Współrzędne geograficzne

RGIRZMx9uB5Sv

Ilustracja przedstawia schemat kuli ziemskiej, wokół której zaznaczone są półokręgi południków i okręgi równoleżników. Układ przecinających się linii tworzy siatkę oplatającą kulę. Południki to pionowe linie, łączące dwa bieguny, biegnące po powierzchni kuli ziemskiej. Równoleżniki to poziome linie tworzące okręgi, ułożone równolegle względem siebie. Pionowa linia południka zero i sto osiemdziesiąt stopni jest pogrubiona i zielona oraz opisana. Pozioma linia równika jest pogrubiona i czerwona oraz opisana. Na kuli ziemskiej zaznaczono punkty A, B i C. Punkt A leży na równiku. Punkt B na południku zerowym, a punkt C na południku sto osiemdziesiątym. Przy punkcie A jest opis, że leży on na szerokości geograficznej zero stopni i długości geograficznej wschodniej dwadzieścia stopni. Przy punkcie B jest opis, że leży na szerokości geograficznej północnej dwadzieścia stopni i długości geograficznej zero stopni , a przy punkcie C, że leży na szerokości geograficznej północnej sześćdziesiąt stopni i długości geograficznej sto osiemdziesiąt stopni.

1. Co to są południki i równoleżniki i jakie cechy posiadają?

Ziemia obraca się wokół własnej osi z zachodu na wschód. Oś obrotu przecina powierzchnię naszej planety w miejscach nazywanych biegunami geograficznymi – północnym i południowym. Stały się one punktami odniesienia, które pozwoliły zbudować sieć współrzędnych umożliwiających lokalizację dowolnego obiektu na kuli ziemskiej. Umowne linie na powierzchni Ziemi łączące najkrótszą drogą bieguny północny i południowy nazwano południkamipołudnikpołudnikami. Wszystkie południki mają tę samą długość. Ze względów praktycznych konieczne było wyznaczenie południka odniesienia (zerowego). Dzięki temu każdy z południków mógł zostać opisany stopniami kąta dwuściennego, zawartego między jego płaszczyzną a płaszczyzną południka odniesienia. W 1884 roku za początkowy (zerowy) południk przyjęto ten, który przebiega przez Królewskie Obserwatorium Astronomiczne w Greenwich [wym. grinicz] (obecnie w granicach Londynu).

Rysując na powierzchni Ziemi umowne linie prostopadłe do południków, wyznaczono równoleżnikirównoleżnikrównoleżniki, które mają kształt okręgów i wszystkie są równoległe do siebie. Im bliżej biegunów, tym okręgi te są mniejsze. W równej odległości od obu biegunów znajduje się najdłuższy równoleżnik, któremu nadano nazwę równikrównikrównik, i to w stosunku do niego zaczęto określać położenie pozostałych równoleżników. Każdy z równoleżników opisany jest stopniami kąta zawartego między płaszczyzną równika a promieniem ziemskim przechodzącym przez dany równoleżnik. Układ południków i równoleżników wraz z biegunami tworzy na kuli ziemskiej lub jej modelu – globusie  – tzw. siatkę geograficznąsiatka geograficznasiatkę geograficzną.

RC1EBSQJwycLv

Ilustracja przedstawia schemat kuli ziemskiej. Widać biegun północny oraz kontynenty: Europę, Azję, Afrykę, Amerykę Północną. U góry ilustracji napis: "Siatka geograficzna". Przez środek kuli przechodzi linia opisana jako oś obrotu ziemskiego. Wokół kuli narysowane są pionowe i poziome linie. Linie tworzą okręgi narysowane na kuli ziemskiej. Różowe linie poziome są ułożone względem siebie równolegle i są to równoleżniki. Pogrubiony równoleżnik opasający Ziemię w jej najgrubszym miejscu to równik, który jest wskazany strzałką i opisany nazwą. Dzieli on kulę ziemską na dwie jednakowe półkule – północną i południową. Układ zielonych linii pionowych to południki. Biegną one od bieguna północnego do bieguna południowego, są prostopadłe do równoleżników i tworzą półokręgi. Pogrubiona linia zielona to południk zerowy oraz sto osiemdziesiąty, które są wskazane strzałkami i opisane nazwami. Południk zerowy przechodzi przez zaznaczoną na kuli dzielnicę Londynu – Greenwich. Południk zerowy i sto osiemdziesiąty dzielą Ziemię na dwie półkule – wschodnią i zachodnią. Południki i równoleżniki tworzą na kuli siatkę geograficzną. Wzdłuż południka zerowego i równika jest umieszczony opis siatki. Liczby opisujące siatkę wyrażone są w stopniach i rozmieszczone co dwadzieścia stopni. Pionowa linia łącząca bieguny, poprowadzona przez środek wewnątrz kuli ziemskiej to oś obrotu ziemskiego, która została opisana swoją nazwą. Na ilustracji znajduje się i opisany jest biegun północny.

