Wraz z rozwojem technologii nastąpił również rozwój technik fotografii, także w zakresie zasięgu wykonywania zdjęć. Już na początku XX wieku zaczęto wykonywać zdjęcia lotnicze. Pierwsze zdjęcia satelitarne wykonano natomiast w połowie XX wieku. Ten rodzaj fotografii nazywamy aerofotografią. Od tego czasu Ziemia fotografowana jest przez dziesiątki satelitów, które każdego dnia rejestrują obraz naszej planety. XXI wiek to stulecie technologii informacyjnych opartych głównie na przekazie graficznym, czyli obrazie. Można więc przypuszczać, że będzie to jeszcze przez długi czas najważniejsze źródło danych. Również dlatego, że fotografia powietrzna staje się coraz bardziej popularna za sprawą coraz powszechniejszych dronów.

Z narzędzi tych korzystają amatorzy, ale sięgają po nie również naukowcy. Powstała nawet specjalna dziedzina nauki – teledetekcjateledetekcjateledetekcja. Zajmuje się ona pozyskiwaniem informacji obrazowej o obiektach, zjawiskach i procesach, które zachodzą na powierzchni ziemi. Zadaniem teledetekcji jest także przetwarzanie i interpretacja zebranych informacji. Z technik teledetekcji korzystają nauki przyrodnicze (geografia, geologia, biologia, ekologia). Obrazy wykonywane przez samoloty czy satelity znajdują zastosowanie w rolnictwie (prognozowanie plonów, wykrywanie i monitorowanie susz, rozpoznawanie upraw, szacowanie kondycji upraw), leśnictwie, gospodarce wodnej, energetyce, transporcie czy archeologii. Zdjęcia lotnicze i satelitarne stanowią uzupełnienie tradycyjnych map. Obraz aerofotograficzny, czyli wykonany z lotu ptaka, po wpisaniu go w układ współrzędnych przyjętego odwzorowania kartograficznego, przekształca się w ortofotomapęortofotomapaortofotomapę. Ortofotomapa spełnia standardy dokładnościowe odpowiadające mapie wykonanej w sposób klasyczny i można na niej wykonywać wszelkie operacje (odczyt współrzędnych, pomiar odległości, powierzchni).

Zdjęcia lotnicze i satelitarne

Dostęp do zdjęć lotniczych i satelitarnych dowolnego miejsca na świecie nie stanowi dzisiaj żadnego problemu. To raczej ich ilość może nas przytłaczać. Wystarczy wspomnieć, że każdego dnia ludzie zamieszczają na różnego rodzaju portalach około 500 mln zdjęć. Na wielu z nich uwieczniają środowisko geograficzne. Mając dostęp do tak wielu fotografii, powinniśmy skupić się nie tylko na ich walorach estetycznych, ale również na treści zdjęć. Analiza obrazów lotniczych i satelitarnych może być zabawą w pracę przyrodniczego detektywa, który na podstawie szczegółów zdjęć potrafi określić cechy środowiska.

Spróbujmy zatem spojrzeć na zdjęcia pod innym kątem. Zamieszczona poniżej fotografia przedstawia skansen tradycyjnego budownictwa w jednym z europejskich krajów. Czy na podstawie fotografii można określić lokalizację?

RHtjgT9SDoKf9

Zdjęcie przedstawia skansen. Po lewej stronie znajduje się budynek z bali przykryty dwuspadowym dachem umieszczony na osadzonych na kamieniu pionowo ustawionych kłodach. Budynek zwrócony jest bokiem do patrzącego. W głębi takie samo domostwo ustawione przodem. Jego wejście i okno zasłaniają okiennice. Do budynku prowadzi ścieżka. Po prawej stronie niewielka drewutnia i głazy. Po lewo na pierwszym planie kwadrat spulchnionej ziemi w którym rosną warzywa.

