Kedysi dávno ľudia na základe legiend verili, že tatranské plesá sú bezodné a prepojené s morom. Azda aj preto plesá vzbudzovali pozornosť prvých tatranských bádateľov už pred niekoľkými storočiami. Pokusy o zmeranie tajomných hĺbok ukrytých pod ich hladinami viedli k počiatkom hĺbkových meraní.
Keď pred takmer 300 rokmi spustil rektor Kežmarského lýcea Juraj Buchholtz ml. špagát zaťažený kameňom na dno Čierneho plesa (pozn. leží v Doline Zeleného plesa), určil jeho hĺbku až prekvapujúco presne na približne štyri metre. Jeden z jeho študentov sa ponoril pod hladinu a priniesol vzorku sedimentu z dna. Éra hĺbkových meraní tatranských plies sa začala. Prvé batymetrické mapy, zobrazujúce hĺbku a celkovú topografiu dna, vznikli až po uplynutí ďalšieho storočia.
Moderný digitálny model dna plesa umožňuje trojrozmerný plastický pohľad dovnútra jazernej panvy. Na rozdiel od hĺbkových batymetrických máp zobrazuje nielen lepšie priestorové rozloženie hĺbok, ale môže uchovávať podstatne viac informácií. Ide teda o akúsi násobne detailnejšiu mapu plesa zobrazenú v 3D priestore.
Od povrazu…
Serióznejšie batymetrické merania plies sa začali začiatkom 20. storočia. Uskutočňovali sa klasickou metódou pomocou povrazu so závažím, ktorý sa spúšťal z člna na dno plesa. Namerané hĺbky a približné trasy člna sa prekresľovali do mapy až následne s časovým oneskorením – na základe azimutov a predpokladaných vzdialeností člna od brehu. Vzniklo množstvo batymetrických máp, ktoré však čoskoro pri snahe o vzájomné porovnávanie nameraných údajov ukázali mnoho slabín, nepresností a metodických nedostatkov meraní. Problémom bolo najmä nepresné určenie geografickej polohy nameraných údajov v rámci plesa, ale aj absencia dobrých topografických podkladov, malá hustota meraných bodov, nejednotnosť výšok vodných hladín pri meraniach či samotné chyby pri dodatočnom prekresľovaní zistených hĺbkových údajov do máp.
… k ultrazvuku
Presnejšie systematické mapovanie plies sa realizovalo až v rokoch 1961 – 1975. Novšie batymetrické merania väčšiny plies však neexistujú. Brehové čiary boli presne kartograficky zmapované na základe fotogrametrických metód a výšky maximálnych vodných hladín. Tie udávajú pomerne presne lišajníky na kameňoch po obvodoch plies. Až stanovenie jednotných výšok maximálnych hladín plies, ku ktorým sa vzťahujú všetky namerané hĺbkové údaje, bolo základným predpokladom na neskoršie porovnávanie. Hĺbkové údaje sa merali sonarom z člna na stanovených profiloch. Hĺbky sa zaznamenávali v intervale 5 m a jednotlivé trasy meraní (profily) boli od seba vzdialené v priemere od 15 do 30 m. Namerané údaje sa prekresľovali do máp neskôr.
Od tohto obdobia sa realizujú novšie merania len sporadicky. Najnovšie batymetrické mapy plies však už vznikajú na základe dát nameraných sonarom a polohovo veľmi presne zaznamenaných v reálnom čase do súradnicovej siete na digitálne médiá. Spracovanie a interpolácia dát je precízna a prebieha v prostredí geografických informačných systémov (GIS). V prípade úplného pokrytia plochy plesa meraniami a dostatočného množstva nameraných hĺbkových údajov možno z dát získať veľmi presné digitálne modely dna plies a batymetrické mapy.
Spoľahlivé údaje
V posledných rokoch sa začali aplikovať pri batymetrickom mapovaní niektorých plies najmodernejšie metódy zberu hĺbkových údajov. Pomocou kvalitného sonaru v kombinácii s geodetickým GNSS prijímačom možno zozbierať polohovo veľmi presné údaje o ich dnách. GNSS (Global Navigation Satellite Systems; Globálne navigačné satelitné systémy) určujú presnú polohu na základe viacerých nezávislých satelitných navigačných systémov ako napríklad GPS (USA), GLONASS (Rusko) či GALILEO (EÚ). Hĺbkové údaje zo sonaru sa ukladajú k presným polohovým súradniciam okamžite v reálnom čase merania, čo výrazne zvyšuje spoľahlivosť aj presnosť vytváraných máp a digitálnych modelov dna.
Základom presných digitálnych modelov dna plies sú hodnoverne získané a spoľahlivé údaje. Tie sa zozbierajú aparatúrou (sonar + geodetický GNSS prijímač), ktorá sa pohybuje na vodnej hladine po vhodne zvolených meraných profiloch v rámci plochy plesa. Využívať sa môžu aj AUV (Autonomous Underwater Vehicle) prístroje, ktoré sa dokážu samostatne pohybovať a ukladať dátové informácie.
