海面はとても簡単な概念のように思えますが？ 海の平均水位を測ればいいだけです。 しかし、海がないところはどうでしょうか。 例えば、エベレストの標高が8,850mだとすると、エベレストの下は何百キロも海がないわけですから、どうやって海抜を知ることができるのでしょう？ もし、地球が平らだったら、話は簡単です。 もし地球が平らなら、海の高さの平均値を直線で結べばいいだけだからだ。 しかし、地球は平らではありません。
地球が球形だったら、地球の中心から海面までの平均距離を測ればいいだけだから、これも簡単だろう。 しかし、地球は球形ではありません。 自転しているのです。 そのため、赤道付近は遠心力によって外に投げ出され、極地は少し押しつぶされます。 実際、地球は球形ではないので、赤道では極から極までよりも42kmも離れているのです。 つまり、地球を球体と考え、北極の海氷の上に立って海面を定義すると、赤道の海面は海面から21kmの高さになるのです。
この膨らみは、エベレストではなくエクアドルのチンボラソ火山が、地球の中心から最も遠い山である理由でもあります。 では、海抜はどのようにしてわかるのでしょうか。 水は重力によって地球上に留まっています。 そこで、地球を平たく引き伸ばした回転球体としてモデル化し、その楕円体の表面に重力で引っ張られたときに、海がどのくらいの高さに沈むかを計算することができます。 ただし、地球の内部はどこでも同じ密度ではないので、地球上のさまざまな場所で重力が少し強くなったり弱くなったりします。 また、密度の高い場所の近くでは、海がより多く水たまりを作る傾向があります。
これらの変化も小さなものではありません。 海の水位は、その下にある地球の密度によって、一様な楕円体から最大100メートルも変化することがあるのです。 その上、文字通り、大陸という厄介なものが地表を動き回っています。 この岩石の密集した塊は楕円体から飛び出していて、その質量が重力で海を引き寄せているのです。 一方、海底の谷は質量が小さく、海は浅く流れます。 ここが難しいところです。 なぜなら、山とその上にある大陸の存在そのものが、海の水位を変えてしまうからです。 陸地の重力が近くに多くの水を引き寄せ、その周りの海を高くするのです。
では、海面からの山の高さを決めるには、山が全くない場合の海の高さを使うべきなのか、それとも山はないがその重力がある場合の海の高さを使うべきなのか？ このようなことを考える測地学者と呼ばれる人たちは、海抜は重力の強さを使って決めるべきだと考えました。 そこで彼らは、地球の重力場について非常に詳細なモデルを作り上げ、「地球重力モデル」と名付けました。 これは、現代のGPS受信機に組み込まれています。 ですから、実際には重力の弱いスリランカの海岸に座っているのに、海抜100mにいるとかいうことはありません。
また、このモデルによって、測地学者自身が、地球上のあらゆる場所で、海の平均水位を1メートル以内に正確に予測することができるようになったのです。 そのため、もし山がなければ、その重力によって山の下の海面がどうなるかを定義するのにもこのモデルを使用しています。