第二章地理科技大發現4(2)
地理科學成就
中國古代文獻於1041年就記錄了測定方向時磁偏角的校正。沈括在世界上最早經實驗證明了磁針“能指南，然常微偏東”，記錄了地理子午線和地磁子午線指示的方向並不完全一致。因而他是世界上最早經實驗證實並記錄了地磁子午線不正南，而微偏東，也是世界上最早發現並記錄了地磁偏角的科學家之一。要確定地磁角，就必須精確地測量出子午線的正南北方向。西方則於公元1492年哥倫布橫渡大西洋時首先發現磁偏角現象，沈括他們較之西方早了400多年。他還把中國先前地圖繪製中僅能測量的8個方向，提高到測量24個方向，把對方向測量的精度，提高了三倍。
沈括在繪製地圖中不僅能確定精確的方位、比例尺，而且能校正因地形起伏、道路曲折而產生的測量誤差。他首創了地形高程測量的方法。公元1072年，創“分層築堰測量地形法”測量汴河(唐宋時稱通濟渠為汴河，此河宋以後堙廢)河道地形。測量了自河南開封上善門至泗州淮口的直線距離420公裏130步和水平高差63．3米。在文獻記載中，這是他主持了世界最早的精密地形測量，比俄國於1696年開始的頓河地形測量要早600多年。在實地測量的基礎上，他用膠泥、木屑與熔蠟混合，製造出幾種不同的地圖模型。然後再複製成木刻地理模型。這比歐洲最早的地理模型早了700多年。地圖和地圖模型都有詳細的說明書，以備後世圖亡佚，如果得到說明書，按24個方位布置地物點位及郡縣，立可成圖。公元1076—1087年間，他繪製了當時全國地圖20幅，名為《天下州縣圖》(已佚)。這是一部“以二寸折百裏”比例尺的。表示了地形起伏的大型地圖集，受到朝廷嘉獎。
公元1074年，沈括奉命到北方邊防視察，路過太行山麓，看到螺蚌化石。他記錄說：
“予奉使河北，邊太行而北，山崖之間，往往銜螺蚌殼及石子如鳥卵者，橫亙石壁如帶，此乃昔之海濱，今東距海近千裏。所謂大陸者，皆濁流所湮耳。……凡大河、漳水、滹、沱、涿水、桑乾之類，悉是濁流。今關、陝以西，水行地中，不減百餘尺，其泥歲東流，皆為大陸之土，此理必然。”(《夢溪筆談》第二十五卷)
據此，他推斷這裏過去是海濱，現在距海已近千裏了。並進而推斷華北平原是由黃河、滹沱河、涿水、桑乾河等衝積形成。根據化石來恢複古地理環境，是沈括在地學史上的偉大貢獻之一。這較地質學萌芽時期科學家列奧納多·達·芬奇(1452～1519)假設亞平寧山中螺蚌化石為海中古生物遺跡要早400多年。沈括還從黃河等河流的侵蝕和沉積以及曆史記載說明華北大平原是由這些河流自上流衝積帶來的泥沙沉積而成。這是對華北平原成因最早的科學解釋。
沈括還論述了上聳千尺、峭拔險奇的雁蕩諸峰，其高岩峭壁的頂部，適在同一平麵之上，由此推斷雁蕩諸峰是由流水侵蝕作用形成的。流水將疏鬆破碎的岩石，土壤衝走，留下堅硬、固結的峭峰，因而其巔高度會在同一平麵之上。此後他又以黃土高原為例，進一步闡明了流水的侵蝕、沉積原理。這與阿拉伯人阿維森納(980～1073)，用剝蝕作用解釋山嶽形成，如出一轍。
沈括根據延州永寧關大河岸崩，入地數十尺，其下出土一石筍林，共有數百莖，都變為化石，因而推斷這裏氣候早年濕熱，宜竹。根據化石來研究古氣候變遷，沈括也是世界上最早的。
他也是世界上最早記錄了石油，並斷言石油“必大行於世”的科學預言家。
他還記載了有關虹和大氣的折射現象，引用別人“虹乃雨中日影，日照雨則有之”，論證和解釋了這一天空大氣折射現象的科學原理。
他還記錄了登州(山東蓬萊)的“海市蜃樓”現象，指出這種現象不僅出現在海濱，也會出現在大陸。這是一種大氣的折光現象。
他又科學地描述了龍卷風發生時的全部過程和外表形態。其外形“望之插天如羊角”，具有強大的破壞力，所經之處，官府、房舍、居民住家一掃而空，通通卷入雲中去了。甚至會使縣城變為廢墟。沈括對龍卷風的細致描述，證明了龍卷風的分布，並不僅隻是南美洲獨有的現象，11世紀的中國，也曾發生過龍卷風。
