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Geology is a branch of natural science concerned with the Earth and other astronomical bodies, the rocks of which they are composed, and the processes by which they change over time.[1] The name comes fromAncient Greekγῆ (gê) 'earth'andλoγία (-logía) 'study of, discourse'.[2][3] Modern geology significantly overlaps all other Earth sciences, including hydrology. It is integrated with Earth system science and planetary science.
Geology describes the structure of the Earth on and beneath its surface and the processes that have shaped that structure. Geologists study the mineralogical composition of rocks in order to get insight into their history of formation. Geology determines the relative ages of rocks found at a given location; geochemistry (a branch of geology) determines their absolute ages.[4] By combining various petrological, crystallographic, and paleontological tools, geologists are able to chronicle the geological history of the Earth as a whole. One aspect is to demonstrate the age of the Earth. Geology provides evidence for plate tectonics, the evolutionary history of life, and the Earth's past climates.
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、野外調査、岩石の記述、地球物理学的技術、化学分析、物理実験、数値モデリングなど、地球の構造と進化を理解するために多種多様な手法を用います。実務面では、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知見の提供において重要です。地質学は主要な学問分野であり、地質工学の中心を成し、地盤工学において重要な役割を果たしています。
地質学的データの大部分は、地球の固体物質に関する研究から得られている。隕石やその他の地球外の天然物質も、地質学的手法によって研究されている。
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天然の元素および化合物です。鉱物に似た非晶質物質は、ジョージアイトやオートナイトなどの例外はあるものの、ミネラロイドと呼ばれることもあります。地質学的プロセスによって形成された非晶質物質の中には、メタミクト化の前に元の物質が鉱物であった場合、鉱物とみなされるものもあります。[ 5 ]
鉱物にはそれぞれ固有の物理的性質があり、それらをそれぞれ判定するための多くの試験があります。鉱物はこれらの試験によって識別されることがよくあります。標本は以下について試験できます。[ 6 ]
岩石とは、鉱物または鉱物様物質の自然界に存在する固体の塊または集合体のことです。地質学の研究のほとんどは岩石の研究に関連しており、岩石は地球の地質史の大部分の主要な記録を提供します。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 、それらの間の関係を示しています (図を参照)。[ 7 ]
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、それは火成岩となる。[ 8 ]溶融岩石の活発な流れは火山学で綿密に研究されており、火成岩岩石学は、火成岩が元の溶融源から最終的な結晶化に至るまでの歴史を解明することを目的としている。[ 9 ]
岩石は風化や侵食を受け、その後再堆積して固まり、堆積岩となる。堆積岩は主に砂岩、頁岩、炭酸塩岩、蒸発岩の4つのカテゴリーに分けられる。この分類は、堆積粒子の大きさ（砂岩と頁岩）と鉱物組成および形成過程（炭酸化と蒸発）にそれぞれ焦点を当てている。[ 10 ]火成岩と堆積岩は、熱と圧力によって鉱物組成が変化し、特徴的な組織を持つ変成岩に変化することがある。これら3種類の岩石はすべて再び溶融する可能性があり、溶融すると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る。石炭、瀝青、石油、天然ガスなどの有機物は、主に有機物に富む堆積岩と関連している。[ 11 ]
