Eesti kõrgtäpse loodimise alusvõrgu skeem

Maapinna kõrguse esimesed täpsemad määramised Eestis on seotud Tartu tähetorni teadlaste 19. sajandi I poole töödega, näiteks tegi astronoom-vaatleja Magnus Georg Paucer Emajõe sängi geodeetilise mõõdistamise ja Wilhelm Struve rajas triangulatsioonivõrgud. Geodeetiliste punktide kõrgus määrati trigonomeetrilise nivelleerimisega merepinna keskmise taseme suhtes. Struve määratud kõrgusandmeid kasutas Tallinna gümnaasiumi ülemõpetaja, geograaf Carl Albert Rathlef Baltimaade geograafiat kirjeldava monograafia ning oro- ja hüdrograafiliste kaartide koostamisel (1852). W. Struve andmeid kasutati Eesti ala geograafia kohta koostatavates töödes 1920. aastateni.

19. sajandi II poolel võeti maapinna punktide kõrguse määramisel kasutusele tunduvalt täpsem, geomeetrilise nivelleerimise (loodimise) viis. Esimesed loodimistööd tehti Põhja-Eestis (astronoom Carl Ferdinand Müller, 1868–72) Eestimaa Põllumeeste Seltsi ja Lõuna-Eestis (insener Aleksander Brock, 1874–75) Liivimaa Üldkasuliku ja Ökonoomilise Sotsieteedi tellimusel maakuivendustööde jaoks. Laiaulatuslikud loodimistööd toimusid ka Saaremaal ja Muhus (insener Wilhelm Perrou, 1881–83). Et riiklikku kõrgussüsteemi tollal ei olnud, toimus loodimine suvaliste nivoopindade suhtes. Venemaa kõrgussüsteemi loomiseks rajasid Imperaatorliku Kindralstaabi Sõjaväe Topograafide Korpuse geodeedid piki äsja käiku antud raudteed Gattšina–Tallinna–Paldiski loodimiskäigu (1871–72; et saavutatud täpsus ±7 mm/km ei rahuldanud, korrati loodimiskäiku 1897). Kõrgusvõrgu rajamise tööd jätkusid Tapa–Tartu–Valga raudteel (1881).

Geomorfoloogiline uurimine (Ramsay, 1929) näitas, et Eesti ala (Fennoskandia kilbi lõunanõlval) on pärast jääaega kerkinud kagu–loode sihis 25–100 m. Balti Geodeesiakomisjoni eestvõttel alustati 1932 Läänemere piirkonna neotektoonilise protsessi uurimist ja geoidi kuju määramist geodeetiliste ning geofüüsikaliste mõõtmiste alusel. Eestis rajati kõrgtäpse loodimise (nivelleerimise) üleriigiline alusvõrk (1933–43), mille eesmärgiks oli maakoore vertikaalliikumise uurimine. Alusvõrgu rajamise määruse kohaselt koosnes kõrguseline alusvõrk täpse loodimise ja väga täpse tehnilise loodimise käikudest, mille reeperid olid ka topograafilise mõõdistamise kõrguselisteks lähtepunktideks. Kõrgusvõrgu lähtepunktiks võeti Tallinna veemõõdujaama keskmine merepinna tase (Tallinna null). Käikude kogupikkuseks kujunes 1800 km, sinna paigutati 1012 seina- ja 22 fundamentaalreeperit. Kõrguse määramise täpsuseks saavutati ±0,32 mm/km. Nivelleerimistöid tegi Põllutööministeeriumi katastri- ja maakorraldusosakonna katastriamet ja neid juhtis geodeesiainsener Richard Lutsar. Tartu Ülikooli professor August Tammekann koostas 1938 Eesti kõrgussuhete kaardi mõõtkavas 1:750 000 (kavandatud „Eesti teadusliku atlase” kaartidest on ainult see ilmunud).

