一、自然地理學的重大突破和製圖學的發展
第一階段的地理大發現（15世紀中後葉至16世紀初中葉）在自然地理學方麵具有重大意義。除了證實大地的形狀、大小、海陸分布、對蹠、時差等問題外，還有一些重大的突破。
1.破除了迷信，解放了思想 在地理大發現的前一階段，航海家和探險家們既要與大自然作殊死的鬥爭，又要與宗教迷信、錯誤觀念等人文樊籬作勇敢的決裂。正如美國史家彭羅斯所說，在地理大發現的前期，探險家們麵臨的最大障礙與其說是風浪，不如說是迷信。當時盡管地球學說及相關的地理觀念已逐漸複蘇並流傳，但迷信的傳說，錯誤的地理觀念仍十分盛行，束縛著多數人的思想。人們仍然心有疑惑，大地看起來是平的，誰能肯定大地是球形的？繞過非洲可以去印度、中國嗎？渡過大西洋可以去東方嗎？迷信仍在多數人頭腦中作祟：遠方的海怪非常大，會把船咬沉；灼熱地帶的海水燙得像開水，風浪一起就會把人燙死；遠方的磁山會把船上的鐵釘吸走，使船舶散架沉沒；赤道地區的烈日暴曬和高溫會點燃焚毀木船；歐洲白人到了赤道附近的灼熱地帶會變成黑人，永遠不會複原，等等。當時的遠航者也常受到警告，說他們的遠航計劃是瘋狂的。因為大地是平的，世界洋環繞著大地，並在天涯海角跌入深淵形成巨大的瀑布。要是船舶航行到大洋的邊緣，它將跌入巨大的深淵並被打沉。守舊者對遠航也持異議：“退一萬步說，就算我們承認大地呈球形。但如果船從球頂出發並到了球中部以下的底半球時，它又怎麼能返回呢？水往低處流，船隨水流走，若能返回，一路上不是要爬水山嗎”？這些迷信使得要找遠航的投資者和參加者十分困難。
這類迷信和錯誤觀念不僅在社會上很盛行，而且對參加各次重要遠航的人也有影響。他們中的許多人對地球學說仍半信半疑。1488年葡萄牙的迪亞士在繞過非洲南端的遠航時，1492年意大利的哥倫布在首次橫渡大西洋時，1498年葡萄牙的達·伽馬在開辟去印度的航路的探險中，1519-1521年西班牙的麥哲倫在環航地球時，因感到探航前途渺茫，茫茫大海不知何處是盡頭，再加上其他原因，都發生過部分海員鼓噪返航，甚至以造反要挾的事情。由於領頭者強烈的發財致富的欲望，以及對地球學說的堅定信念和高超的航海技術才使這些重大遠航仍基本獲得成功。而他們的遠航一次次取得成功，就一次次解放了人們的思想，也就一次次沉重打擊了各種謬說和迷信。
2.充實和初步完善了地圖冊和地球儀 地理大發現為製圖學家提供的資料和數據，被迅速吸收和反映在地圖冊和地球儀上，文明人類所知的地球表麵不斷擴大。迪亞士在非洲西南海岸和好望角一帶的航行和發現，由德國的馬提路斯（Martellus）在1490年前後繪製的世界地圖表示出來，盡管這幅圖上的西非海岸過於向東南傾斜，非洲伸入南半球太遠。德國的馬丁·倍海姆在哥倫布遠航前夕製作了歐洲中世紀以來的第一個地球儀（見圖），直徑為半米。它也是現存最古老的地球儀。倍海姆很可能是根據馬提路斯的世界地圖製作的。倍海姆本人也多次隨葡萄牙船隊沿西非海岸探航，自稱最遠到達過剛果。倍海姆製作地球儀的主要目的是要向紐倫堡的金融界宣傳葡萄牙人已取得的成就和繞過非洲到印度去的遠航計劃，以便說服銀行家們向葡萄牙人的探航貸款，並保證其投資必定贏利。1500年德·拉·科薩繪製的世界地圖是現存最早的反映了哥倫布、達·伽馬地理發現成果的地圖。德拉·科薩也多次參與了哥倫布、亞美利哥的遠航。1507年李勞克斯（Lenox）製作的地球儀，是現存最早的哥倫布遠航後製作的地球儀，銅球上鐫刻出美洲。同年，德國人瓦爾澤繆勒提議把新大陸稱為亞美利加洲，並在自己繪製出版的大型世界地圖上把南美地區標成“亞美利加”。該地圖展示了北美洲的島狀大陸，並且彼此由巴拿馬地峽聯結著。德人約翰·舍孔勒爾（Schoner）於1515年製作了標有“亞美利加洲”地名的第一個地球儀。該地球儀還反映了巴爾波亞對大南海（太平洋）的發現，並稱之為東洋，而把美洲以東、歐洲非洲以西的大西洋稱為西洋。16世紀10年代，格拉銳魯斯（Glareanus）繪製了采用極麵投影的南北半球地圖，這是繪出了太平洋的第一幅世界地圖。其中南半球地圖表現的大洋在觀念上有重大進展。圖上南美洲和馬來半島之間的海洋非常開闊，並與大西洋和印度洋相連。西入托爾棱羅（de Torreno）根據麥哲倫環航探險隊幸存者提供的資料，在1522年繪製的地圖上首次標繪出菲律賓，正確地繪出了從歐洲到中國的大陸海岸線。葡萄牙人利貝羅（Ribeiro）於16世紀20年代繪製了舊式航海圖珀托蘭地圖。圖上東西兩個半球的大陸輪廓都繪得非常準確，南美大陸呈三角形。這幅地圖與兩個世紀後的地圖相差無幾。當然東北亞和西北美的太平洋海岸還沒畫好，澳洲還沒畫出來。1531年奧·費內（Finé）繪製的地圖把太平洋水域標明“為麥哲倫海”，北美依然如哥倫布等人設想的那樣被畫成亞洲的延伸部分。1538年，荷蘭著名地圖學家墨卡托自己重新設計的著名的墨卡托雙重心髒形地圖出版了。圖上北美首次被畫成一塊大陸，與亞洲的東端隔海峽（猜測中的阿尼安海峽，即後來的白令海峽）相望。“北美洲”和“南美洲”這兩個地名也首次使用。至此，地理大發現第一階段的主要成果基本上在地圖冊和地球儀上得到體現和反映。
3.推進了製作術和投影法 把探險發現成果反映在地球儀上，不存在什麼變形的問題，按比例縮小就是了。當時一般是鐫刻在或描繪在地球儀上。最早提議把新大陸稱為美洲的瓦爾澤繆勒做了先繪製瓣狀分帶圖，再拚裝成地球儀上的地圖的嚐試。84這便涉及到分瓣、斷裂、投影、拚合等問題，因而在製作技術上和計算幾何畫法上都是一個突破。地理大發現時期的地圖分手工描繪（在羊皮上或紙上）和印刷（木刻套印和鐫刻銅版印刷）兩大類。印刷地圖精致準確得多。至遲從貝海姆地球儀起，歐洲的世界地圖和地球儀一般都標出了赤道、回歸線、極圈、經緯度。緯度以赤道為零度，沒有異議。但經度的計算則比較紊亂。托勒密把本初子午線擺在加那利群島附近，16、17世紀之交的英國地圖家約翰·斯皮德把它選在亞速爾群島，西班牙以西、葡分界的教皇子午線為本初，法國黎世留定加那利的費羅島為零經度，1676年英國開始以倫敦為本初子午線，最初定點在聖·保羅大教堂，1794年後定點在格林尼治天文台。