地質学者は、基盤岩の上にある未固結物質（表層堆積物と呼ばれる）を研究します。[ 12 ]この研究は、地質史の第四紀（地質時代の最新の時代）にちなんで、第四紀地質学として知られています。 [ 13 ]
1960年代には、地殻と上部マントルの最も硬い最上部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（アセノスフェアと呼ばれる）の上を移動するテクトニック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[ 15 ] [ 16 ]や山岳地形と地震活動の世界的な分布[ 17 ]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（つまり、延性のあるマントル岩石のゆっくりとした動きによって引き起こされる熱伝達）の間には密接な結合がある。そのため、プレートの海洋部分とそれに隣接するマントルの対流は常に同じ方向に移動する。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ある。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との間のこの結合は、プレートテクトニクスと呼ばれる。[ 18 ]
プレートテクトニクスの発展は、固体地球の多くの観測に対する物理的基礎を提供してきた。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: [ 19 ]
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説[ 20 ]のメカニズムを提供しました。この説では、大陸は地質学的時間スケールで地球の表面を移動します。プレートテクトニクスは、地殻変動の原動力となり、構造地質学の観測のための新しい環境を提供しました。プレートテクトニクス理論の強みは、これらの観測結果すべてを、リソスフェアが対流するマントル上をどのように移動するかという単一の理論に統合し、「地質学の壮大な統一理論」を形成する能力にあります。[ 21 ] [ 22 ]
高温高圧下での地震学、コンピュータモデリング、鉱物学、結晶学の進歩により、地球の内部構成と構造についての洞察が得られています。 [ 23 ]
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。この分野の初期の進歩により、液体の外核（せん断波が伝播できない場所）と密度の高い固体の内核の存在が示されました。これらの進歩により、地球の層状モデルが開発され、上部に岩石圏（地殻を含む）、その下にマントル（410 kmと660 kmの地震不連続面によって内部で分離されている）、さらにその下に外核と内核があるというモデルが生まれました。[ 24 ] [ 25 ] 1970年代以降、地震学者は、医師がCTスキャンで人体を画像化するのと同じように、地震波の全波形インバージョンなどの新しい技術を使用して、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見方が可能になり、単純化された層状モデルは、より動的なモデルに置き換えられました。[ 26 ] [ 24 ]
鉱物学者は、地震学およびモデリング研究からの圧力と温度のデータと地球の元素組成に関する知識を組み合わせて、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。[ 27 ]これらの研究は、マントルの主要な地震不連続面に関連する化学変化を説明し[ 28 ]、地球の内核で予想される結晶構造を示しています。[ 29 ]
地質年代尺度は地球の歴史を網羅しています。[ 30 ]最も古い年代は、最初の太陽系物質の年代である 45億6700万年前[ 31 ]と、地球の形成の年代である 45億4000 万年前[ 32 ] [ 33 ]で挟まれています。これは地質年代の区分である冥王代の始まりです。尺度の後の端は、現在 (完新世) で示されています。[ 34 ]
以下の5つのタイムラインは、地質年代を縮尺通りに示しています。最初のタイムラインは地球の形成から現在までの全期間を示していますが、最新の時代を表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、最新の時代を拡大表示したものです。同様に、3番目のタイムラインでは最新の時代が、4番目のタイムラインでは最新の期間が、そして5番目のタイムラインでは最新の世が拡大表示されています。
（上記のタイムラインの横軸は百万年単位、下記のタイムラインの横軸は千年単位です。）
月の歴史の時代区分は衝突事象の年代に基づいており、主要な衝突を定義づける名前が付けられています。したがって、インブリア紀はインブリウム海盆の形成にちなんで名付けられています。初期の月には磁場がありましたが、時間の経過とともに弱まっていったため、古い月の盆地の年代は、その固有の磁場の強さに基づいて推定できます。クレーターの年代は、形態学的および層序学的分類によって推定でき、新しいクレーターは古い衝突と重なり、一般的に衝突による摩耗が少ないことがわかります。[ 39 ]
時代区分:
相対年代測定法は、地質学が自然科学として初め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、以下の原理を使用しています。[ 40 ]