Rozpocznijmy interpretację zdjęcia od określenia materiału, z którego wykonano uwiecznione zabudowania. W tym wypadku użyto drewna, co może świadczyć o tym, że jest to powszechny i łatwo dostępny materiał budowlany. Poznaliśmy więc pierwszą wskazówkę. Zwróć teraz uwagę na otoczenie budynków. Zabudowania stoją w lesie. Czy potrafisz zidentyfikować jakieś gatunki drzew? Na zdjęciu z lewej strony widoczna jest brzoza. Jest to gatunek występujący w klimacie umiarkowanym i polarnym – to druga wskazówka. Skupmy się teraz na dolnej części budynków, które zostały posadowione nie bezpośrednio na gruncie, ale na pewnej wysokości, na kamiennych „postumentach”. Czy to zabieg estetyczny, czy może przystosowanie do warunków środowiska? Wydaje się, że zastosowano ten zabieg celowo, chcąc odizolować podłogę budynku od gruntu. Powodem mogły być bardzo niskie temperatury w porze zimowej i duże opady śniegu oraz występowanie wieloletniej zmarzliny. Usadowienie domu na pewnej wysokości chroniło go w ten sposób przed mrozem i ułatwiało korzystanie z niego podczas śnieżnych zim. Taki zabieg również chroni przed osiadaniem budynku, którego ciepło mogło przyczynić się do roztapiania wieloletniej zmarzliny. Na koniec zwróć uwagę na kamienie stanowiące podstawę budynków. Ich nieregularny kształt nie wskazuje na obróbkę przez człowieka. Zostały raczej znalezione przez mieszkańców gdzieś nieopodal i wykorzystane przy budowie. Takie duże głazy są często pozostałością po działalności lądolodu. Czy potrafisz już wskazać, gdzie wykonano zdjęcie? Wszystkie wskazówki kierują nas w stronę północnych krańców Europy, a więc warto skierować swoją uwagę na Półwysep Skandynawski. Tak budowano tradycyjnie w dawnej Szwecji, a przedstawiony na zdjęciu skansen znajduje się w Sztokholmie.

Okazuje się, że zwykła fotografia dostarczyła nam wielu cennych wskazówek o cechach środowiska, nawet tak trudnych do określenia jak warunki termiczne. W przypadku cech klimatycznych czy ukształtowania terenu musimy posiłkować się innymi elementami. Warto zwracać uwagę na rodzaj roślinności, typ budownictwa, kierunek rzek czy ich wielkość. W taki sposób możemy rozpoznać, czy klimat jest gorący czy chłodny, suchy czy wilgotny.

Jeszcze więcej możliwości dają nam serie zdjęć wykonywane w odstępach czasu. Dysponując takimi fotografiami, możemy zaobserwować przeobrażenia środowiska, a nawet szacować parametry i tempo tych zmian. Przyjrzyjmy się zdjęciu przestawiającemu ruiny kościoła w Trzęsaczu – atrakcji turystycznej województwa zachodniopomorskiego. Liczni turyści przyjeżdżają tu oglądać kilkumetrowej długości ceglaną ścianę dawnego kościoła. Wielu z nich wykonuje również zdjęcia zabytku. Ruiny kościoła same w sobie nie są imponujące, ale fotografia wykonana od strony morza pozwala ujrzeć je z zupełnie innej perspektywy.

RDBoFCZkADewi

Na fotografii ruiny kościoła w Trzęsaczu. Po budowli pozostała jedynie kilkumetrowej długości ceglana ściana z czterema otworami okiennymi oddzielonymi od siebie pozostałościami muru. Przez okna w perspektywie widać niebo, a z boku ruin fragment morza.

R1ci6ifcKnIO5

Zdjęcie pokazuje ruiny kościoła w Trzęsaczu z perspektywy bocznej. Na brzegu urwiska po lewej stronie zdjęcia bokiem do patrzącego stoi czerwona, ceglana ściana. Poniżej zbocze urwiska z porastającymi je roślinami, które na dole łączy się z nadmorską plażą. Na poziomie ruin kościoła taras widokowy wysunięty w morze, wsparty na metalowych, białych palach. Z plaży na taras prowadzą schody. Na tarasie i na plaży znajdują się ludzie. Po lewej stronie morze.

