地質学

地質学（古代ギリシャ語の γῆ （gê）  「地球」とλoγία （-logía）  「学問、談話」に由来）^{[1] [2]}は、地球やその他の天体、それらを構成する岩石、およびそれらが時間の経過とともに変化するプロセスを扱う自然科学の一分野です。 ^{[3]現代の地質学は、}水文学を含む他のすべての地球科学と大幅に重複しています。地球システム科学および惑星科学と統合されています。

地質学は、地球の表面上および表面下の構造と、その構造を形成したプロセスについて説明します。地質学者は、岩石の形成の歴史を理解するために、岩石の鉱物学的組成を研究します。地質学は、特定の場所で見つかった岩石の相対的な年齢を決定します。地球化学（地質学の一分野）は、それらの絶対的な年齢を決定します。^[4]さまざまな岩石学、結晶学、古生物学のツールを組み合わせることで、地質学者は地球全体の地質学的歴史を記録することができます。1つの側面は、地球の年齢を証明することです。地質学は、プレートテクトニクス、生命の進化の歴史、地球の過去の気候の証拠を提供します。

地質学者は、地球やその他の地球型惑星の特性とプロセスを幅広く研究します。地質学者は、フィールドワーク、岩石の説明、地球物理学的手法、化学分析、物理的実験、数値モデリングなど、さまざまな方法を使用して地球の構造と進化を理解します。実際的には、地質学は、鉱物や炭化水素の探査と開発、水資源の評価、自然災害の理解、環境問題の修復、過去の気候変動に関する洞察の提供に重要です。地質学は主要な学問分野であり、地質工学の中心であり、土質工学で重要な役割を果たしています。

地質学データの大部分は、地球の固体物質の研究から得られます。隕石やその他の地球外の天然物質も地質学的な方法で研究されています。

鉱物は、一定の均質な化学組成と規則的な原子配列を持つ、 自然に発生する元素および化合物です。

それぞれの鉱物は異なる物理的特性を持っており、それぞれの特性を判断するためのテストは数多くあります。鉱物はこれらのテストを通じて特定されることが多いです。標本は次のような検査を受けることができます。^[5]

• 色: 鉱物は色によって分類されます。ほとんどは診断用ですが、不純物によって鉱物の色が変わることもあります。
• 条痕:磁器の皿の上でサンプルを引っ掻いて行います。条痕の色から鉱物の識別ができます。
• 硬度: 鉱物の引っかき傷やへこみに対する耐性。
• 破損パターン: 鉱物は、破砕または劈開のいずれかを示すことがあります。前者は不均一な表面の破損であり、後者は密接した平行面に沿った破損です。
• 光沢: 鉱物の表面から反射される光の質。例としては、金属的、真珠のような、蝋のような、鈍いなどがあります。
• 比重: 鉱物の特定の体積あたりの重さ。
• 発泡性:鉱物に塩酸を滴下して発泡するかどうかを検査します。
• 磁性: 磁石を使用して磁性をテストします。
• 味: ミネラルには、岩塩（食卓塩のような味）などの独特の味があります。

岩石とは、天然に存在する固体の塊、または鉱物や鉱物質の集合体です。地質学の研究のほとんどは岩石の研究に関連しています。岩石は地球の地質学的歴史の大部分に関する主要な記録を提供するからです。岩石には、火成岩、堆積岩、変成岩の 3 つの主要な種類があります。岩石サイクルは、 それらの関係を示しています (図を参照)。

岩石が溶融物（マグマまたは溶岩）から固化または結晶化すると、それは火成岩になります。この岩石は風化および浸食され、その後再堆積して堆積岩に石化します。堆積岩は主に4つのカテゴリに分類されます：砂岩、頁岩、炭酸塩、蒸発岩。この分類グループは、堆積粒子のサイズ（砂岩と頁岩）と鉱物学および形成プロセス（炭酸化と蒸発）に部分的に焦点を合わせています。^[6]火成岩と堆積岩は、熱と圧力によって鉱物含有量が変化し、特徴的な構造を形成することで変成岩に変わることがあります。3つのタイプはすべて再び溶融することがあり、その場合、新しいマグマが形成され、そこから火成岩が再び固まることがあります。石炭、ビチューメン、石油、天然ガスなどの有機物は、主に有機物が豊富な堆積岩に関連しています。

地質学者は、これら 3 種類の岩石すべてを研究するために、岩石を構成する鉱物や、質感や組織などのその他の物理的特性を評価します。

地質学者は、岩盤の上にある岩石化していない物質（表層堆積物と呼ばれる）も研究します。^{[7]この研究は、地質時代の最も新しい期間である地質史の}第四紀にちなんで、第四紀地質学としてよく知られています。