Moderný digitálny model
Výsledkom meraní a vstupom pre výpočty digitálnych modelov dna je bodové pole s hĺbkovými údajmi, ktoré dostatočne a systematicky pokrýva plochu jazera. Platí pritom jednoduché pravidlo – čím väčší je počet zmeraných bodov, tým presnejší a detailnejší model dna dostaneme. Zatiaľ čo sonar dosahuje hĺbkovú presnosť aj do 1 cm, polohová presnosť jednotlivých bodov meraných prostredníctvom GNSS prijímača v podmienkach Tatier sa po úpravách pohybuje na úrovni 10 až 20 cm, čo pri batymetrickom mapovaní plies úplne postačuje.
Na prezentovaných plesách sa aparatúra pohybovala po profiloch, ktoré boli od seba vzdialené od 2 do 8 m (v závislosti od veľkosti plesa), pričom hĺbky na jednotlivých profiloch boli zaznamenávané po každom metri. Výsledný digitálny model dna každého plesa sa tak vypočítaval z niekoľko tisíc nameraných bodových hĺbkových údajov.
Zber údajov je však časovo náročný proces, jednotlivé plesá tak boli merané pri rôznej úrovni hladín. Pred finálnymi výpočtami boli všetky údaje upravené v softvérovom prostredí GIS na maximálnu výšku hladiny každého z plies, ktorá bola predtým určená a zameraná v teréne. Následne boli interpolované základné digitálne rastre hĺbok s rozlíšením 10 cm/pixel, ktoré sú cenným zdrojom detailných informácií o dne plesa. Keďže každý pixel rastra zachytáva informáciu o hĺbke, dajú sa zobrazovať v prostredí GIS v 3D priestore – teda v podobe digitálnych modelov dna plies.
Posúvanie hraníc skúmania
Najnovšie metódy výskumu a mapovania, presné meracie prístroje či možnosť spracovania veľkého množstva digitálnych dát výpočtovou technikou posunuli aj hranice skúmania tatranských plies do úplne nových dimenzií. Posledné batymetrické mapy a z nich preberané údaje (napr. max. hĺbky, objemy, plochy, geomorfológia dna) sú pri väčšine tatranských plies 45 až 60 rokov staré (pozn. novšie batymetrické merania existujú iba z približne 20 plies). Z pohľadu súčasných metód a technických možností výskumu sú už nedostatočne detailné, menej hodnoverné a prihliadajúc na dynamiku prírodných procesov na niektorých plesách aj zjavne neaktuálne. Ich problémom v porovnaní s najnovšími digitálnymi mapami (modelmi dna) je nedostatočné pokrytie plochy meraniami a silná generalizácia informácií. Rozdiely v presnosti tak môžu byť na mnohých miestach markantné, čo je však so zreteľom na vtedajšie možnosti a uplynutý čas pochopiteľné. Moderné digitálne modely plies v prvom rade veľmi presne a hodnoverne dokumentujú dno plesa a kompletnú batymetriu, oveľa detailnejšie ako existujúce mapy. Zároveň zachytávajú stav ku konkrétnemu časovému okamihu a poskytujú tak veľmi cenné informácie z hľadiska budúcich meraní – napríklad aj vo forme súboru digitálnych dát. V prostredí GIS môžu byť dáta ďalej analyzované, porovnávané či dokonca modelované. Detailnosť digitálnych modelov dna zároveň aktualizuje doterajšie poznanie plies a prináša nové nepoznané skutočnosti.
Poznanie nepoznaného pod hladinou
Môže sa zdať, že o plesách takmer všetko vieme a sú dostatočne preskúmané. Ani teraz však ešte nepoznáme mnoho faktov, vzťahov a súvislostí, o niektorých sa len domnievame. Hĺbky plies a ich dná pod vodnými hladinami skrývajú ešte veľa nepoznaného. Keby sa v súčasnosti zrealizovalo moderné batymetrické mapovanie na všetkých plesách, je veľmi pravdepodobné, že mnohé všeobecne uznávané hĺbkové či objemové údaje by sa museli zmeniť a batymetrické mapy značne prekresliť.
Presné digitálne modely dna plies umožňujú okrem iného aj zaznamenať a vyhodnotiť dynamiku geomorfologických sedimentačných procesov, spôsobujúcich prirodzené zanášanie plies. Striktné porovnávanie modelov dna so staršími batymetrickými mapami sa pre veľké rozdiely v detailnosti ukazuje ako veľmi problematické a na mnohých miestach nie príliš reálne. Pomocou modelovania aktuálneho digitálneho modelu dna plesa v GIS je však možné vytvoriť tzv. hybridné digitálne modely dna – kombináciou aktuálneho digitálneho modelu dna, historických batymetrických máp, historických ortofotomáp a digitálneho modelu okolitého terénu. Takýmto spôsobom sa dajú vyhodnotiť určité sedimentačné procesy aj v súčasnosti.
Text a foto RNDr. Juraj Kapusta, PhD.
Tento príspevok vznikol s podporou projektu VEGA 1/0207/17 – Vývoj a zmeny vysokohorskej krajiny Tatier v rámci výskumných úloh na Katedre ekológie a environmentalistiky UKF v Nitre.