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は、地質学的時間を通じてほぼ同じように作用してきたと述べている。[ 41 ] [ 42 ] 18世紀のスコットランドの医師であり地質学者であったジェームズ・ハットンが提唱した地質学の基本原理は、「現在は過去を解く鍵である」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が観察できることによって説明されなければならない」。[ 43 ]
貫入関係の原理は、交差する貫入岩に関するものです。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。[ 44 ]貫入岩の種類には、ストック、ラコリス、バソリス、シル、ダイクなどがあります。[ 45 ]
交差関係の原理は、断層の形成と、断層が切断する地層の年代に関係します。断層は、切断する岩石よりも新しいものです。したがって、断層が一部の地層を貫通しているが、その上にある地層を貫通していない場合、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す。[ 42 ]このような状況でキー層を見つけると、断層が正断層か逆断層かを判断するのに役立つ場合があります。[ 46 ]
包有物と構成要素の原理によれば、堆積岩では、層中に包有物（または砕屑物）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あるはずです。 [ 42 ]例えば、堆積岩では、古い層の礫が剥ぎ取られて新しい層に取り込まれることはよくあります。火成岩でも、ゼノリスが見つかった場合、同様の状況が発生します。これらの異物はマグマや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え固まります。その結果、ゼノリスはそれを含む岩石よりも古いものとなります。[ 47 ]
原初水平性の原理は、堆積物の堆積は基本的に水平な層として起こると述べている。[ 42 ]さまざまな環境における現代の海洋および非海洋堆積物の観察は、この一般化を裏付けている（斜交層理は傾斜しているが、斜交層理ユニットの全体的な向きは水平である）。[ 46 ]
地層累重の原理は、地殻変動を受けていない堆積層は、その下の層よりも新しく、その上の層よりも古いというものである。論理的に、より新しい層が以前に堆積した層の下に滑り込むことはない。[ 42 ]この原理により、堆積層は垂直方向のタイムラインの一種、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る。[ 46 ]
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ます。生物は世界中で同じ時期に存在していたため、それらの存在または（場合によっては）不在によって、それらが出現する地層の相対的な年代がわかります。[ 42 ]ウィリアム・スミスがチャールズ・ダーウィンの進化論の発表のほぼ100年前に提唱した原理に基づいて、遷移の原理は進化論とは独立して発展しました。しかし、化石化の不確実性、生息地の横方向の変化（堆積層の相変化）による化石タイプの局在、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、この原理は非常に複雑になります。[ 48 ]
地質学者は岩石試料や地質学的出来事の絶対年代を決定するために方法を用いる。これらは相対年代測定法と併用したり、相対年代測定法を較正するために用いられることがある。[ 50 ]
20世紀初頭、放射性同位体やその他の方法を用いて地質学的出来事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、地質学者は化石と層序相関を用いて岩石の層を互いに相対的に年代決定することしかできませんでした。同位体年代測定法によって、岩石ユニットに絶対年代を割り当てることが可能になり、年代測定可能な化石層序にこれらの絶対年代を適用することで、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。[ 51 ]
多くの地質学的応用では、放射性元素の同位体比が鉱物中で測定され、岩石が特定の閉鎖温度（異なる放射性同位体が結晶格子に出入りしなくなる点）を通過してから経過した時間を示します。[ 52 ] [ 53 ]これらは地質年代学および熱年代学の研究に使用されます。この目的に最も適した同位体システムには、ウラン-鉛、ルビジウム-ストロンチウム、カリウム-アルゴンなどがあります。[ 54 ]ウラン-トリウム年代測定は炭酸カルシウムの年代測定に使用されます。[ 55 ]
地層シーケンス内で発見された溶岩および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することができます。[ 56 ]これらの方法は、深成岩の貫入年代を決定するために使用できます。ランタニ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代を計算するために使用されます。[ 57 ]他の方法は、より最近の出来事に使用されます。光刺激ルミネッセンスおよび宇宙線生成放射性核種年代測定は、表面および/または侵食速度の年代測定に使用されます。[ 58 ] [ 59 ]年輪年代学は、景観の年代測定に使用できます。[ 60 ]放射性炭素年代測定は、有機炭素を含む地質学的に若い物質に使用されます。[ 54 ]
熱化学的手法を用いることで、地殻内部の温度分布、山脈の隆起、古地形などを特定することができる。