マグマは、すべての火成岩の元々の岩石化されていない源です。火山学では、溶岩の活発な流れが詳細に研究されており、火成岩岩石学は、元々の溶岩源から最終的な結晶化までの火成岩の歴史を明らかにすることを目的としています。

1960年代に、地殻と上部マントルの最上部の硬い部分を含む地球のリソスフェアが、塑性変形する固体の上部マントル（アセノスフェア）の上を移動する構造プレートに分かれていることが発見されました。この理論は、海底拡大^{[9] [10]}や山岳地形と地震活動の世界的な分布 など、いくつかの種類の観測によって裏付けられています。

地表のプレートの動きとマントルの対流（延性マントル岩石のゆっくりとした動きによる熱伝達）の間には密接な関係があります。したがって、プレートの海洋部分と隣接するマントル対流は常に同じ方向に移動します。これは、海洋リソスフェアが実際には対流するマントルの硬い上部熱境界層であるためです。地球の表面を移動する硬いプレートと対流するマントルのこの関係は、プレートテクトニクスと呼ばれます。

プレートテクトニクスの発達は固体地球の多くの観測に物理的な基礎を与えた。地質学的特徴の長い線状領域はプレート境界として説明される：^[11]

• 中央海嶺は、熱水噴出孔や火山が存在する海底の高い領域であり、2つのプレートが離れる分岐境界として見られます。
• 火山弧と地震弧は、1 つのプレートが別のプレートの下に沈み込む、つまり移動する収束境界として理論化されています。
• サンアンドレアス断層系などのトランスフォーム境界は、プレートが互いに水平に滑り合う場所です。

プレートテクトニクスは、アルフレッド・ウェゲナーの大陸移動理論^[12]のメカニズムを提供しました。この理論では、大陸は地質学的時間の経過とともに地球の表面を移動します。また、プレートテクトニクスは地殻変動の原動力となり、構造地質学の観測に新たな舞台を提供しました。プレートテクトニクス理論の力は、これらすべての観測結果を、対流するマントル上をリソスフェアがどのように移動するかという単一の理論に統合する能力にあります。

地震学、コンピューターモデリング、高温高圧下での 鉱物学および結晶学の進歩により、地球の内部組成と構造についての洞察が得られます。

地震学者は、地震波の到達時間を利用して地球内部を画像化することができます。この分野における初期の進歩により、液体の外核（剪断波が伝播できない）と高密度の固体の内核の存在が示されました。これらの進歩により、上部にリソスフェア（地殻を含む）、下部にマントル（内部で 410 キロメートルと 660 キロメートルの地震不連続面によって分離されている）、さらにその下に外核と内核があるという地球の層状モデルが開発されました。最近では、地震学者は、医師がCT スキャンで体を画像化するのと同じ方法で、地球内部の波の速度の詳細な画像を作成できるようになりました。これらの画像により、地球内部のより詳細なビューが実現し、単純化された層状モデルは、はるかに動的なモデルに置き換えられました。

鉱物学者は、地震学とモデリング研究から得た圧力と温度のデータを、地球の元素組成に関する知識と併せて使用することで、実験環境でこれらの条件を再現し、結晶構造内の変化を測定することができました。これらの研究は、マントル内の主要な地震不連続面に関連する化学変化を説明し、地球の内核で予想される結晶構造を示しています。

地質学的年代尺度は地球の歴史を包括する。^[13]最も古い年代は、太陽系最初の物質が誕生した45億6700万年前[ ^14]（45億6700万年前）から、地質学的年代区分の一つである冥王代が始まった45億4000万年前^{[15] [16]} （45億4000万年前） までである。年代後半は、現在（完新世）にまで及ぶ。

次の 5 つのタイムラインは、地質年代スケールを示しています。最初のタイムラインは、地球の形成から現在までの全時間を示していますが、最新の時代を示すスペースはほとんどありません。2 番目のタイムラインは、最新の時代を拡大して示しています。同様に、最新の時代は 3 番目のタイムラインで拡大され、最新の期間は 4 番目のタイムラインで拡大され、最新の時代は 5 番目のタイムラインで拡大されています。

• 4.567 Ga（ギガ年：10億年前）：太陽系の形成^[14]
• 454億年前:地球の集積、または形成^{[15] [16]}
• 400年頃：後期重爆撃の終焉、最初の生命
• 約35億年前:光合成の始まり
• 約23億年前: 酸素化した大気、最初のスノーボールアース
• 7億3000万～6億3500万年前（メガ年：百万年前）：第2次スノーボールアース
• 541 ± 0.3 Ma:カンブリア爆発– 硬体生物の大量増殖、最初の豊富な化石、古生代の始まり
• 約3億8000万年前: 最初の脊椎動物
• 2億5千万年前：ペルム紀・三畳紀の絶滅– 陸生動物の90%が死滅。古生代の終わりと中生代の始まり。
• 66 Ma:白亜紀 - 古第三紀の絶滅-恐竜が絶滅。中生代の終わりと新生代の始まり。
• 約700万年前: 最初の人類が出現
• 390万年前:現代のホモ・サピエンスの直接の祖先である最初のアウストラロピテクスが出現
• 20万年前（キロ年：千年前）：東アフリカに最初の現代ホモ・サピエンスが出現