Ciekawostka

W 1984 roku dokonano nieznacznej korekty położenia południka zerowego (a co za tym idzie, także wszystkich pozostałych) i obecnie przebiega on 102 m dalej na wschód od swojego poprzednika. Na szczęście nadal przechodzi przez Greenwich, więc nie było powodu zmieniać jego nazwy zwyczajowej.

RwDyVR1J4tG2q

Zdjęcie A przedstawia wykonany z metalu pomnik południka zerowego w Greenwich. W pionie znajdują się dwa półokręgi umiejscowione równolegle do siebie. Za półkręgami widać metalowy okrąg umieszczony pod kątem prostym do półokręgów. Całość zamocowana jest na metalowej cienkiej rurze. Na chodniku zaznaczony symbolicznie południk zerowy. W tle rozciąga się widok na miasto. Zdjęcie B przedstawia odbiornik GPS z dużym wyświetlaczem. Czerwona strzałka po prawej stronie wskazuje dokładne położenie nad symbolicznym południkiem zero. I nie jest to dokładnie zero stopni, a sto czterdzieści dziewięć stutysięcznych stopnia długości geograficznej zachodniej.

2. Współrzędne geograficzne, czyli jak wyznaczyć długość i szerokość geograficzną

Dla określenia położenia każdego punktu na Ziemi potrzebne są dwie informacje – długość i szerokość geograficzna. Długość geograficznądługość geograficznaDługość geograficzną wyznacza kąt dwuściennykąt dwuściennykąt dwuścienny pomiędzy półpłaszczyzną południka zerowego (0°) a półpłaszczyzną południka przechodzącego przez określony punkt na powierzchni Ziemi. Szerokość geograficznaszerokość geograficznaSzerokość geograficzna to kąt między linią łączącą ten punkt ze środkiem Ziemi (czyli promieniem ziemskim) a płaszczyzną równika. Obie wielkości określają położenie punktu na powierzchni kuli ziemskiej i nazywane są współrzędnymi geograficznymiwspółrzędne geograficznewspółrzędnymi geograficznymi. Miarą, w jakiej podaje się długość i szerokość geograficzną, są stopnie. Jeden stopień (1°) dzieli się na sześćdziesiąt minut (60$\mathrm{\text{'}}$), a jedna minuta (1$\mathrm{\text{'}}$) na sześćdziesiąt sekund (60$\mathrm{\text{'}\text{'}}$).

RBKz92rbBwo5D

Dwie ilustracje przedstawiające kule ziemskie tej samej wielkości obok siebie. Po lewej stronie kula ziemska prezentuje długość geograficzną. Trójwymiarowo zobrazowano kąt pomiędzy południkami. Południki zero i osiemdziesiąt stopni to płaszczyzny, pomiędzy którymi zaznaczony jest kąt lambda. Od płaszczyzny południka zero narysowana jest strzałka w prawo i w lewo. Na prawo to półkula wschodnia. Długość geograficzna wschodnia. Na lewo to półkula zachodnia. Długość geograficzna zachodnia. Wokół kuli jest umieszczony opis siatki. Liczby opisujące siatkę wyrażone są w stopniach i rozmieszczone co dwadzieścia stopni. U góry opis: Długość geograficzna (lambda). Na dole podpis: Długość geograficzna punktu A: lambda równa się 80 stopni długości geograficznej wschodniej. Druga kula ziemska, znajdująca się po prawej stronie ilustracji, to ilustracja szerokości geograficznej. U góry opis: Szerokość geograficzna (fi). Trójwymiarowa kula przecięta jest poziomą płaszczyzną równika na dwie równe części. Od równika do punktu A, zaznaczonego na równoleżniku 40 stopni szerokości geograficznej północnej, wskazany jest strzałkami kąt fi. Wzdłuż południka zerowego umieszczony opis siatki. Liczby opisujące siatkę wyrażone są w stopniach i rozmieszczone co dwadzieścia stopni. Od linii równika strzałka skierowana w górę wskazuje półkulę północną. Skierowana w dół – półkulę południową. Od równika w górę to szerokość geograficzna północna. Od równika w dół to szerokość geograficzna południowa. Na dole podpis: Szerokość geograficzna punktu A: fi równa się 40 stopni szerokości geograficznej północnej.