沈括對物候學也有過傑出的研究，說明了溫度隨地勢的增高，會相應下降。植物開花也跟著會在時間、季節上延緩。同一種植物，因品種不同，發育期也不同。同一品種的植物，其習性可以因人工栽培而改變。改善植物的水、肥、光、溫條件，也會促使植物早熟。他係統地提出了物候隨高度、生物品種、緯度高低、人類生產活動的變化而變化的理論，在世界上也是首創。
公元1064年，沈括對常州地區隕石現象與過程作了精辟的科學記載。
“治平元年，常州日禺時，天有大聲如雷，乃一大星幾如月。見於東南；少時又震一聲移著西南；又震一聲而墜在宜興縣民許氏園中。遠近皆見，火光赫然照天，許氏藩籬皆為所焚。是時火息，視地中隻有一竅如桮大，極深。下視之，星在其中熒熒然。良久漸暗，尚熱不可近。又久之，發其竅深三尺餘，乃得一圓石，猶熱。其大如拳，一頭微銳，色如鐵，重亦如之。州守鄭伸得之，送潤州金山寺。”(《夢溪筆談》卷二十)
沈括主持司天監工作，研究過歲差，首倡“十二氣曆”，即主張廢棄陰曆，采用陽曆。用十二個節氣，來代表十二個月，因為月球繞地球運轉周期為29．530588天，地球繞太陽運轉周期為365．242216天。兩個數字不能整除，早先采取閏月的方法，19年7閏來調和這一矛盾。沈括首倡的“十二節氣”曆，比現行的《格裏曆》要合乎理想。
沈括用月亮盈虧的現象，來論證日、月的形狀。他肯定了日、月的形狀像一顆彈丸，即是球體。他還觀察了海潮與月亮的關係，肯定了月球對潮汐的主要作用，指出了海潮起落的滯後現象。對潮候問題的認識比西方早約100年。
沈括指出月食一定發生在望時，但朔、望時不一定發生日、月食。這是因為黃道和白道並不重合，它們之間有一個很小的交角。隻有在黃、白交點附近，日、月、地三者才真正近乎在同一直線上，才有可能發生日、月食。他還精確地計算出了黃道與白道每月後退一度多；每249個交點月即18年零6個月為一個周期。九百多年前，他的這些計算，與今天的計算值極為近似。這就是他的偉大成就。
多才多藝的偉大科學家沈括在地理科學上的貢獻，也證明了他在許多方麵攀登上了當時世界的高峰!
宋元輿圖
宋、元兩代，是我國地圖發展的時期。據侯仁之教授研究，地圖作為對全國政區進行有效行政管理的工具，“每發兵屯戍，移徙租賦，以備檢閱。”宋王朝一方麵要地方定期編繪造送。中央政府為了專門的需要也派人到地方繪製。有些地圖，工程量很大，如首先完成全國地圖——“淳化天下圖”，史稱用絹一百匹。
由於政府提倡與實際需要的促進，見於著錄的宋代地圖比唐代的地圖，不僅數量多而且種類繁雜。以種類而言，各種專門地圖分類細致。如：全國河山圖、全國的州郡縣圖，域外圖、水利、交通、都會、工程、轉運、守令、城市平麵等等莫不有圖。在地圖發展的同時還發展了地圖模型製作。宋代著名的地圖仍保存至今的有：
華夷圖是反映當時中外關係的圖。此圖是據唐代賈耽的《海內華夷圖》縮簡刻於石碑之上，現保存於西安碑林，長、寬各342尺。刻於劉豫阜昌七年(1136)。右下方有“岐學上石”字樣，當是為教學需要而刻。並有“其四方蕃夷之地，唐魏公圖所載，凡數百餘國，今取其著聞者載之，又參考傳記以敘其盛衰本末”。這就說明刻石原據底圖。且黃河入海的路經，也從慶曆八年(1048)改道之前的線路。隻是改動了“契丹”，即大遼國，其姓耶律氏。唐代強盛，對外通好進貢的國家較多，而入宋以後，“以不通名貢而無事於中國今略而不載。”鄰國之中有“沃沮”、“新羅”、“百濟”、“高麗平壤”。左下角注西南，說：“歡州、日南，即越棠、林邑之地……宋自開寶以來，交趾修貢，請內附，皆受封爵。”(見西安碑林《華夷圖》)左上角注“自建隆以來，通於國者於闐、高昌、龜茲、大食、天竺。”國內部分反映了山脈、河流、湖泊、長城等地物，以及各府、州等名稱。所反映的自然地理地物和城市的地理位置與實際情況大體相符。隻是海岸輪廓與今圖比較，變形較大。河、江的源頭也不夠準確。