時代:

相対年代測定の方法は、地質学が初めて自然科学として登場したときに開発されました。地質学者は今日でも、地質学の歴史や地質学的出来事の時期に関する情報を提供する手段として、以下の原則を使用しています。

斉一説の原理は、現在地球の地殻を変化させている地質学的プロセスが、地質学的時間にわたってほぼ同じように作用してきたと述べている。^[17] 18世紀のスコットランドの医師で地質学者のジェームズ・ハットンが提唱した地質学の基本原理は、「現在は過去への鍵である」というものである。ハットンの言葉を借りれば、「地球の過去の歴史は、現在起こっていることで説明されなければならない」^[18]

貫入関係の原理は、横断貫入に関するものです。地質学では、火成岩の貫入が堆積岩の層を横切る場合、火成岩の貫入は堆積岩よりも新しいと判断できます。貫入には、ストック、ラコリス、バソリス、シル、岩脈など、さまざまな種類があります。

横断関係の原理は、断層の形成と、断層が切断した断層の年代に関係する。断層は、それが切断した岩石よりも若い。したがって、断層が一部の地層を貫通しているが、その上の地層を貫通していないことがわかった場合、切断された地層は断層よりも古く、切断されていない地層は断層よりも新しいはずである。このような状況で鍵となる層を見つけることは、断層が正断層か逆断層かを判断するのに役立つ可能性がある。^[19]

包有物と成分の原理によれば、堆積岩の場合、層の中に包有物（またはクラスト）が見つかった場合、その包有物はそれを含む層よりも古いものでなければなりません。たとえば、堆積岩では、古い層からの砂利が引き剥がされて新しい層に含まれることはよくあります。火成岩の場合、捕獲岩が見つかったときに同様の状況が発生します。これらの異物はマグマまたは溶岩流として拾い上げられ、取り込まれ、後にマトリックス内で冷却されます。その結果、捕獲岩はそれを含む岩石よりも古いものになります。

原始水平性の原理は、堆積物の堆積は基本的に水平な層として起こるというものである。さまざまな環境における現代の海洋堆積物と非海洋堆積物の観察は、この一般化を裏付けている（交差層理は傾斜しているが、交差層理単位の全体的な方向は水平である）。^[19]

重なりの原理とは、地殻変動によって乱されていない堆積岩層は、その下にある層よりも新しく、上にある層よりも古いというものです。論理的に、新しい層が以前に堆積した層の下に潜り込むことはできません。この原理により、堆積層は垂直なタイムライン、つまり最下層の堆積から最上層の堆積までの経過時間の部分的または完全な記録として見ることができます。^[19]

動物相の遷移の原理は、堆積岩中の化石の出現に基づいている。生物は世界中で同じ時期に存在しているため、その存在または（時には）不在は、それらが出現する地層の相対的な年代を提供する。チャールズ・ダーウィンの進化論が発表される約100年前にウィリアム・スミスが提示した原理に基づいて、遷移の原理は進化論の考えとは独立して発展した。しかし、化石化の不確実性、生息地の横方向の変化（堆積層の相の変化）による化石の種類の局所化、およびすべての化石が世界中で同時に形成されたわけではないことを考えると、原理は非常に複雑になる。^[20]

地質学者は、岩石サンプルや地質学的イベントの絶対年代を決定する方法も使用します。これらの日付はそれ自体でも有用ですが、相対年代測定法と組み合わせて使用​​したり、相対法を較正するために使用することもできます。^[21]

20 世紀初頭、放射性同位元素やその他の方法を使用して地質学的イベントの正確な絶対年代を取得できるようになったことで、地質学の進歩が促進されました。これにより、地質年代の理解が変わりました。以前は、地質学者は化石と地層の相関関係を使用して、岩石のセクションを互いに相対的に年代測定するしかありませんでした。同位体年代測定により、岩石単位に絶対年代を割り当てることが可能になり、これらの絶対年代を、年代測定可能な物質が含まれる化石シーケンスに適用して、古い相対年代を新しい絶対年代に変換できるようになりました。