Jeszcze bardziej interesujące jest porównanie sekwencji zdjęć tego miejsca pochodzących sprzed wielu lat. Najstarsze dostępne fotografie kościoła wykonano 150 lat temu. W 1870 roku budynek świątyni był jeszcze cały i pozostawał w użyciu, ale znajdował się na samej krawędzi klifu. Ze względów bezpieczeństwa został on w 1874 roku zamknięty. Od tej pory zdany był na pastwę sił natury.

Rm3Y47dKZNpuY

Archiwalne, czarno-białe zdjęcie kościoła w Trzęsaczu z 1870 r. Na nadmorskim urwisku stoi prostopadłościenna budowla z dwuspadowym, spiczastym dachem. Strome urwisko łączy się u podnóża z plażą. W tle morze.

R1h1HqNVAuU4i

Archiwalne zdjęcie kościoła w Trzęsaczu z 1930 r. w kolorach sepii. Kościół jest wpół zrujnowany, druga część budynku zawaliła się pod wpływem osuwania się urwiska. W tle budowla z dwuspadowym dachem W tle plaża i morze.

R11OqGF07v0A7

Archiwalne, czarno białe zdjęcie ruin kościoła w Trzęsaczu z 1971 r. Obraz przedstawia gruzy w kolejnym stadium degradacji ze względu na osuwające się urwisko. W murach otwór okienny bez szyb. Wzdłuż ścieżki prowadzących do ruin barierka nad brzegiem osuwiska. W tle morze.

RiiKSyCiPo5CQ

Zdjęcie ruin kościoła w Trzęsaczu z 2014 r. Obraz przedstawia gruzy w wyglądzie, jaki mają współcześnie. W tle wysunięty, wsparty na palach taras widokowy i morze.

Jakie wnioski o środowisku przyrodniczym możemy wyciągnąć z analizy powyższych fotografii? Na zdjęciu nr 1 widzimy ruiny kościoła górujące ponad plażą. Taki brzeg określamy jako wybrzeże klifowe. Na kolejnych fotografiach widoczne jest przesuwanie się linii brzegowej. Brzeg poddawany jest niszczącej działalności fal morskich. Proces ten nazywamy abrazją. Skutkiem abrazji jest osuwanie się do morza kolejnych fragmentów gruntu. Na podstawie zdjęć możemy oszacować, że w ciągu 100 lat abrazja Bałtyku zabrała około 4 metrów gruntu. Roczne tempo cofania się klifu wynosiło więc około 30–40 cm. Obecnie skarpa, na której znajdują się pozostałości po kościele, została umocniona i zabezpieczona przed osunięciami.

Rozwój aerofotografii dał nam kolejne możliwości naukowego wykorzystania zdjęć. Umieszczone na orbitach okołoziemskich satelity nieustannie rejestrują obrazy naszej planety. Wykonują one ujęcia w zakresie światła widzialnego, czyli typowe zdjęcia fotograficzne - zbliżone do tego, co widzi oko ludzkie.  Część satelitów może jednak wykonywać obrazy w szerszym zakresie widma promieniowania elektromagnetycznego, np. w podczerwieni. Zdjęcia w podczerwieni ukazują promieniowanie emitowane przez chmury lub powierzchnię ziemi. Właściwie są one pomiarami temperatury. Satelity radarowe natomiast mogą tworzyć mapy topografii badanego terenu dzięki analizie tego, jak fale elektromagnetyczne rozpraszają się czy odbijają od obecnych tam form terenowych i przeszkód. Dzięki zdjęciom radarowym lub w podczerwieni możemy analizować stan zdrowotny lasów, ekspansję szkodników, zasięg suszy, wielkość plonów i szereg innych elementów.

