesta podle střelky buzoly nevede na severní či jižní zeměpisný pól. Magnetická osa se totiž odchyluje od osy zemské rotace asi o 11° a dokonce ani neprochází středem Země. Úhel mezi směrem magnetického kompasu v daném místě a geografickým severem se nazývá magnetická deklinace. Ta se liší místo od místa a pro úspěšné použití mapy ve spojení s buzolou je nezbytné její hodnotu znát.
Magnetické pole vznikající uvnitř Země tvoří přibližně 90% intenzity pozorované na jejím povrchu. Zbytek přísluší proudům nabitých částic ze Slunce (říká se jim sluneční vítr) a lokálnímu magnetismu hornin v zemské kůře. Magnetická osa svou polohu vůči geografické ose neustále mění, ale po dobu několika desítek tisíc let zůstává jejich průměrná vzájemná poloha dostatečně stabilní. Během vývoje Země však došlo mnohokrát ke změně polarity magnetického pole, kdy ze severního pólu se postupně stal jižní a naopak.
Při rotaci Země působí na hmotu odstředivé síly, a to tím větší, čím je uvažované místo dále od osy rotace. Největší odstředivá síla působí na rovníku, nejmenší naopak na zemských pólech. Protože zemské těleso je spíše tekuté než pevné, výsledkem odstředivých sil je jeho tvar. Pokud by Země nerotovala kolem své osy, gravitační síly by zajistily, že bude velmi blízká kouli, neboť gravitační síly působí stejně na rovníku jako na pólech (vždy ve směru do hmotného středu Země). Při zemské rotaci se však gravitační a odstředivé síly skládají a výsledkem jsou dvě skutečnosti:
Zploštění není příliš velké - zemský průměr je na rovníku asi o 41 km větší než na pólech, tedy při středním poloměru Země 6371 km je vyjádřeno poměrem asi 1:300. Za základní hladinu pro měření výšek na zemském povrchu se označuje střední hladina moře, která se stanoví jako průměrná hladina moře mezi přílivem a odlivem. Střední hladina moře, jak vyplývá z vlastností kapalin, je vždy kolmá ke směru tíže. Tato myšlená plocha zkonstruovaná pro celou Zemi představuje přesný tvar Země a nazývá se geoid. Povrch geoidu je nepravidelný, protože tíhové pole se mění v závislosti např. na typu horniny v zemské kůře. Zemský povrch je však podstatně členitější, protože na pevnině je tvořen vyvýšeninami a proláklinami. Plocha popisující zemský reliéf se nazývá topografická plocha. Topografickou plochu ani geoid není možné matematicky vyjádřit a popsat a tedy využít pro konstruování map. Proto se zavádí tzv. referenční elipsoid, tedy matematicky definované těleso, jehož povrch se co nejtěsněji přimyká ke geoidu.