多くの地質学の用途では、鉱物中の放射性元素の同位体比を測定し、岩石が特定の閉鎖温度（異なる放射性同位体が結晶格子の内外に拡散しなくなる温度）を通過してから経過した時間を示します。^{[22] [23]これらは}地質年代学や熱年代学の研究で使用されます。一般的な方法には、ウラン–鉛年代測定、カリウム–アルゴン年代測定、アルゴン–アルゴン年代測定、ウラン–トリウム年代測定などがあります。これらの方法は、さまざまな用途に使用されます。地層シーケンス内にある溶岩や火山灰層の年代測定により、放射性同位体を含まない堆積岩ユニットの絶対年代データが得られ、相対年代測定法を較正できます。これらの方法は、プルトンの定置年代を決定するためにも使用できます。熱化学技術は、地殻内の温度プロファイル、山脈の隆起、古地形を決定するために使用できます。

ランタノイド系列元素の分別は、岩石がマントルから除去されてからの年齢を計算するために使用されます。

最近の出来事には他の方法が使用されます。光刺激ルミネッセンスと宇宙線生成核種年代測定は、表面や浸食速度の年代測定に使用されます。年輪年代学は、景観の年代測定にも使用できます。放射性炭素年代測定は、有機炭素を含む地質学的に新しい物質に使用されます。

岩石単位が堆積して挿入されるにつれて、ある地域の地質は時間の経過とともに変化し、変形プロセスによってその形状と位置が変わります。

岩石単位は、地表への堆積または上部の岩石への貫入によって最初に設置されます。堆積は、堆積物が地球の表面に定着し、後に堆積岩に石化する場合、または火山灰や溶岩流などの火山物質が地表を覆う場合に発生します。バソリス、ラコリス、岩脈、岩床などの火成岩貫入は、上部の岩石に押し上げられ、貫入時に結晶化します。

最初の一連の岩石が堆積した後、岩石単位は変形および/または変成を受ける可能性があります。変形は通常、水平方向の短縮、水平方向の伸長、または左右方向 (横ずれ) の動きによって発生します。これらの構造様式は、テクトニック プレート間の収束境界、発散境界、および変形境界にそれぞれ広く関連しています。

岩石単位は水平方向の圧縮を受けると、短くなり、厚くなります。泥以外の岩石単位は体積が大きく変化しないため、これは主に断層運動と褶曲運動という 2 つの方法で起こります。脆性変形が起こる可能性がある浅い地殻では逆断層が形成され、深部の岩石が浅い岩石の上に移動します。重ね合わせの原理でわかるように、深部の岩石は古いことが多いため、古い岩石が新しい岩石の上を移動することがあります。断層に沿った動きは褶曲運動を引き起こすことがあります。これは断層が平面でないか、断層に沿って滑りが発生すると岩石層が引きずられて引きずり褶曲が形成されるためです。地球の深部では、岩石は塑性的に振る舞い、断層運動の代わりに褶曲します。これらの褶曲は、褶曲の中心にある物質が上向きに座屈して「反形態」を形成するか、下向きに座屈して「同形態」を形成するかのいずれかです。褶曲内の岩石単位の上部が上を向いている場合、それぞれ背斜と向斜と呼ばれます。褶曲内の単位の一部が下を向いている場合、その構造は反転背斜または向斜と呼ばれます。また、すべての岩石単位が反転しているか、正しい上方向が不明な場合は、最も一般的な用語である反斜と同斜と呼ばれます。

水平方向の短縮中にさらに高い圧力と温度が発生すると、岩石の褶曲と変成作用の両方が発生する可能性があります。この変成作用により、岩石の鉱物組成が変化し、ストレス下での鉱物の成長に関連する葉理構造、つまり平面が形成されます。これにより、堆積岩の層状構造、溶岩の流れの特徴、結晶質岩の結晶パターンなど、岩石の本来のテクスチャの兆候が失われる可能性があります。

伸張により、岩石ユニット全体がより長く、より薄くなります。これは主に、正断層運動と延性伸張および薄化によって実現されます。正断層は、高い岩石ユニットを低い岩石ユニットの下に落とします。これにより、通常、新しいユニットが古いユニットの下に落ちます。ユニットが伸張すると、薄くなる可能性があります。実際、マリア褶曲および衝上断層帯のある場所では、グランドキャニオンの堆積層全体が 1 メートル未満の長さにわたって現れます。延性伸張される深さの岩石は、多くの場合、変成も受けます。これらの伸張された岩石は、見た目が似ているため、フランス語で「ソーセージ」を意味する ブーダンと呼ばれるレンズ状に挟まれることもあります。

岩石単位が互いに滑り合う場所では、浅い領域に横ずれ断層が発生し、岩石が延性変形する深い深さでは 剪断帯になります。

変形中には、堆積と貫入の両方による新しい岩石ユニットの追加がよく発生します。断層やその他の変形プロセスによって地形勾配が形成され、標高が上昇している岩石ユニット上の物質が丘の斜面や溝によって侵食されます。これらの堆積物は、下降している岩石ユニット上に堆積します。断層に沿った継続的な動きにより、堆積物の移動にもかかわらず地形勾配が維持され、物質が堆積するための収容スペースが作り出され続けます。変形イベントは、火山活動や火成活動にも関連することがよくあります。火山灰と溶岩が表面に蓄積し、火成岩の貫入が下から入り込みます。長く平面的な火成岩の貫入である岩脈は、亀裂に沿って入り込むため、活発に変形している領域に多数形成されることがよくあります。その結果、カナダ楯状地全体で観察されるような岩脈群や、火山の 溶岩洞の周囲に輪状の岩脈が形成されることがあります。