Długość geograficzną liczy się, począwszy od południka zerowego (0°) Greenwich w kierunku wschodnim aż do południka 180° lub w kierunku zachodnim także do tego samego południka 180°. Kiedy mierzymy długość na wschód od Greenwich, zaznaczamy, że jest to długość geograficzna wschodnia (w skrócie E). Jeśli natomiast określamy ją na zachód od południka zerowego, zaznaczamy, że jest to długość geograficzna zachodnia (w skrócie W).

Szerokość geograficzną liczymy od równika, któremu przypisano wartość 0°. Jeśli liczymy ją na północ, to wówczas zaznaczamy, że jest to szerokość geograficzna północna (w skrócie N). Odmierzamy ją aż do bieguna północnego, który ma szerokość geograficzną równą 90°N. Jeśli szerokość geograficzną odmierzamy w przeciwnym kierunku, aż do bieguna południowego – wówczas zaznaczamy, że jest to szerokość geograficzna południowa (w skrócie S). Biegunowi południowemu przypisano szerokość geograficzną równą 90° S.

Wszystkie punkty leżące na jednym południku mają tę samą długość geograficzną. Wszystkie punkty leżące na jednym równoleżniku mają tę samą szerokość geograficzną. Opisując długości geograficzne punktów leżących na południkach 0° oraz 180°, nie stosujemy oznaczenia kierunku i opisów w postaci liter E czy W. Opisując szerokości geograficzne punktów leżących na równiku, nie stosujemy oznaczenia kierunku i nie opisujemy literami N czy S.

RGIRZMx9uB5Sv

Ilustracja przedstawia schemat kuli ziemskiej, wokół której zaznaczone są półokręgi południków i okręgi równoleżników. Układ przecinających się linii tworzy siatkę oplatającą kulę. Południki to pionowe linie, łączące dwa bieguny, biegnące po powierzchni kuli ziemskiej. Równoleżniki to poziome linie tworzące okręgi, ułożone równolegle względem siebie. Pionowa linia południka zero i sto osiemdziesiąt stopni jest pogrubiona i zielona oraz opisana. Pozioma linia równika jest pogrubiona i czerwona oraz opisana. Na kuli ziemskiej zaznaczono punkty A, B i C. Punkt A leży na równiku. Punkt B na południku zerowym, a punkt C na południku sto osiemdziesiątym. Przy punkcie A jest opis, że leży on na szerokości geograficznej zero stopni i długości geograficznej wschodniej dwadzieścia stopni. Przy punkcie B jest opis, że leży na szerokości geograficznej północnej dwadzieścia stopni i długości geograficznej zero stopni , a przy punkcie C, że leży na szerokości geograficznej północnej sześćdziesiąt stopni i długości geograficznej sto osiemdziesiąt stopni.

Wyznaczamy współrzędne geograficzne

Informacja o położeniu geograficznym (współrzędnych geograficznych) pozwala jednoznacznie określić, w jakim miejscu kuli ziemskiej znajduje się opisywany obiekt.

3. Jakie znaczenie mają zwrotniki i koła podbiegunowe?

Umiejętność określania długości geograficznej jest niezbędna do zlokalizowania wybranego obiektu na powierzchni kuli ziemskiej oraz do obliczania czasu słonecznego. Do opisu lokalizacji na kuli ziemskiej konieczne jest również określenie szerokości geograficznej, od której zależy m.in. strefowa zmienność struktury środowiska na Ziemi – układ stref klimatycznych, glebowych, roślinnych i krajobrazowych.

Oś ziemska jest nachylona pod kątem 66°34$\mathrm{\text{'}}$ w stosunku do płaszczyzny orbity Ziemi. W rezultacie w różnych porach roku można obserwować w południe Słońce w zenicie nie tylko na równiku, ale także w strefie między zwrotnikiem Rakazwrotnik Rakazwrotnikiem Raka (23°26$\mathrm{\text{'}}$N) a zwrotnikiem Koziorożcazwrotnik Koziorożcazwrotnikiem Koziorożca (23°26$\mathrm{\text{'}}$S).