Gravimeetrilised mõõtmised Eestis

Raskuskiirenduse Bouguer' anomaaliate kaart (H. Sildvee andmebaasi alusel, skaala milligallides, mGal)

Esimesed raskuskiirenduse määramised (gravimeetrilised mõõtmised) tehti 18. sajandi II poolel seoses astronoomiliste kohamäärangute täpsustamisega Saaremaal (astronoom August Nathael Grischov, 1752–57) ning Struve meridiaanikaare jt triangulatsioonivõrkude tasandamisega. Balti Geodeesiakomisjoni toetusel ja soovitusel rajati Tallinnasse 1930 riiklik raskusjõu jaam, mis sai kogu Eesti gravimeetriliseks lähtepunktiks. Esimese gravimeetrilise võrgu (99 punkti) rajas 1939–40 Eesti Kaitsevägede Staabi Topo-hüdrograafia osakond Robert-Johannes Livländeri juhendamisel. Nõukogude ajajärgul hakkas Maa gravitatsioonivälja uurimisega tegelema Eesti NSV Teaduste Akadeemia (TA) Geoloogia Instituut. Koostöös NSV Liidu Teaduste Akadeemia Maafüüsika Instituudiga (Juri Boulanger (Bulanže)), rajati 1957 Voldemar Maasiku juhtimisel Eestis uus gravimeetriline põhivõrk ja mõõdistati raskuskiirendust kokku 4195 punktis (täpsus ± 0,3 mGal, 1949–60). Nende andmete alusel koostas Maasik Eesti gravimeetrilise geoidi kõrguste kaardi (1961), mis oli tollal täiesti salajane.

Et Eestis olid geoloogilised ja maakoore vertikaalliikumise alased uurimistööd heal tasemel, alustati 1960. aastatel nn Eesti geodünaamilise polügooni kompleksuuringute käigus ka raskuskiirenduse piirkondlikku detailmõõdistamist. 1970–91 rajas TA Geoloogia Instituut Heldur Sildvee juhtimisel NSV Liidus kehtivate standardite kohaselt uue ja täpsema gravimeetrilise (kordus)põhivõrgu (täpsus ±0,03 mGal). Kordus- ja regionaalmõõtmiste andmete alusel koostas Sildvee (Riigi Maa-amet, 1993) rahvusvahelisel süsteemil IGSN 71 (International Gravity Standardization Net 1971) põhineva Eesti raskuskiirenduse (gravimeetrilise) andmebaasi. Neid andmeid kasutas Eesti ala geoidi kuju täpsustamiseks Martin Vermeer (Soome Geodeesia Instituut, 1994). Olemasolev gravimeetriline kordusvõrk rekonstrueeriti kolmele lähtepunktile (Suurupi, Tõravere ja Kuressaare) toetuvaks Eesti riiklikuks gravimeetriliseks põhivõrguks ja seoti ühtse rahvusvahelise (Euroopa) võrguga.

Põhjamaade Geodeesiakomisjoni algatusel viidi (Põhja- ja Baltimaade ühise geoidi mudeli täpsustamiseks) 1999 läbi Läänemere akvatooriumi aerogravimeetriline mõõtmine, milles osalesid ka Eesti ja Läti geodeesiaeriteadlased. Taani Geodeesiainstituudis arvutati René Forsbergi juhtimisel Läänemere riikide täpsustatud geoidi mudel. GPS-i gravimeetriline geoidi mudel (1998) võimaldab määrata geoidi undulatsiooni parandeid praktilisteks geodeetilisteks töödeks piisava täpsusega. Eesti ala geoidi pind on rahvusvahelise referentsellipsoidi GRS-80 (Geodetic Reference System 1980) pinnast 16–21 m kõrgem.

Tänapäeval on Maa-ametis koostatud Eesti kõrgusvõrgu renoveerimise projekt (Ants Torim, 1999), mille eesmärk on senise nivelleerimisvõrgu ajakohastamine ja ühendamine Baltimaade jmt riigi kõrgusvõrkudega ning geopotentsiaalühikute süsteemiga. Vaja on jätkata raskuskiirenduse mõõtmist. See võimaldaks koostada kindlale ajahetkele taandatud ja maapinna vertikaalliikumise põhjustatud paranditega kõrgusandmekogu.