これらのプロセスはすべて、必ずしも単一の環境で発生するわけではなく、単一の順序で発生するわけでもありません。たとえば、ハワイ諸島は、ほぼ全体が層状の玄武岩質溶岩流で構成されています。米国大陸中部の堆積層と米国南西部のグランドキャニオンには、カンブリア紀からそのまま残っている、ほとんど変形していない堆積岩の山があります。他の地域は、地質学的にはるかに複雑です。米国南西部では、堆積岩、火山岩、貫入岩が変成、断層、葉状構造、褶曲を起こしています。世界最古の岩石として知られるカナダ北西部のスレーブクラトンのアカスタ片麻岩などのさらに古い岩石でさえ、実験室での分析なしでは起源が判別できないほど変成しています。さらに、これらのプロセスは段階的に発生することもあります。多くの場所では、米国南西部のグランドキャニオンが非常に顕著な例ですが、下部の岩石単位が変成および変形し、その後変形が終了し、上部の変形されていない単位が堆積しました。岩石の配置と変形は任意の量で発生する可能性があり、また何度でも発生する可能性がありますが、これらの概念は、地域の 地質学的な歴史を理解するためのガイドとなります。

地質学者は、地球の歴史を解明し、地球上および地球内部で起こるプロセスを理解するために、さまざまな分野、実験室、数値モデリング手法を使用しています。典型的な地質学的調査では、地質学者は岩石学（岩石の研究）、地層学（堆積層の研究）、構造地質学（岩石単位の位置とその変形の研究）に関連する一次情報を使用します。多くの場合、地質学者は現代の土壌、河川、景観、氷河も研究し、過去と現在の生命と生物地球化学的経路を調査し、地質物理学的方法を使用して地下を調査します。地質学の専門分野によっては、内因性地質学と外因性地質学を区別する場合があります。^[24]

地質学のフィールドワークは、手元のタスクによって異なります。典型的なフィールドワークは次のようなものから構成されます。

• 地質図作成^[25]
  • 構造マッピング: 主要な岩石単位の位置と、その配置につながった断層や褶曲を特定します。
  • 地層マッピング：堆積相（岩相と生物相）の位置を正確に特定するか、堆積岩の等厚線をマッピングします。
  • 地表マッピング：土壌と表層堆積物の位置を記録する
• 地形の測量
  • 地形図の編纂^[26]
  • 次のようなさまざまな景観の変化を理解するために取り組みます。
    • 侵食と堆積のパターン
    • 移動と分離による河道の変化
    • 丘陵斜面プロセス
• 地質物理学的手法による地下地図作成^[27]
  • これらの方法には次のものが含まれます。
    • 浅層地震調査
    • 地中探知レーダー
    • 航空磁気調査
    • 電気抵抗トモグラフィー
  • これらは次のことに役立ちます:
    • 炭化水素探査
    • 地下水を見つける
    • 埋蔵された考古学的遺物の発見
• 高解像度地層学
  • 地表の地層断面の測定と記述
  • 井戸掘りと伐採
• 生物地球化学と地球微生物学^[28]
  • サンプル収集の目的:
    • 生化学的経路を決定する
    • 新しい生物種を特定する
    • 新しい化合物を特定する
  • これらの発見を次の目的で使用します。
    • 地球上の初期の生命とその機能と代謝を理解する
    • 医薬品に使用する重要な化合物を見つける
• 古生物学：化石 の発掘
  • 過去の生命と進化の研究のため
  • 博物館と教育
• 地質年代学および熱年代学のためのサンプルの収集^[29]
• 氷河学：氷河の特性とその動きの測定^[30]

岩石学者は、野外で岩石を同定する（岩石学）ことに加えて、研究室で岩石サンプルを同定します。研究室で岩石を同定する主な方法の2つは、光学顕微鏡と電子マイクロプローブの使用です。光学鉱物学分析では、岩石学者は岩石顕微鏡を使用して岩石サンプルの薄片を分析します。これにより、平面偏光と交差偏光でのさまざまな特性（複屈折、多色性、双晶、コノスコープレンズによる干渉特性など）を通じて鉱物を識別できます。^[31]電子マイクロプローブでは、個々の場所を分析して、正確な化学組成と個々の結晶内の組成の変化を調べます。^[32]安定^[33]および放射性同位体^{[34]研究は、岩石単位の}地球化学的進化についての洞察を提供します。

