Fyysillinen maantiede.
Luonnontieteet eivät olleet paljoakaan edistyneet siitä kannasta, jolle Aristoteles ja muut kreikkalaiset oppineet olivat ne jättäneet, kuinka olisi siis suurien löytöretkien aikakausi voinut uudenaikaisessa merkityksessä käsitellä sitä ainesten runsautta, joka eri tahoilta tulvi oppineitten työkammioihin? Luonnollista oli, että maantiede, samoin kuin muutkin havaintotieteet, tyytyi aluksi ilmiöitä kuvaamaan ja ryhmittelemään, ennenkuin se alkoi niitten syitten perille tunkeutua ja luoda tiedettä.
Maanpinnan korkeusseikkoihin ei kiinnitetty suurta huomiota, koska ei ymmärretty niiden merkitystä. Tosin Mercatorin Europan kartassa tärkeimmät vuorijonot ovat paikoillaan, mutta maanosamme ulkopuolella tuskin on suurimmistakaan vuoristoista merkkiäkään kartoilla. Kirjallisuudesta ei kuitenkaan kokonaan puuttunut tietoja, joita karttain piirtäjät olisivat voineet ohjeenaan käyttää; Acosta esim. v. 1590 julkaisemassaan teoksessa jakaa Perun kolmia: sateettomaan rannikkovyöhykkeeseen, ylätasankoihin ja cordillerien taajametsäisiin itäisiin rinteihin: Mexicoa hän kuvaa ylätasangoksi, jonka vuoristoreunat ovat kohonneet pystyyn Mexicon lahden puolelle. Vuoristojen korkeudesta jäivät voimaan Vanhan ajan suhdattomat käsitykset, kun ei vielä ollut keinoja, joilla olisi voitu se mitata. Sebastian Münster luuli olevan pariakinkymmentä kilometriä korkeita vuoria; sitä ei ole ihmettelemistä, kun toistasataa vuotta myöhemmin jesuiitta Riccioli, jonka oppia vielä 18:nnen vuosisadan alussa ylistettiin, luuli Mont Cenis’iä neljä kertaa korkeammaksi Mont Blancia ja Kaukasossa olevan 60 kilometriä korkeita kukkuloita. Jonkun aikaa luultiin, että Uralissa oli maapallon korkein kukkula, ja myöhemmin, kun oli saatu kuulla Novaja Semljan kukkulain olevan vielä korkeampia, luultiin korkeimman kukkulan olevan siellä. Jesuiitta Acosta aivan oikein vakuutti, että Andien kukkulain rinnalla Pyreneitten ja Alppien korkeimmatkin huiput ovat kuin huoneet tornien rinnalla.
Vielä vähemmän on ihmeteltävä sitä, ettei maankuoren rakenne herättänyt ajan oppineitten huomiota. Oli kuitenkin eräs merkillinen poikkeus. Leonardo da Vinci, löytöretkien aikakauden suurin nero, etevä luonnontutkijana ja insinöörinä samoin kuin taiteilijanakin, oli kanavatöitä johtaessaan eri osissa Italiaa tullut merkillisiin johtopäätöksiin. Hän löysi korkeilta vuorilta maan sisästä merikasvien ja simpukkain kivettymiä ja päätteli siitä, että ne vuoret olivat aikanaan olleet merenpohjana. Merenpohja, joka alkuaan oli ollut tasainen, oli kohonnut, joet olivat sen uurtaneet vakoihin, levittäneet vaot laaksoiksi ja juoksevan veden vaikutuksen kautta oli siten ylänkö jakautunut vuorenkukkuloiksi. Niitä hioutuneita pyöreitä paasia ja kiviä, joita on Alppien rinnepengermillä, hän luuli entisten tulvapurojen hierelemiksi; niin kauas hänen neronsa ei voinut kantaa, että hän olisi keksinyt jääkauden vaikutukset Alpeilla. Hän tutki jokien suistamoita ja osotti, kuinka niissä hieno liete peittää sisäänsä rantakasveja ja eläinten jäännöksiä, jotka lietteen sisässä joko kivettyvät taikka jättävät siihen painalmuksensa, kuinka lietettä karttuu kerros kerroksen päälle, niinkuin sitten näkyy vuorien rinteistä, kun joet ovat niihin laaksoja uurtaneet. Leonardo da Vinci (1452—1519) oli varmaan ainoa, joka tämmöisiä mielipiteitä lausui: vasta kaksisataa vuotta myöhemmin nämä totuudet selvisivät Stenon ja Leibnitzin kaltaisille miehille.
Tulivuoret herättivät monen tutkijan tiedonhalua. Molukkien maaherra Antão Galvão nousi Ternaten tulivuorelle, Mexicossa eräs Corteksen seuralaisista etsi rikkikivennäisiä Popocatepetlin kraterista ja muuan munkki antoi v. 1538 laskea itsensä kettingeillä Nicaraguan Massayan »helvettiin», aivan laavakidan reunalle saakka; hän nimittäin luuli tulivuoren kidassa kiehuvia sulia aineita jaloiksi metalleiksi. Jo aikaisemmin oli historioitsija Oviedo käynyt »helvetin» partaalla; hän julkaisi sitten tulivuoresta kuvauksen. Acosta ensimäiseksi teki erotuksen toimivien ja sammuneiden tulivuorien välillä; sammuneet olivat hänen johtopäätöksensä mukaan ruvenneet lepotilaan sen vuoksi, että ne olivat itsensä tyhjiksi purkaneet. Sebastian Münster tutki niitä muutoksia, joiden alainen Etnan keila oli ollut sen jälkeen, kun Strabon näki tämän tulivuoren. Münsterin luulon mukaan maan sisusta oli tulikuuma, täynnään sulia aineita, jotka vielä siellä täällä tunkeutuivat kuoren puhki maanpinnalle, tulivuoria muodostaen.