岩石層が堆積・挿入され、変形作用によってその形状や位置が変化するにつれて、ある地域の地質は時間とともに変化していく。
岩石ユニットは、まず地表への堆積または上層の岩石への貫入によって定置されます。堆積は、堆積物が地球の表面に沈み、後に固化して堆積岩になる場合[ 61 ] 、または火山灰[ 62 ]や溶岩流などの火山物質が地表を覆う場合に起こります。バソリス、ラコリス、岩脈、岩床などの火成岩の貫入は、上層の岩石に押し上げられ、貫入しながら結晶化します[ 45 ] 。
初期の岩石層が堆積した後、岩石ユニットは変形および／または変成を受ける可能性がある。変形は通常、水平方向の短縮、水平方向の伸張、または横ずれ（横ずれ）運動の結果として発生する。これらの構造体制は、それぞれプレート間の収束境界、発散境界、およびトランスフォーム断層境界に広く関連している。[ 63 ]： 7-9
岩石ユニットが水平圧縮を受けると、短縮して厚くなります。泥岩以外の岩石ユニットは体積が大きく変化しないため、これは主に断層と褶曲という2つの方法で起こります。脆性変形が起こりうる浅い地殻では、衝上断層が形成され、より深い岩石が浅い岩石の上に移動します。[ 64 ]重ね合わせの原理で示されているように、より深い岩石はしばしば古いため、古い岩石がより新しい岩石の上に移動することがあります。[ 65 ]断層に沿った動きは、断層が平面でない場合、または岩層が引きずられ、断層に沿って滑りが生じる際に引きずり褶曲を形成する場合、褶曲を引き起こす可能性があります。[ 63 ] : 57–58
地球の深部では、岩石は塑性的に振る舞い、断層ではなく褶曲を起こします。これらの褶曲は、褶曲の中心にある物質が上方に湾曲して「背斜」を形成するものと、下方に湾曲して「向斜」を形成するものがあります。褶曲内の岩石ユニットの上部が上向きのままである場合、それぞれ背斜と向斜と呼ばれます。褶曲内のユニットの一部が下向きになっている場合、その構造は逆転背斜または逆転向斜と呼ばれ、すべての岩石ユニットが逆転している場合、または正しい上向きの方向が不明な場合は、最も一般的な用語である背斜と向斜と呼ばれます。[ 66 ]
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引き起こされる可能性があります。この変成作用は岩石の鉱物組成の変化を引き起こし、応力下での鉱物の成長に関連する葉理、つまり平面を形成します。これにより、堆積岩の層理、溶岩の流れの特徴、結晶岩の結晶パターンなど、岩石の元の組織の痕跡が消える可能性があります。[ 67 ]
伸張によって岩石ユニット全体が長くなり、薄くなります。これは主に正断層と延性伸張および薄化によって実現されます。正断層は、より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。これは通常、より新しいユニットが古いユニットの下に位置することになります。ユニットの伸張は、その薄化につながる可能性があります。[ 68 ]実際、マリア褶曲衝上断層帯のある場所では、グランドキャニオンの堆積シーケンス全体が1メートル未満の長さで現れます。延性伸張される深さの岩石は、しばしば変成しています。これらの伸張された岩石は、視覚的に似ていることからフランス語で「ソーセージ」を意味する言葉にちなんでブーダンと呼ばれるレンズ状に狭まることがあります。
岩石層が互いにすれ違う場所では、浅い領域では横ずれ断層が発生し、岩石が延性変形するより深い深度ではせん断帯となる。
堆積作用と貫入作用の両方によって新たな岩石ユニットが加わることは、しばしば地殻変動の過程で起こります。断層運動やその他の地殻変動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斜面や河川によって侵食されます。これらの堆積物は、標高が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運動は、堆積物の移動にもかかわらず地形勾配を維持し、物質が堆積するための空間を継続的に作り出します。
変形現象はしばしば火山活動や火成活動と関連している。[ 69 ]火山灰や溶岩が地表に堆積し、火成岩が下から侵入する。岩脈は、長くて平面状の火成岩の貫入岩で、亀裂に沿って侵入するため、活発に変形している地域では多数形成されることが多い。これにより、カナダ楯状地全体で見られるような岩脈群[ 70 ]や、火山の溶岩洞の周囲に岩脈の環が形成されることがある。[ 71 ]
これらのプロセスは必ずしも単一の環境で起こるわけではなく、必ずしも単一の順序で起こるわけでもありません。例えば、ハワイ諸島はほぼ完全に層状の玄武岩溶岩流で構成されています。米国大陸中部や米国南西部のグランドキャニオンの堆積層には、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層が含まれています。他の地域は地質学的にずっと複雑です。米国南西部では、堆積岩、火山岩、貫入岩が変成作用を受け、断層、葉理、褶曲を受けています。カナダ北西部のスレーブクラトンにあるアカスタ片麻岩のような、世界最古の岩石として知られる古い岩石でさえ、変成作用が進み、実験室での分析なしにはその起源を判別できないほどになっています。
これらのプロセスは段階的に進行することがあります。多くの場所では、米国南西部のグランドキャニオンがその非常に分かりやすい例ですが、下層の岩石層が変成作用と変形を受け、その後変形が止まり、上層の未変形層が堆積しました。岩石の堆積と変形は、量や回数を問わず起こり得ますが、これらの概念は、ある地域の地質史を理解するための指針となります。