W okolicach podbiegunowych znajdują się dwa niezwykłe równoleżniki: koło podbiegunowe północnekoło podbiegunowe północnekoło podbiegunowe północne i koło podbiegunowe południowekoło podbiegunowe południowekoło podbiegunowe południowe. Ich szerokość geograficzna wynosi ok. 66°34$\mathrm{\text{'}}$ (odpowiednio N i S). W zależności od pory roku w szerokościach geograficznych wyższych niż szerokości kół podbiegunowych występują zjawiska tzw. dnia i nocy polarnej. Kiedy promienie słoneczne padają prostopadle na zwrotnik Raka (ok. 22 czerwca), wówczas poza kołem podbiegunowym północnym jest dzień polarny (Słońce nie schodzi poniżej linii horyzontu), a poza kołem podbiegunowym południowym noc polarna (Słońce nie wschodzi nad horyzont). Z sytuacją odwrotną mamy do czynienia, gdy promienie słoneczne padają prostopadle na zwrotnik Koziorożca (ok. 22 grudnia).

R14mDuuijF5mD

Ilustracja przedstawia kulę ziemską nachyloną w prawo pod kątem sześćdziesięciu sześciu stopni i trzydziestu trzech minut w stosunku do płaszczyzny orbity. Umieszczone z prawej strony pomarańczowe strzałki symbolicznie pokazują padanie promieni słonecznych na Ziemię. Grot strzałek skierowany jest ku Ziemi. Pod strzałkami podpis: promieniowanie słoneczne. Biegun północny jest nachylony w prawo i bardziej oświetlony przez promienie słoneczne. Znajdujący się na dole biegun południowy nie jest oświetlony promieniami Słońca. Pozioma linia dzieli kulę ziemską dokładnie w połowie. Jest to płaszczyzna orbity. Linia płaszczyzny orbity przecina linię równika w samym środku kuli ziemskiej. Płaszczyzna równika to linia nachylona do płaszczyzny orbity pod kątem dwudziestu trzech stopni i dwudziestu sześciu minut. Przez bieguny przechodzi linia prosta – oś obrotu ziemskiego, która jest nachylona do płaszczyzny orbity pod kątem sześćdziesięciu sześciu stopni i trzydziestu czterech minut. Równolegle do równika przebiegają dwie linie. Powyżej równika zaznaczony jest zwrotnik Raka, a poniżej – zwrotnik Koziorożca. Te charakterystyczne równoleżniki wskazują szerokość geograficzną dwadzieścia trzy stopnie i dwadzieścia sześć minut. Zwrotnik Raka to szerokość geograficzna północna, zwrotnik Koziorożca południowa. Pomiędzy zwrotnikami a biegunami, w pobliżu biegunów, przebiegają dwie linie równoległe do zwrotników i równika. To kolejne charakterystyczne równoleżniki – koła podbiegunowe. Koło podbiegunowe północne wskazuje szerokość geograficzną północną sześćdziesiąt sześć stopni i trzydzieści cztery minuty, a koło podbiegunowe południowe – szerokość geograficzną południową, także sześćdziesiąt sześć stopni i trzydzieści cztery minuty. Pomiędzy lewym krańcem koła podbiegunowego północnego a prawym krańcem koła podbiegunowego południowego przebiega granica padania promieni słonecznych. Prawa część kuli jest biała, a lewa szara.

4. Rozciągłość południkowa i równoleżnikowa

Obiekty fizyczne na kuli ziemskiej mają określone położenie w przestrzeni, a także określone rozmiary i powierzchnię. Ich przestrzenna rozciągłość ma istotne znaczenie dla zróżnicowania środowiska przyrodniczego i geograficznego. Państwa o dużej rozciągłości południkowej i równoleżnikowej, a jednocześnie dużej powierzchni – np. Rosja i Stany Zjednoczone – mają na ogół silnie zróżnicowane środowisko przyrodnicze, bowiem w ich granicach mieści się kilka stref klimatyczno‑krajobrazowych. Przez ich obszar przebiega też kilka stref czasowych.

Geografowie wprowadzili specyficzne pojęcia rozciągłości pozwalające opisać położenie każdego obszaru na kuli ziemskiej. Pojęcie rozciągłości południkowejrozciągłość południkowarozciągłości południkowej oznacza różnicę szerokości geograficznej między najdalej wysuniętymi na północ i południe punktami obszaru. Analogicznie pojęcie rozciągłości równoleżnikowejrozciągłość równoleżnikowarozciągłości równoleżnikowej oznacza różnicę długości geograficznej między najdalej na wschód i na zachód wysuniętymi punktami obszaru. Rozciągłość południkową dosyć łatwo przeliczyć ze stopni na kilometry. Jeden stopień łuku południka ma długość ok. 111 km. Trudniej jest przeliczać rozciągłość równoleżnikową, ponieważ łuk mający tyle samo stopni, ale leżący na różnych szerokościach geograficznych (różnych równoleżnikach), ma inną długość.