Dzięki analizie zdjęć satelitarnych, podobnie jak zdjęć lotniczych, uzyskać możemy informację o środowisku geograficznym. Przyjrzyjmy się zdjęciu przedstawiającemu pewien obszar Ziemi.

Zacznijmy od ukształtowania terenu. To najtrudniejszym element do interpretacji na podstawie zdjęć wykonanych z samolotu lub satelity. W tym celu musimy skorzystać z pośrednich wskazówek. Jedną z nich są płynące rzeki. Ponieważ rzeki zawsze płyną zgodnie ze spadkiem terenu, wystarczy wskazać obszary źródłowe oraz ujścia rzek, by móc opisać rzeźbę terenu. Na powyższym zdjęciu widoczna jest gęsta sieć rzeczna, która tworzy układ promienisty. Rzeki rozpływają się we wszystkich kierunkach. Taki układ powstaje, kiedy rzeki spływają z centralnie położonego wzniesienia. Przyjrzyjmy się teraz centralnej części wzniesienia. Możemy zobaczyć tam zbiornik wodny o dość regularnym, zbliżonym do okręgu kształcie. Jeziora utworzone w szczytowej części wzniesienia powstają np. w kraterach wulkanicznych. Obie cechy wskazują więc na obecność na tym obszarze wulkanu.

Skierujmy teraz uwagę na cechy klimatyczne. Podobnie jak w przypadku rzeźby terenu, możemy określić je tylko pośrednio, np. na podstawie szaty roślinnej lub sieci hydrologicznej. Do określenia cech klimatycznych wykorzystamy widoczne na zdjęciu rzeki. Zauważyliśmy już, że spływają one z wulkanu we wszystkich kierunkach. Porównajmy jednak rzeki spływające ze wschodnich i zachodnich stoków. Czy są takie same? Jaka jest ich długość? Ze zdjęcia wynika, że rzeki spływające na zachód są znacznie większe i szersze, chociaż krótsze niż te spływające po przeciwnej stronie wulkanu. Wielkość rzek zależna jest od zasilania w wodę, w tym wypadku głównie opadową. Wynika stąd, że wielkość opadów musi być znacznie większa na stokach zachodnich niż wschodnich. Równocześnie rzeki spływające na zachód odprowadzają wodę do znajdującego się w pobliżu morza. Łącząc te fakty, możemy stwierdzić, że stoki zachodnie wulkanu są stokami dowietrznymi, gdzie podczas wznoszenia się ciepłego i wilgotnego powietrza znad morza, łatwiej dochodzi do powstania opadów. Przeciwne stoki (zawietrzne) otrzymują już mniejszą ilość opadów, dlatego rzeki spływające na wschód mają mniejsze przepływy. Czy rzeki mogą dostarczyć nam jeszcze innych informacji? Zwróćmy uwagę na ich kolor, pamiętając, że zdjęcie satelitarne oddają obraz taki, jaki rejestrowałoby ludzie oko. Rzeki na zachodnich stokach mają kolor szary lub popielaty. Spływając po stokach wulkanu, zabierają ze sobą materiał, który pochodzi z erupcji wulkanicznych. Zastygła lawa byłaby zbyt twarda, aby erozja rzeczna nastąpiła tak szybko. Wniosek? Stoki naszego wulkanu zbudowane są przede wszystkim z pyłów i popiołów wulkanicznych - materiału sypkiego, niespoistego, a więc dojącego się łatwo przenieść wraz z wodą. O ogromnej ilości transportowanego przez rzeki materiału świadczy jeszcze jeden fakt. Po powiększeniu ujścia rzeki dostrzeżemy jaśniejszą smugę, którą stanowi zawiesina osadów niesiona przez nurt.

