沈括对地理学的贡献

沈括是我国北宋中期的杰出科学家，他在自然科学和人文科学方面有很深的造诣。

沈括对地理学的贡献在自然科学界独树一帜，他在测量与绘图、地质学研究等方面颇多建树，他还发现地磁偏角的存在，记录气候变化，在世界上率先给“石油”命名。可以沈括说是个多才多艺的伟大科学家。

北宋末年，与辽国之间战争不断，签订“澶渊之盟”后双方罢兵休战。辽国垂涎中原地区的繁华，仗着骁勇的骑兵，不断提出领土要求。

1075年，辽国派大臣萧禧来到东京，要求重新划定边界，他提出的边界是山西北部的黄嵬山，黄嵬山以北为辽国所有，以南为大宋朝所有。大宋如同意他的要求等于将辽国的领土向南推进了15千米。

黄嵬山是一座默默无闻、名不见经传的山脉，北宋大臣几乎是一无所知，朝廷上上下下乱作一团。这时，朝廷想起了熟识地理的沈括，命他出任谈判特使，要他既不能轻开战事，也不能向敌示弱而接受无理要求。

沈括不卑不亢，胸有成竹，他所带的武器就是他的地理学说和《天下郡守图》。

他向萧禧指出，两国按“澶渊之盟”划分边界，边界是白沟河，白沟河以北为辽国领土，以南为大宋领土，而黄嵬山在白沟河以南，是大宋的领土，而不是辽国的领土。

萧禧没有一张自己的地图，更不知道黄嵬山的准确方位，在地图面前，他感到理亏三分，气焰不知不觉地矮了一截。争论了几天后，双方无功而返，但没有将争论推向极端。

不久，沈括又受命出使辽国，在辽国首都上京再谈两国边界。这时辽国的谈判代表升了级，改成了辽国宰相杨益戒。

在谈判时，沈括再次以“澶渊之盟”为基础，以《天下郡守图》为依据，有理有节，寸步不让，而辽国宰相找不到重划边界的理由。这时，沈括又出示大宋的木制地形模型，这使得辽国宰相大为惊奇，深感大宋确有奇才能人。

沈括终于使得辽国放弃了对宋的领土要求，他不愧是一位出色的外交家与地图学家，运用智慧捍卫了大宋的尊严，使大宋的领土得以完整。

其实，沈括的成就是多方面的，他不仅是一个出色的政治家和外交家，也是一个多有建树的科学家。

在科学研究领域，沈括除了在天文、数学、医学、科研方面所取得的成就外，在地理方面，他研究测绘、制作地图，对冲积平原形成、水的侵蚀作用进行研究，发现地磁偏角的存在，还记录气候变化，首先提出“石油”的命名等。

沈括之所以在地理方面取得多项重大成就，是和他长期的学习和积累分不开的。

沈括自幼对天文、地理等有着浓厚的兴趣，勤学好问，刻苦钻研。少年时代他随做泉州州官的父亲在福建泉州居住多年。步入仕途以后，他多次出使国外，观察、研究和记录沿途地形地貌，积累了丰富的地理学知识。

他所经历的多方面见闻，后来均收入他的笔记体著作《梦溪笔谈》。这部书被西方学者称为“中国古代的百科全书”。就性质而言，《梦溪笔谈》属于笔记类。从内容上说，它以多于三分之一的篇幅记述并阐发自然科学知识，这在笔记类著述中是少见的。

在宋代，由于测绘技术的局限，绘制地图用的是“循路步之”法，也就是沿路步行丈量，用步行得出的数据绘制地图，由于道路弯弯曲曲，山川高低错落，用“循路步之”法绘制的地图与实况有很大的误差，图上差之一厘，实地就差之千米。

沈括采用“飞鸟图”也就是“取鸟飞之数”，用的是飞鸟直达的距离，有点像现在的航空拍摄，使得地图的精确度大为提高。

沈括在视察河北边防的时候，曾经把所考察的山川、道路和地形，在木板上制成立体地理模型。这个做法很快便被推广到边疆各州。

公元1076年，沈括奉旨编绘天下州县的地图。他查阅了大量档案文件和图书，经过近20年的坚持不懈的努力，终于完成了我国制图史上的一部巨作《天下郡守图》。

《天下郡守图》是一套大型地图集，共计20幅，其中有大图一幅，高4米，宽3.3米；小图一幅；各路图18幅，是按当时行政区划，全国分18路而制作的。图幅之大，内容之详，都是以前少见的。事实上，正是由于他的地理学说与《天下郡守图》，使他在与辽国的边界谈判中发挥了重要作用，起到了10万士兵都难以达到的威力。