岩石学者は流体包有物データ^[35]を使用し、高温高圧物理実験^[36]を実施して、さまざまな鉱物相が出現する温度と圧力、およびそれらが火成岩^[37]と変成岩のプロセスを通じてどのように変化するかを理解することもできます。この研究は、変成プロセスと火成岩の結晶化条件を理解するために現場に外挿することができます。^{[38]この研究は、}沈み込みやマグマ溜まりの進化など、地球内部で起こるプロセスを説明するのにも役立ちます。 ^[39]

構造地質学者は、地質サンプルの配向された薄片を顕微鏡で分析して岩石内の組織を観察し、岩石の結晶構造内の歪みに関する情報を得ます。また、地質構造の測定値をプロットして組み合わせ、断層や褶曲の方向をより深く理解し、その地域の岩石変形の歴史を再構築します。さらに、大規模および小規模の設定で、岩石変形のアナログおよび数値実験を実行します。

構造の分析は、多くの場合、さまざまな特徴の方向をステレオネット上にプロットすることによって行われます。ステレオネットは、球を平面に立体的に投影したもので、平面は線として投影され、線は点として投影されます。これらを使用して、褶曲軸の位置、断層間の関係、および他の地質構造間の関係を見つけることができます。

構造地質学で最もよく知られている実験の1つに、造山帯に関する実験がある。造山帯とは、プレートの収束境界に沿って山が形成された地帯である。 ^[40]これらの実験のアナログ版では、水平方向の砂層が下面に沿ってバックストップに引き込まれ、その結果、本物そっくりの断層パターンと、極めて先細りの（すべての角度が同じままの）造山帯が成長する。^[41]数値モデルはこれらのアナログモデルと同じように機能するが、より洗練されており、山脈の侵食と隆起のパターンを含めることができる。^[42]これは、侵食と山脈の形状の関係を示すのに役立つ。これらの研究は、圧力、温度、空間、時間を通じて変成作用の経路に関する有用な情報も提供できる。^[43]

研究室では、地層学者は掘削コアなどの現場から持ち帰ることができる地層断面のサンプルを分析します。^[44]地層学者は、地下の地層単位の位置を示す物理探査のデータも分析します。^[45]物理探査データと坑井ログを組み合わせることで地下のより鮮明な画像を作成することができ、地層学者は多くの場合、コンピュータプログラムを使用してこれを3次元で行います。^[46]地層学者はこれらのデータを使用して、地球の表面で起こっている古代のプロセスを再構築し、^[47]過去の環境を解釈し、水、石炭、炭化水素の抽出場所を特定できます。

研究室では、生物地層学者が露頭や掘削コアから採取した岩石サンプルを分析し、その中に見つかった化石を調べます。 ^[44]これらの化石は、科学者がコアの年代を決定し、岩石ユニットが形成された堆積環境を理解するのに役立ちます。地質年代学者は、地層セクション内の岩石の正確な年代を決定し、堆積の時期と速度に関するより正確な絶対的な境界を提供します。^[48] 磁気地層学者は、掘削コア内の火成岩ユニットの磁気反転の兆候を探します。^[44]他の科学者は、過去の気候に関する情報を得るために岩石の安定同位体研究を行います。^[44]

20世紀に宇宙探査が始まると、地質学者は地球を研究するために開発されたのと同じ方法で他の惑星を調べ始めました。この新しい研究分野は惑星地質学（時には天体地質学としても知られる）と呼ばれ、既知の地質学的原理に基づいて太陽系の他の天体を研究します。これは惑星科学の主要な側面であり、主に地球型惑星、氷の衛星、小惑星、彗星、隕石に焦点を当てています。ただし、一部の惑星地球物理学者は巨大惑星や太陽系外惑星を研究しています。^[49]

ギリシャ語由来の接頭辞geo は地球を指しますが、「geoology」は他の惑星の組成や内部のプロセスを説明するときに、その名前と組み合わせて使用​​されることがよくあります。例としては、「火星の地質学」や「月の地質学」などがあります。 selenology (月の研究)、areology (火星の研究)などの専門用語も使用されています。

惑星地質学者は他の惑星のあらゆる側面を研究することに関心を持っていますが、他の惑星における過去または現在の生命の証拠を探すことに重点が置かれています。このため、生命の証拠を求めて惑星を調査することを主目的または副目的とした多くのミッションが行われました。その 1 つがフェニックス着陸船で、火星の極地の土壌を分析し、生物学的プロセスに関連する水、化学物質、鉱物成分を調べました。

経済地質学は、人類がさまざまなニーズを満たすために使用する経済鉱物の側面を扱う地質学の分野です。経済鉱物とは、さまざまな実用的用途のために採掘され、利益を生む鉱物です。経済地質学者は、石油や石炭などの地球の天然資源や、鉄、銅、ウランなどの金属を含む鉱物資源の所在を特定し、管理するのに役立ちます。