Maapinna vertikaalliikumine

Maakoore vertikaalliikumine Eestis

Maapinna vertikaalliikumise kompleksuurimiseks moodustati 1952 TA Füüsika ja Astronoomia Instituudis geodeesiarühm (aastast 1971 sektor). Väärtuslikuks lähtematerjaliks osutusid 1933.–43. aasta (esimene kõrgtäpne loodimine) kõrgusvõrgu andmed. Georgi Želnini juhtimisel alustati Eesti kõrgusvõrgu kordusnivelleerimist. Samal ajal tegi I klassi nivelleerimist Narva–Tallinna–Pärnu–Ikla käigul (1948) Geodeesia ja Kartograafia Peavalitsuse (GKP) ekspeditsioon, et ühendada Eesti ala kõrgusvõrk NSV Liidu riikliku Balti kõrguste süsteemiga. Tartu observatooriumi geodeesiarühm kasutas neid andmeid Eesti kordusnivelleerimisena ja jätkas nivelleerimisvõrgu tihendamist (1950–69). Oluline oli mandri kõrgusvõrgu ühendamine Muhu ja Saaremaa võrguga, esialgu mere nivoopinna vaatlustega (nn kaevuvaatlused, 1963, ± 3 mm) ja hiljem uudsel, hüdrostaatilisel viisil (1966, ± 0,76 mm). See oli NSV Liidus esimene kõrgtäpse kõrguste ülekandmise hüdrostaatilise nivelleerimise viisi kasutamine selleks loodud metoodika ja aparatuuriga (Lembit Tamme). 1969 kasutati edukalt sama meetodit riikliku kõrgusvõrgu korduvsidumiseks Kroonlinna veemõõduposti nulliga. Riikliku kõrgusvõrgu tihendamine III ja IV klassi nivelleerimiskäikudega toimus topograafilise mõõdistamise ja maaparanduslike uurimistööde ajal. Käikude kogupikkuseks kujunes Eestis 2384 km ja seal oli 1904 kõrgusmärki (reeperit); 1992.–95. aastaks oli neist säilinud 70%.

Maapinna vertikaalliikumise uuringute koordineerimiseks moodustati 1960 Tallinnas Balti neotektoonika komisjon (esimees Karl Orviku). Sellega seoses avaldasid Tartu observatooriumi teadlased Eesti ala esimese samatõusujoonte (isobaaside) skeemi, mis sobis hästi Erkki Kääriäineni Soome kohta koostatud (1953) skeemiga. Järeldati, et maakoore vertikaalliikumine toimub geoloogiliste plokkide kaupa. Plokkide liikumise iseärasusi ning isobaaside skeemi täpsustati kolmanda (kordus) nivelleerimise (täpsus 0,46 mm/km, 1771 km, 1970–91) tulemuste ja uute gravimeetriliste mõõtmiste andmete alusel. Lisaks sellele kasutati samaaegseid GKP ekspeditsiooni nivelleerimisandmeid.

Inimtegevuse põhjustatud paikseid maapinnamuutusi on Kirde-Eesti põlevkivibasseinis, Valgas, Pärnus ja Tallinnas uurinud peamiselt Eesti Projekti geodeedid ja Tallinna Polütehnilise Instituudi geodeesiaõppejõud Richard Lutsari juhtimisel. Tallinna Vanasadama piirkond vajus 1961–64 kuni 4 cm/a, Pärnu kesklinnas vajus Pärnu ja Sauga jõega piirnev ala (1980. aasta andmed) 5 cm/a.

Vaata ka seotud artikleid

• Geodeetiline ja kartograafiline uurimine Eestis
• GPS-gravimeetriline geoidi mudel
• maaellipsoid

Kirjandus

• G. Želnin. Maakoore liikumise uurimisest Eesti NSV territooriumil. – Tähetorni kalender 1971. Tallinn, 1970
• V. Maasik. Gravimeetriliste uurimiste ajaloost Eestis. – Teaduse ajaloo lehekülgi Eestist II. Tallinn, 1976
• L. Vallner. Изучение характера современных вертикальных движений. Изучение движений Прибалтики. Tartu, 1981
• E. Tammiksaar. C. A. Rathlef – oro- ja hüdrograafilised kaardid. – Geodeet, 1993, 4
• H. Sildvee, J. Paesalu. Raskuskiirenduse uuringutest Eesti territooriumil. – Eesti Füüsika Seltsi aastaraamat 1994. Tartu, 1995
• H. Sildvee, H. Jürgenson. Kohaliku geoidi arvutused Eestis. – Geodeet, 1997, 14, ja 1998, 15
• H. Sildvee. Gravity measurements of Estonia. – Reports of the Finnish Geodetic Institute, 1998, 3, Masala
• A. Torim. Eesti kõrgusvõrgu renoveerimine. – Geodeet, 2000, 21
• A. Torim. Maakoore tõusust ja rannajoone muutustest Eestis. – Geodeet 2004, 28
• H. Potter, I. Treikelder. Geodeesia ja kartograafia läbi aegade. Tallinn, 2011

EE 11, 2002 (Heiki Potter)