在制图方法上，沈括不仅能确定精确的方位、比例，而且能校正因地形起伏、道路曲折而产生的测量误差。他首创了地形高程测量的方法。

沈括创“分层筑堰”测量地形的方法，测量了汴河河道地形，测量了自河南开封上善门至泗州淮口的直线距离。这是世界最早的精密地形测量，在世界水利史上是一个创举。

“分层筑堰”是把汴渠分成许多段，分层筑成台阶形的堤堰，引水灌注入内，然后逐级测量各段水面，累计各段方面的差，总和就是开封和泗州间“地势高下之实”。

仅仅四五年时间里，就取得引水淤田17000多顷的显著成绩。在对地势高度计算时，其单位竟细到了寸分，可见沈括的治水态度是极其严肃认真的。

在实地测量的基础上，沈括用胶泥、木屑与熔蜡混合，制造出几种不同的地图模型，然后再复制成木刻地理模型。这比欧洲最早的地理模型早了多年。

地图和地图模型都有详细的说明书，以备后世图亡佚时，如果得到说明书，按各方位布置地物点位及郡县，立可成图。

沈括提出分率、准望、互融、傍验、高下、方斜、迂直等九法，这和西晋裴秀著名的“制图六体”是大体一致的。他还把四面八方细分成24个方位，使图的精度有了进一步提高，为我国古代地图学做出了重要贡献。

在地质学方面，沈括奉命到北方边防视察，路过太行山麓，看到螺蚌化石。据此，他推断这里过去是海滨，现在距海已近千千米了。并进而推断华北平原是由黄河、滹沱河、涿水、桑乾河等冲积形成。根据化石来恢复古地理环境，是沈括在地学史上的伟大贡献之一。

他还从黄河等河流的侵蚀和沉积以及历史记载，来说明华北大平原是由这些河流自上游冲积带来的泥沙沉积而成。这是对华北平原成因最早的科学解释。

他还论述了上耸千尺、峭拔险奇的雁荡诸峰，其高岩峭壁的顶部，适在同一平面之上，由此推断雁荡诸峰是由流水侵蚀作用形成的。流水将疏松破碎的岩石、土壤冲走，留下坚硬、固结的峭峰，因而其巅高度会在同一平面之上。此后他又以黄土高原为例，进一步阐明了流水的侵蚀、沉积原理。

在气候学方面，沈括根据延州永宁关大河岸崩，入地数十尺，其下出土一石笋林，共有数百茎，都变为化石。因而推断这里气候早年湿热，竹生繁茂。根据化石来研究古气候变迁，沈括也是世界上最早的。

他还记载了有关虹和大气的折射现象，认为“虹乃雨中日影，日照雨则有之”，论证和解释了这一天空大气折射现象的科学原理。他还记录了登州（即山东蓬莱）的“海市蜃楼”现象，指出这种现象不仅出现在海滨，也会出现在大陆。这是一种大气的折光现象。

沈括科学地描述了龙卷风发生时的全部过程和外表形态。其外形望之插天如羊角，具有强大的破坏力，所经之处，官府、房舍、居民住家一扫而空，通通卷入云中去了。甚至会把县城变为废墟。

他对龙卷风的细致描述，证明了龙卷风的分布并不仅只是南美洲独有的现象，当时，在我国也曾发生过龙卷风。

沈括对物候学也有过杰出的研究，说明了温度随地势的增高，会相应下降。植物开花也跟着会在时间、季节上延缓。同一种植物，因品种不同，发育期也不同。

同一品种的植物，其习性可以因人工栽培而改变。改善植物的水、肥、光、温条件，也会促使植物早熟。他系统地提出了物候随高度、生物品种、纬度高低、人类生产活动的变化而变化的理论，在世界上也是首创。

沈括在《梦溪笔谈》中留下了历史上对指南针的最早记载。他在书卷第二十四《杂志一》记载：“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常偏东，不全南也。”这是世界上关于地磁偏角的最早记载。他在《补笔谈》第三卷中《药议》一篇又记载：“以磁石磨针锋，则锐处常指南，也有指北者，恐石性也不同。”

沈括在世界上最早经实验证明了磁针能指南，然常微偏东，记录了地理子午线和地磁子午线指示的方向并不完全一致，因而他是世界上最早发现并记录了地磁偏角的科学家之一。

沈括不仅记载了指南针的制作方法，而且通过实验研究，总结出了4种放置指南针的方法：把磁针横贯灯芯、架在碗沿或指甲上，以及用丝线悬挂起来。最后沈括指出使用丝线悬挂磁针的方法最好。

沈括是世界上最早记录了石油、并断言石油必大行于世的科学预言家。有一次，沈括在书中读到“高奴县有洧水，可燃”这句话，觉得很奇怪，水怎么可能燃烧呢？他决定进行实地考察。在考察中，他发现了一种褐色液体，当地人叫它“石漆”“石脂”，用它烧火做饭、点灯和取暖。沈括弄清楚这种液体的性质和用途后，给它取了一个新名字，叫“石油”。并动员老百姓推广使用，从而减少砍伐树木。

沈括在其著作《梦溪笔记》中记载“鄜、延境内有石油”，并且预言“此物后必大行于世”。沈括提出的“石油”这个名词便一直沿用至今天。多才多艺的伟大科学家沈括在地理科学上的贡献，也证明了他在许多方面攀登上了当时世界科学领域的最高峰。