鉱業地質学は、地球から鉱物や鉱石資源を抽出することです。経済的に価値のある資源には、宝石、金や銅などの金属、アスベスト、マグネサイト、パーライト、雲母、リン酸塩、ゼオライト、粘土、軽石、石英、シリカなどの多くの鉱物、さらに硫黄、塩素、ヘリウムなどの元素が含まれます。

石油地質学者は、抽出可能な炭化水素、特に石油と天然ガスを含む可能性のある地球の地下の場所を研究します。これらの貯留層の多くは堆積盆地で発見されているため、^[50]石油地質学者はこれらの盆地の形成、堆積および構造進化、および岩石単位の現在の位置を研究します。

工学地質学は、土木工事の場所、設計、建設、運用、保守に影響を及ぼす地質学的要因が適切に対処されることを保証するために、地質学的原理を工学の実践に応用する学問です。特に北米では、 工学地質学は地質工学とは異なります。

土木工学の分野では、構造物が建てられる材料の力学的原理を確かめるために地質学的原理と分析が使われています。これにより、崩壊することなくトンネルを建設したり、頑丈な基礎を持つ橋や高層ビルを建設したり、粘土や泥に沈まない建物を建設したりすることが可能になります。^[51]

地質学と地質学的原理は、河川の復元、ブラウンフィールドの復元、自然生息地と地質環境の相互作用の理解など、さまざまな環境問題に適用できます。地下水水文学、または水文地質学は、地下水の位置を特定するために使用され、^[52]地下水は汚染されていない水をすぐに供​​給できるため、特に乾燥地域で重要です^[53]。また、地下水井戸における汚染物質の拡散を監視するためにも使用されます。^{[52] [54]}

地質学者は地層学、ボーリング、コアサンプル、氷床コアからもデータを入手します。氷床コア^[55]と堆積物コア^[56]は古気候の再構築に使用され、地質学者は世界中の過去と現在の気温、降水量、海面を知ることができます。これらのデータセットは、機器データ以外では地球の気候変動に関する主な情報源です。 ^[57]

地質学者と地球物理学者は、財産や生命の損失を防ぐために使用される安全な建築基準法や警報システムを制定するために、自然災害を研究します。 ^[58]地質学に関連する重要な自然災害の例（主に気象学に関連するもの、または気象学にのみ関連するもの）は次のとおりです。

地球の物理的物質の研究は、少なくとも古代ギリシャのテオプラストス（紀元前372-287年）が『石について』を著した頃に遡る。ローマ時代には、大プリニウスが当時実用されていた多くの鉱物や金属について詳細に記し、琥珀の起源についても正確に記している。さらに、紀元前4世紀にはアリストテレスが地質学的変化の速度が遅いという重要な観察を行った。彼は陸地の構成を観察し、地球の変化は遅い速度であり、これらの変化は一人の人間の生涯では観察できないという理論を定式化した。アリストテレスは、地球が物理的に変化する速度に関して、地質学の領域に関連する最初の証拠に基づく概念の1つを開発した。^{[60] [61]}

アブー・アル・ライハン・アル・ビールーニー（973年 - 1048年）は、最古のペルシャの地質学者の一人で、その著作にはインドの地質学に関する最古の著作が含まれており、インド亜大陸はかつて海であったという仮説を立てている。 ^[62]イスラム教徒の征服によって破壊されなかったギリシャとインドの科学文献を参考にして、ペルシャの学者イブン・シーナー（アヴィセンナ、981年 - 1037年）は、山の形成、地震の起源など、現代地質学の中心となるトピックについて詳細な説明を提唱し、その後の科学の発展に不可欠な基礎を提供した。^{[63] [64]}中国では博学者 の沈括（1031-1095）が陸地形成の過程について仮説を立てた。海から数百マイル離れた山の地層にある動物の化石の殻を観察し、山の浸食とシルトの堆積によって陸地が形成されたと推論した。^[65]

ゲオルギウス・アグリコラ（1494-1555）は1546年に画期的な著書『化石の自然について』を出版し、科学分野としての地質学の創始者とみなされている。^[66]

ニコラウス・ステノ（1638-1686）は、地層の3つの定義原理である、重ね合わせの法則、元々の水平性の原理、横方向の連続性の原理を提唱したとされています。

地質学という語は、1603年にウリッセ・アルドロヴァンディによって初めて使用され、 ^{[67] [68]}その後、1778年にジャン＝アンドレ・ドゥリュックによって使用され^[69] 、 1779年にホレス＝ベネディクト・ド・ソシュールによって固定語として導入されました。 ^{[70] [71]}この語は、ギリシャ語の「地球」を意味するγῆ, gêと「言語」を意味する λόγος, logosに由来しています。^[72]しかし、別の資料によると、「地質学」という語は、司祭であり学者でもあったノルウェー人のミッケル・ペダーソン・エスコルト(1600–1669) に由来しています。エスコルトは、その定義を彼の著書「Geologia Norvegica (1657)」で初めて使用しました。^{[73] [74]}