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、多くの野外調査、実験室調査、数値モデリング手法を使用します。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）、層序学（堆積層の研究）、構造地質学（岩石ユニット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、氷河を研究し、過去および現在の生命と生物地球化学的経路を調査し、地球物理学的方法を使用して地下を調査します。地質学のサブスペシャリティは、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。[ 72 ]
地質調査の野外作業は、作業内容によって異なります。典型的な野外作業には、以下のようなものが含まれます。
In addition to identifying rocks in the field (lithology), petrologists identify rock samples in the laboratory. Two of the primary methods for identifying rocks in the laboratory are through optical microscopy (such as with the petrographic microscope[79]) and by using an electron microprobe.[80] In an optical mineralogy analysis, petrologists analyze thin sections of rock samples using a petrographic microscope, where the minerals can be identified through their different properties in plane-polarized and cross-polarized light, including their birefringence, pleochroism, twinning, and interference properties with a conoscopic lens.[81] In the electron microprobe, individual locations are analyzed for their exact chemical compositions and variation in composition within individual crystals.[82]Stable[83] and radioactive isotope[84] studies provide insight into the geochemical evolution of rock units.
岩石学者は、流体包有物データ[ 85 ]を使用したり、高温高圧の物理実験[ 86 ]を実施したりすることで、さまざまな鉱物相が出現する温度と圧力、および火成作用[ 87 ]や変成作用によってそれらがどのように変化するかを理解することができます。この研究は、変成作用や火成岩の結晶化条件を理解するために現場に応用できます[ 88 ] 。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役立ちます[ 89 ] 。
構造地質学者は、岩石内部の構造を観察するために、方向付けされた地質試料の薄片の顕微鏡分析を使用し、岩石の結晶構造内の歪みに関する情報を得ます。 [ 90 ]彼らは、断層や褶曲の方向をよりよく理解し、その地域の岩石変形の歴史を再構築するために、地質構造の測定値をプロットして組み合わせます。さらに、彼らは、大小さまざまな設定で岩石変形のアナログ実験と数値実験を行います。
構造の解析は、さまざまな特徴の向き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ることが多い。ステレオネットとは、球を平面に立体投影したもので、平面は線として、線は点として投影される。これらを用いて、褶曲軸の位置、断層間の関係、その他の地質構造間の関係を見つけることができる。[ 91 ]
構造地質学で最もよく知られている実験の一つに、収束するテクトニックプレート境界に沿って山脈が形成されるゾーンである造山楔に関するものがある。 [ 92 ]これらの実験のアナログ版では、水平方向の砂の層が下面に沿ってバックストップまで引き込まれ、その結果、現実的な断層パターンと、臨界的にテーパー状になった（すべての角度が同じままの）造山楔の成長が生じる。[ 93 ]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、多くの場合、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。[ 94 ]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、および時間による変成作用の経路に関する有用な情報を提供することができる。[ 95 ]