Perussa Espanjalaiset saivat runsaasti tilaisuuksia tutustua maanjäristyksiin ja niiden laajuuteen. Maanjäristyksien yleisyyden Perun ja Chilen rannikolla luultiin johtuvan siitä, että merivettä pääsi rakoja ja luolia pitkin tunkeutumaan maan sisustaan ja muodostamaan siellä kaasuja, jotka väkivoimalla pyrkivät ulos.
Columbus ensimäisellä matkallaan Atlantin meren poikki huomasi sekä kompassin poikkeaman, että poikkeaman erilaisuuden eri paikoissa: toiset kuitenkin luulevat, että poikkeama jo aikaisemmin tunnettiin. Purjehtijat kauan otaksuivat poikkeaman johtuvan siitä, että kompassit olivat virheellisesti rakennetut, sillä heidän mielestään oli luonnonvastaista otaksua, ettei kompassi näyttäisi suoraan pohjoiseen. Kun sitten poikkeama oli epäämättömällä tavalla todistettu ja oli osotettu sen voivan olla joko itäisen tai läntisen, niin koetettiin selittää, että poikkeus pohjois-eteläsuunnasta ainakin muuttuu hyvin säännöllisesti, niin että sen suuruus on helppo yksinkertaisen laskelman kautta määrätä, kun tunnetaan laivan asema. Mutta ei kauaa kulunut, ennenkuin tämäkin huomattiin erehdykseksi. Purjehtijat pääsivät selville siitä, että, samallakin meridianilla poikkeama saattoi muuttua sekä läntisestä suoraan pohjoiseksi että vielä itäiseksikin, ja että viivat, joita piirrettiin yhtä suurten poikkeumain kautta, kulkivat hyvinkin epäsäännöllisesti, eivätkä suinkaan meridianien suuntaan. Kuudennentoista vuosisadan lopulla maantieteilijät koettivat piirtää magneettisia poikkeumaviivoja esittäviä karttoja, jotka nykyisin olisivat hyvin arvokkaita poikkeaman vaihtelujen määräämiseksi, jos karttain laatijoilla olisi ollut tietoa siitä, minä vuosina heidän käyttämänsä havainnot oli tehty.
V. 1576 eräs englantilainen mekanikko, Robert Norman keksi magneettineulan kallistumisen, »inklinatsion», s.o. että vapaana riippuva magneetti kääntyy pää melkein pystyyn alaspäin. Tämän kallistuman suuruus mitattiin eri paikoissa maan pinnalla. Henry Hudson oli ensimäinen purjehtija, jolla oli semmoinen magneetti mukanaan laivalla. Huomattiin kallistuman vähentyvän navalta päiväntasaajaa kohti, ja William Gilbert lausui v. 1593 Lontoossa julki sen ajatuksen, että koko maa on magneetti, jonka magneettisten voimain suuntaan magneettineula asettuu.
Magalhãesin matka kokonaan mullisti mielipiteet maan ja meren keskinäisestä laajuussuhteesta maanpinnalla. Kreikkalaiset oppineet olivat tosin arvostelleet vettä olevan maahan verraten monta vertaa enemmän, vaikkei se näykään Ptolemaioksen kartasta, hän kun ei koettanut kuvata maapallon takapuolta. Mutta osaksi raamatun sanoista, osaksi muista syistä Keskiajan oppineet ja Columbus niitten mukaan (II, s. 8) päättivät maata olevan paljon enemmän kuin vettä. Tämä käsitys piti sitkeästi puoliaan vielä sittenkin, kun kaikki suuret valtameret jo olivat tulleet ainakin osaksi tunnetuiksi, ja vielä Mercator arveli, että varmaan vesi ja manner maapallon pinnalla pitivät toisiaan tasapainossa. Tämä tasapaino saatiin aikaan otaksumalla etelänavan ympärillä olevan valtavan manteren, joka kulloinkin piirrettiin ulottuvaksi jotenkin niin kauas pohjoista kohti, kuin kullakin kulmalla oli etäimmäksi etelää kohti purjehdittu.
Meren syvyyksiä mitattiin kaikilla rantavesillä ja syvyydet merkittiin karttoihin. Samalla tutkittiin pohjan väri ja luonne, jotta purjehtijat luotauspainolla näytteitä ottaen saattoivat pohjan laadusta päättää, olivatko joutuneet liian lähelle maata. Suuria syvyyksiä mittaamasta esti vielä koneiden puutteellisuus. Kaikki purjehtijat kokosivat tarkkoja tietoja satama-ajoista, jotka huolellisesti koottiin purjehdusoppaihin; satama-ajan määrääjä on korkean veden aika, joka suuresti vaihtelee samankin maan rannoilla sen mukaan, mikä paikan asema etenevään vuoksiaaltoon on ja miltä puolelta aalto tulee. Vuorovesien vaihtelut kuun ja auringon asemien mukaan tunnettiin. Kun kuu ja aurinko sattuvat taivaalle samalle puolelle taikka maan kahden puolen vastakkain, siis uudenkuun ja täysikuun aikoina, on tulvavuoksi, puolenkuun aikana taas, jolloin kuun ja auringon maan kanssa muodostama kulma on 90°, ovat vajaat vuokset, koska molempien taivaankappaleiden vuoksiaaltoa kohottavat tehot silloin hävittävät toisiaan. Mutta vasta Kepler uskalsi opettaa, että kuun vetovoima (vis tractoria) synnyttää päiväntasaajan seuduilla meren paisunnan, joka vierii molempia napoja kohti, niin että maapallon kaikki meret tulevat vuoksiaallosta osallisiksi.