ウィリアム・スミス（1769-1839）は、最初の地質図のいくつかを描き、そこに含まれる化石を調べることで岩石の地層（層）を整理するプロセスを始めました。 ^[59]

1763年、ミハイル・ロモノーソフは論文『地球の地層について』を出版した。^[75]彼の著作は、時間的プロセスの統一性と現在から見た地球の過去の説明に基づいた、近代地質学の最初の物語であった。^[76]

ジェームズ・ハットン（1726–1797）は、しばしば最初の近代地質学者と見なされている。^[77] 1785年、彼はエディンバラ王立協会に「地球の理論」と題する論文を提出した。その論文で、彼は、山が浸食され、堆積物が海底で新しい岩石を形成し、それが隆起して陸地になるには、地球はこれまで考えられていたよりもはるかに古いはずだという理論を説明した。ハットンは1795年に彼の考えをまとめた2巻本を出版した。^[78]

ハットンの信奉者は、一部の岩石が火山からの溶岩の堆積である火山活動によって形成されたと信じていたため、冥王星論者として知られていました。一方、エイブラハム・ワーナー率いる海王星論者は、すべての岩石は時間の経過とともに徐々に水位が低下した大きな海から沈殿したと信じていました。

米国初の地質図は1809年にウィリアム・マクルーアによって作成された。^[79] 1807年、マクルーアは米国の地質調査を自らに課した仕事に着手した。彼は合衆国のほぼすべての州を横断して地図を作成し、アレゲニー山脈は約50回横断した。^[80]彼の独力での作業の結果は、地質図を説明した「米国の地質学に関する観察」と題する回顧録としてアメリカ哲学協会に提出され、米国初の地質図とともに協会の紀要に掲載された。 ^[81]これはウィリアム・スミスのイングランドの地質図より6年先行しているが、岩石の分類は異なっていた。

チャールズ・ライエル卿（1797–1875）は1830年に有名な著書『地質学原理』^{[82]を初めて出版した。}チャールズ・ダーウィンの思想に影響を与えたこの本は、斉一説の教義を成功裏に推進した。この理論は、ゆっくりとした地質学的プロセスが地球の歴史を通じて発生しており、現在も発生しているというものである。対照的に、破局説は、地球の特徴は単一の破局的な出来事によって形成され、その後は変化していないという理論である。ハットンは斉一説を信じていたが、この考えは当時広く受け入れられていなかった。

19世紀の地質学の多くは、地球の正確な年齢に関する疑問を中心に展開した。推定値は数十万年から数十億年までさまざまであった。^[83] 20世紀初頭までに、放射年代測定によって地球の年齢は20億年と推定されるようになった。この膨大な時間の長さが認識されたことで、地球を形成したプロセスに関する新しい理論が生まれるきっかけとなった。

20世紀の地質学における最も重要な進歩のいくつかは、1960年代のプレートテクトニクス理論の発展と、地球の年齢の推定値の改良でした。プレートテクトニクス理論は、海底拡大と大陸移動という2つの異なる地質学的観察から生まれました。この理論は地球科学に革命をもたらしました。今日、地球の年齢は約45億年であることがわかっています。^[16]

• 
  ゲオルギウス・アグリコラ、ドイツの鉱物学者、科学分野としての地質学の創始者
• 
  ミハイル・ロモノーソフ、ロシアの博学者、科学的地質学における最初の体系的な論文の著者（1763年）
• 
  スコットランドの地質学者であり近代地質学の父であるジェームズ・ハットン
• 
  ジョン・トゥーゾ・ウィルソン、カナダの地球物理学者、プレートテクトニクスの父
• 
  1980年のセントヘレンズ山の噴火で亡くなる13時間前の火山学者 デイビッド・A・ジョンストン
  

• One Geology: このインタラクティブな世界地質地図は、世界中の地質調査の国際的な取り組みです。この画期的なプロジェクトは 2007 年に開始され、「国際地球年」に貢献し、その旗艦プロジェクトの 1 つとなりました。
• 地球科学ニュース、地図、辞書、記事、求人
• アメリカ地球物理学連合
• アメリカ地球科学研究所
• 欧州地球科学連合
• ヨーロッパ地質学連盟
• アメリカ地質学会
• ロンドン地質学会
• 著名な地質学者とのビデオインタビュー
• 地質学オープンテキストブック
• 年代層序ベンチマーク
• 地質学の原理と目的、特にエジプトの地質学について（1911年）、WFヒューム