Obecność wulkanu w zasadniczy sposób wpływa na człowieka i jego działalność w danym regionie. Zauważymy to choćby w użytkowaniu terenu. Ze zdjęcia wynika, że cały stożek wulkaniczny porośnięty jest roślinnością. Jest to roślinność naturalna w postaci zarośli krzewów i lasów. Nie widać pól uprawnych. Tereny rolnicze, podobnie jak osadnicze, rozciągają się dopiero u podnóża stożka wulkanicznego. Jednak i tym razem stwierdzimy istotne różnice. Na stokach zachodnich osady są mniejsze i skupione bardzo blisko linii brzegowej. Czemu osadnictwo nie objęło stoków wulkanu? Wykorzystajmy wiedzę o opadach. Z wcześniejszej analizy wynika, że stoki zachodnie charakteryzują się dużymi sumami opadów. Niespoisty materiał budujący stoki, w połączeniu z dużą ilością wody, grozi wystąpieniem osuwisk czy lawin błotnych. Z tego powodu ludzie nie budowali swoich domostw na zboczach góry. Również z powodu zagrożenia, jakie niosą ze sobą wielkie rzeki spływające w kierunku wschodnim, nie zauważymy osadnictwa wzdłuż tych cieków, mimo że w innych regionach świata jest to jedno z najchętniej zasiedlanych przez ludzi miejsc. Lokalizacja wulkanu wpłynęła również na przebieg głównych dróg, które wiodą wokół podstawy wulkanu, znacznie wydłużając połączenia między miejscowościami położonymi po obu stronach wzniesienia. Może to wskazywać na znaczną wysokość oraz stromość stoków.

Analiza fotografii oraz zdjęć lotniczych dostarczyła nam szeregu informacji o cechach środowiska geograficznego. Należy jednak pamiętać, że wykonany w taki sposób obraz przedstawia stan rzeczywisty w chwili wykonywania zdjęcia. Z tego względu, przystępując do interpretacji, powinniśmy odszukać informacje o czasie wykonania ujęć. Istotny może być tu nie tylko rok, ale nawet miesiąc, ponieważ wiele zjawisk ma charakter sezonowy. Zdjęcie satelitarne pól podczas sezonu wegetacji będzie zupełnie inne niż po żniwach, rzeka okresowa sfotografowana w przedziale kilku miesięcy może wyglądać zupełnie inaczej.

Dostęp do zdjęć tego samego miejsca, ale wykonanych w różnym czasie, otwiera przed nami zupełnie nowe możliwości.

Porównując współczesne zdjęcia wykonane przez satelity z tymi sprzed kilkudziesięciu lat, możemy określać zmiany zachodzące w środowisku geograficznym, np. zasięgi powodzi czy fal tsunami, zmiany zasięgu lodowców, skutki trzęsień ziemi, postępujące wylesianie niektórych regionów świata czy rozwój urbanizacji. Na podstawie zdjęć satelitarnych przedstawiających spektakularne zmiany środowiska geograficznego stworzono atlas zmian zachodzących w środowisku (https://na.unep.net/atlas/google.php). Jest to jeden z projektów koordynowanych przez UNEP - Program Środowiskowy Organizacji Narodów Zjednoczonych.

R197YjNNisMPu

Zdjęcie przedstawia pokrywy lodowe w masywie górskim Ruwenzori w Kenii sprzed kilkunastu lat. Na fotografii satelitarnej zaznaczone ukształtowanie terenu w kolorze zielonym, żółtawym, brązowym i białym z przewagą zielonego. Kolor biały obrazuje pokrywę śnieżną.

R1WTC49o8NUQ3

Zdjęcie satelitarne wykonane jest współcześnie i obrazuje zmiany zasięgu pokryw lodowych w masywie górskim Ruwenzori w Kenii. Struktura terenu jest taka sama jak na poprzedniej fotografii, natomiast w odróżnieniu niej na obrazku przeważa kolor brązowy. Kolor zielony pojawia się w skrajnych częściach zdjęcia. Kolor biały obrazuje pokrywę śnieżną niemalże zaniknął. Sugeruje to zanikanie roślinności i topnienie śniegu.