R3v6p9wmnjL5F

Animacja w której ukazano obliczanie rozciągłości południkowej i równoleżnikowej obiektów leżących na tej samej półkuli.

Animacja w której ukazano obliczanie rozciągłości południkowej i równoleżnikowej obiektów leżących na tej samej półkuli.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R3v6p9wmnjL5F

Animacja w której ukazano obliczanie rozciągłości południkowej i równoleżnikowej obiektów leżących na tej samej półkuli.

Niektóre państwa leżą na dwóch półkulach i wtedy ich rozciągłość trzeba liczyć, dodając do siebie długość lub szerokość geograficzną z każdej półkuli. Po obu stronach południka 0° leży między innymi Francja, a po obu stronach południka 180° – Rosja. Po północnej i południowej stronie równika leży Brazylia.
Można określać rozciągłość nie tylko państw, ale dowolnych obszarów, np. całych kontynentów. Specyficznym przypadkiem jest Afryka, która leży na półkuli północnej i południowej oraz wschodniej i zachodniej.

R15jbzd3PzcYv

Ilustracja przedstawia mapę Afryki. Na ramce mapy zaznaczone liczbami wartości szerokości i długości geograficznej zaznaczone co 20 stopni. Poziome, zielone linie równoleżników leżą na krańcach Afryki i przechodzą przez jej najdalej wysunięte punkty. Na północy to Przylądek Biały (trzydzieści siedem stopni i dwadzieścia minut szerokości geograficznej północnej), na południu – Przylądek Igielny (trzydzieści cztery stopnie i pięćdziesiąt minut szerokości geograficznej południowej). Oba zaznaczone zostały czerwonymi kropkami. Pionowa zielona linia zakończona strzałkami, biegnąca od jednego skrajnego równoleżnika do drugiego wskazuje rozciągłość pomiędzy tymi równoleżnikami. To rozciągłość południkowa. Dodatkowo znajduje się opis informujący o tym, co składa się na rozciągłość południkową Afryki. Napis brzmi: trzydzieści siedem stopni i dwadzieścia minut plus trzydzieści cztery stopnie i pięćdziesiąt minut równa się siedemdziesiąt dwa stopnie i dziesięć minut. Różowe, pionowe linie to południki. Południk po lewej stronie przechodzi przez Przylądek Zielony (siedemnaście stopni i 30 minut długości geograficznej zachodniej). To najdalej wysunięty punkt Afryki na zachodzie. Południk po prawej stronie przechodzi przez Przylądek Hafun (pięćdziesiąt jeden stopni i dwadzieścia sześć minut długości geograficznej wschodniej). To najdalej wysunięty punkt na wschodzie Afryki. Pozioma czerwona linia zakończona strzałkami, biegnąca pomiędzy skrajnymi południkami wskazuje rozciągłość pomiędzy tymi południkami. To rozciągłość równoleżnikowa. Dodatkowo znajduje się opis informujący o tym, co składa się na rozciągłość równoleżnikową Afryki. Napis brzmi: siedemnaście stopni i trzydzieści minut plus pięćdziesiąt jeden stopni i dwadzieścia sześć minut równa się sześćdziesiąt osiem stopni i pięćdziesiąt sześć minut.

Podsumowanie

• Siatka południków i równoleżników umożliwia precyzyjne określenie położenia każdego punktu na powierzchni Ziemi.

• Długość geograficzną określamy w stosunku do południka Greenwich, który został wybrany jako południk zerowy (0°) z nieskończonej liczby identycznych południków.

• Szerokość geograficzną określamy w stosunku do równika, który jest najdłuższym równoleżnikiem.

• Rozciągłość południkową danego obszaru określają skrajne równoleżniki, pomiędzy którymi ten obszar się znajduje. Rozciągłość równoleżnikową natomiast określają skrajne południki ograniczające dany teren.

Słownik

kąt dwuścienny

kąt dwuścienny

obszar przestrzeni ograniczony dwiema półpłaszczyznami o wspólnej krawędzi

R1JGZXCKDst5o1

Ilustracja przedstawia schemat pokoju, widok z góry. Widoczne są dwie ściany, które stykają się ze sobą. Na jednej ścianie znajdują się drzwi, a na drugiej okno. Opisane są podłoga i ściany. W miejscu zetknięcia się ścian zaznaczono czerwonym łukiem oraz liczbami 0 stopni i 90 stopni kąt prosty wynoszący dziewięćdziesiąt stopni. Obszar między ścianami to kąt dwuścienny.

Ćwiczenia