지구는 약 45억 년 전에 탄생하여, 핵, 맨틀 및 지각의 층상 구조로 진화되었고, 대기와 해양의 생성과 더불어 지표에는 생명체가 등장하여 현재에 이르렀다.
지구의 모양
지구의 모양에 대한 생각은 오랜 세울 변천 해 왔다. 고대 중국이나 서양에서는 하늘은 둥글고 땅은 편평하다고 믿어 왔으며, 중세 때까지만 해도 원반설이 받아들여졌다. 1521년 마젤란이 세계 일주를 하여 지구가 구형임을 밝혀낼 때까지 지구는 편평하다는 것이 상식이었다.
■ 지구 타원체
지구의 편평한 정도를 나타내는 편평도는 적도 반지름과 극반지름의 차를 적도 반지름으로 나눈 값으로 정의한다. 타원체의 납작한 정도를 나타내는 값으로서, 그 값이 클수록 납작 타원체가 된다. 지구의 모양이 완전한 구형이라는 데 처음 의심을 품은 사람은 1671년 가이아나로 천문 관측을 떠난 장 리세였다.
그는 파리에서 정확했던 진자 시계가 가이아나에서는 하루에 2.5분씩 늦어짐을 발견했다. 그 후 이 소식을 들은 뉴턴은 지구 자전에 의한 구심력과 중력과의 관계로 지구는 적도 지방이 볼록한 타원체라고 주장하며 지구의 편평도가 1/230이라고 한 반면에, 카시니는 실제로 삼각 측량을 한 자료를 분석하여 지구의 편평도는 1/95이라고 하였다.
이를 확인하기 위해서 프랑스 과학원에서는 1730년대에 2개 조의 측량대를 라플란드와 페루에 보내어 10여 년 동안 위도 1도 간의 거리를 측정하였다. 그 결과 지구의 편평도는 대략 1/300임이 확인되었다. 이러한 편평도의 값에 비추어 보면 지구는 거의 구형에 가깝다.
지구 타원체는 지구의 기하학적인 모양을 나타내는 것으로 삼각 측량의 기준면이 되고, 이를 근거로 지구의 반지름, 표면적, 부피 등을 측정한다.
따라서 어느 지역의 거리나 면적을 측정할 때는 그 지역의 곡면을 가장 잘 나타내 주는 지구 타원체를 채택해 사용하는데, 현재 우리나라, 일본, 미국 등에서는 베셀의 지구 타원체를 쓰고 있다.
■ 지오이드
지구 표면의 약 71%는 바다이므로, 지구의 모양은 지구 타원체보다 해수면으로 더욱 잘 나타낼 수 있다. 유체인 해수의 표면은 물리적으로 평형을 이루므로 지구 중력 방향과 수직이 된다. 이 면은 평균 해수면과 같은데, 이것을 육지로 연장하여 가상한 면을 지오이드 라고 한다.
지오이드는 지형의 고도를 측정하는 수준 측량의기준면이며, 위치 에너지가 0인 지구 표면의 물리적 성질을 잘 나타내 주는 면이라고 할 수 있다.
그러므로 지오이드는 지각의 구조, 바다아ㅘ 육지의 분포 드으이 영향을 받아 기복을 가진 곡면이 된다. 이러한 사실은 인공위성의 궤도 추정을 연구함으로써 더욱 정밀하게 표시할 수 있게 되었다.