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지질과학
19세기초 프랑스에서 광물학과 결정학이 과학으로 발전했다.
광물의 차이를 결정형태들의 차이로 보게 되었고, 그후 화학에 기초한 광물분류체계가 확립되었다. 편광현미경과 암석박편제작기술로 광물의 광학적 성질과 구성에 근거한 분류도 가능해졌다. 윌리엄 스미스는 "위의 지층은 아래의 지층보다 후에 퇴적된 것이고 화석도 암석의 신고(新古)에 따라 변화한다"는 동물군 천이의 원리를 제시함으로써 화석에 의한 전세계 지층을 대비하는 데 크게 공헌했으며 역사상 생명형태의 연속성에 질서가 존재한다는 것을 밝혔다.
그러나 화석의 연속선상에서 불연속면들이 발견되었는데, 조르주 퀴비에는 비교해부학적 방법으로 멸종화석들을 복원시켰고 멸종의 원인을 급작스런 지질학적 격변으로 돌리려 했다(격변설). 찰스 라이엘은 격변설에 대항해 지질변동의 원인은 동일하고 그 에너지 강도도 일정하기 때문에 지구는 늘 정상상태를 유지하며 유기체의 진보성도 있을 수 없다는 동일과정설을 주창했다.
그가 생명의 반진보성에 대한 시각을 포기한 후에도 그의 방법론은 암석으로부터 지질변동을 추론하는 과정에 큰 도움을 주었고 계속 높이 평가되어왔다. 스위스의 루이스 아가시는 빙하기에 북극에서부터 지중해까지 빙하가 전유럽을 덮었다고 주장했으며 빙하기의 증거를 제시했다(빙하학).
19세기 중반경 지층누중의 법칙과 동물군천이의 법칙을 응용해 유럽의 화석을 함유한 지층들을 시간적 순서로 분류했다.
시간의 단위를 결정하고 고생대·중생대·신생대를 구분했다. 또한 아메리카 대륙 서부의 과학적 탐사로 유수에 의한 침식지형에 대해 많은 정보를 얻었다(연대측정). 충적과정에 관한 자세한 분석이 이루어졌고, 융기지역이 유년기·장년기·노년기와 준평원시기를 거친다는 지질학적 순환의 개념이 제안되었다. 이 관점은 20세기에 들어서까지도 지형학적 사고를 지배했다.
지구중력의 국부적 이상을 설명하기 위해서는 지구내부의 일정한 깊이에서의 정역학적 평형상태를 가정해야 하는데, 이는 지각 위의 무게가 증가한 만큼 가라앉게 되고, 무게가 감소한 만큼 상승하는 지표의 상하운동을 통해 지각의 일반적 평형이 유지된다는 지각평형설로 지칭되었다.
이에 근거해 제임스 홀은 미국 애팔래치아 산맥의 연구를 통해, 산맥을 형성한 지층은 침강하는 해저의 수평퇴적분지에 쌓인 퇴적층들이라는 지향사설을 내놓았다.
수문과학
1807년 미국연안조사국이 창설되어 수문학, 측지학, 조수 연구 및 해도작성의 임무를 맡았으며 이후 창건된 미국 해군이 더욱 광범위한 해양학적 조사를 수행했다.
대서양 횡단의 해저 전신 케이블 건설로 해저의 모양, 해저류, 해저생물의 연구가 촉진되었으며, 연이어 심해에 관한 많은 정보가 수집되었고 표층해류와 해양 도서(島嶼)들의 정확한 위치도 알려졌다. 해수의 정량분석이 이루어졌고 조석현상의 방정식이 세워졌으며 조수예측기가 고안되기도 했다.
대기과학
존 돌턴은 수증기의 증발과 응결이 화학변화가 아님을 밝혔고 루돌프 클라우지우스는 기체운동론에서 증발의 역학을 명확히 설명했다.
열기구의 발명으로 상공의 대기조성과 흐름도 점차 알려지게 되었다. 구름의 형태가 분류되었고, 대기의 수증기가 이슬점온도 이하로 냉각되어 구름으로 응결되고 먼지와 같은 응결핵이 구름형성에 결정적이라는 사실이 이해되었으며, 원인에 따른 안개와 강수의 분류연구에 많은 노력이 경주되었다.
폭풍, 특히 적도지방의 회전폭풍우는 많은 관심을 모은 주제였는데, 1697년에 태풍으로 기록된 이래 그 이동방향과 위력에 대한 정보가 지역마다 태풍·허리케인·사이클론으로 보고되고 명명되었다. 1830년대에 전선형성에 의한 상승기류와 수증기의 잠열로서 태풍의 에너지가 설명되었다.
근대 기상학은 분석과 예보의 수단으로 일기도가 개발되면서 출발했고, 일기도를 가능하게 한 것은 전기와 전신이었다.
미국에서는 1860년경에 이미 500군데 이상의 관측소망이 구성되어 있었다. 유럽에서는 1854년에 폭풍에 의해 큰 손실을 입게 되자 프랑스는 국가적인 폭풍경보체제를 갖추었다. 최초의 현대적 일기도가 출판되었으며 온도변화와 강수, 폭풍의 진로를 예보하는 종관기상학이 발전했다.
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