RaC2qUkyFQ2Ov

Czarno – białe zdjęcie satelitarne z 1963 r. pokazuje jezioro Czad z lotu ptaka. Znajduje się na granicy Czadu, Nigerii i Kamerunu. Kontury jeziora są nieregularne, zajmują większą część fotografii.

RZCRHdNmKlf2X

Zdjęcie satelitarne z 1972 r. pokazuje jezioro Czad z lotu ptaka. Znajduje się na granicy Czadu, Nigerii i Kamerunu. Kontury jeziora są nieregularne. Stały ląd zaznaczony jest kolorem piaskowym, jezioro ciemnoniebieskim, a południowe wybrzeże okolone jest zielenią symbolizującą roślinność. W porównaniu do poprzedniej fotografii jezioro zajmuje znacznie mniejszy teren, co sugeruje jego wysychanie.

RMA9aOViOiEeg

Zdjęcie przedstawia Mato Grosso, obszar Brazylii na zdjęciu satelitarnym z 1984 r. Ciemnozielony kolor wypełniający większość obrazka to roślinność pokrywającą powierzchnię obszaru. Jest poprzecinana siecią dróg, które w niektórych miejscach otaczają w skupiskach białe prostokąty będące budynkami zamieszkiwanymi przez ludzi. Budynków jest stosunkowo niewiele.

Ro8hjSBsTKqGt

Zdjęcie przedstawia Mato Grosso, obszar Brazylii na zdjęciu satelitarnym z 2013 r., taki sam jak na poprzedniej fotografii. Sieć dróg jest bardzo rozbudowana i niemal cały teren wypełniają białe kwadraty będące budynkami, które tworzą miasta. Ciemnozielony kolor - roślinność pokrywająca powierzchnię obszaru ma na obrazku niewielki udział jedynie na jego skraju . Pomiędzy budynkami wije się rzeka.

R1eiTfQOxsHaT

Zdjęcie z 2002 roku przedstawia wulkan na Komorach z lotu ptaka. Na obrazku widoczny zielono – brązowy teren dookoła wulkanu, szare zbocza oblane zastygłą lawą oraz pośrodku duży czarny krater.

ROpYl6r5aX825

Zdjęcie z 2005 roku przedstawia wulkan na Komorach z lotu ptaka po erupcji. Zielono – brązowy teren dookoła wulkanu sugerujący występowanie roślinności w większości zniknął, zastąpił go kolor brązowy charakterystyczny dla skał. Szare zbocza oblane zastygłą lawą w zajmują większą część obrazka. Przekrój krateru znacznie się zmniejszył.

R1WEmP0LuFNiv

Na fotografii z 1999 roku widać wybrzeże Zjednoczonych Emiratów Arabskich we fragmencie, w którym znajduje się Dubaj. Zatoka Perska ma kolor ciemnoniebieski. Wybrzeże w większości jest pustynne, z niewielkimi zielonymi plamami symbolizującymi roślinność. W ląd w górze obrazka wrzyna się zatoka, na dole widać zarys portu.

R10kyO3Oj6DrL

Na fotografii z 2009 roku widać wybrzeże Zjednoczonych Emiratów Arabskich we fragmencie, w którym znajduje się Dubaj. Pokryte jest w całości licznymi budynkami, drogami, a także sporymi zielonymi plamami. Są to sztucznie stworzone tereny zielone. W ląd w górze obrazka wrzyna się zatoka, na dole widać zarys portu. Zatoka Perska ma kolor niebieski, na jej tle widać sztuczne wyspy stworzone przez człowieka – dwie w kształcie palmy i jedna imitująca układ kontynentów na mapie świata.

Powyższe analizy potwierdzają, że materiały satelitarne stanowią wszechstronne źródło informacji o krajobrazie. Dane, które można wydobyć dzięki ich analizie i przetworzeniu, mogą być cenne pod względem dokładności, zasięgu terenowego i częstotliwości. Wykorzystanie tej technologii wydaje się nieograniczone, nie tylko w lepszym poznaniu Ziemi, ale również innych planet.

Słownik