研究室では、地層学者は掘削コアなど、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。[ 96 ]地層学者は、地下の地層単位の位置を示す地球物理学的調査のデータを分析します。[ 97 ]地球物理学的データと検層データを組み合わせることで、地下のより良いビューを作成することができ、地層学者はこれを3次元で行うためにコンピュータプログラムを使用することがよくあります。[ 98 ]地層学者は、これらのデータを使用して、地球の表面で発生した古代のプロセスを再構築し、[ 99 ]過去の環境を解釈し、水、石炭、炭化水素の採掘エリアを特定することができます。
実験室では、生物層序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、その中に含まれる化石を調べます。[ 96 ]これらの化石は、科学者がコアの年代を特定し、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、堆積の時期と速度の絶対的な範囲をより正確に把握するために、層序セクション内の岩石の年代を正確に測定します。[ 100 ] 磁気層序学者は、掘削コア内の火成岩ユニットにおける磁気逆転の兆候を探します。[ 96 ]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。[ 96 ]
20世紀の宇宙探査の到来とともに、地質学者は地球の研究に用いられてきたのと同じ方法で他の惑星体を調べ始めました。この新しい研究分野は惑星地質学（宇宙地質学とも呼ばれる）と呼ばれ、太陽系の他の天体を研究するために既知の地質学的原理に基づいています。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。しかし、惑星地球物理学者の中には巨大惑星や系外惑星を研究する人もいます。[ 101 ]
ギリシャ語由来の接頭辞geo は地球を指しますが、「geology」は他の惑星の名称と組み合わせて、それらの構成や内部プロセスを説明する際によく使用されます。例としては、「火星の地質学」や「月の地質学」などがあります。また、 selenology（月の研究）、areology（火星の研究）、hermesology （水星の研究）などの専門用語も使用されています。[ 102 ]
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るが、重要な焦点の一つは、他の世界における過去または現在の生命の証拠を探すことである。このため、生命の証拠を探すことを主な目的または副次的な目的とする多くのミッションが行われている。[ 103 ]その一つがフェニックス着陸機で、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、鉱物成分を調べた。[ 104 ]
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一分野です。経済鉱物とは、さまざまな実用的な用途のために利益を上げて採掘される鉱物のことです。経済地質学者は、石油や石炭などの地球の天然資源、および鉄、銅、ウランなどの金属を含む鉱物資源の発見と管理を支援します。[ 105 ]
鉱業地質学は、地球から鉱物や鉱石資源を採掘することから成ります。経済的に関心のある資源には、宝石[ 106 ] 、金や銅などの金属[ 107 ] 、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[ 108 ] 、シリカ[ 109 ] 、軽石[ 110 ]などの多くの工業用鉱物、硫黄[ 111 ]やヘリウム[ 112 ]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。[ 113 ]これらの貯留層の多くは堆積盆地に存在するため、[ 114 ]これらの盆地の形成、その堆積および構造的進化、および岩石ユニットの現在の位置を研究します。
工学地質学とは、工学的原理を工学実務に適用し、工学的構造物の位置、設計、建設、運用、保守に影響を与える地質学的要因が適切に対処されることを保証することを目的とする学問である。[ 115 ]工学地質学は、特に北米では、地質工学とは区別される。
土木工学の分野では、構造物が建設される材料の力学的原理を解明するために、地質学的原理と分析が用いられます。これにより、トンネルが崩壊することなく建設でき、橋や超高層ビルを頑丈な基礎で建設でき、粘土や泥の上に建物が沈下することなく建設できます。[ 116 ]
地質学と地質学的原理は、河川の復元、汚染された土地の復元、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、[ 117 ]汚染されていない水をすぐに供給できることが多く、特に乾燥地域で重要です。 [ 118 ]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。[ 117 ] [ 119 ]
地質学者は、地層、ボーリング孔、コアサンプル、氷床コアを通してデータを取得します。氷床コア[ 120 ]と堆積物コア[ 121 ]は古気候復元に使用され、地質学者は地球全体の過去と現在の気温、降水量、海面水位を知ることができます。これらのデータセットは、観測データ以外で地球規模の気候変動に関する主要な情報源です。 [ 122 ]
地質学者や地球物理学者は、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。 [ 123 ]地質学に関連する重要な自然災害の例（主にまたは気象学に関連するものとは対照的に）は次のとおりです。[ 124 ]
地球の物理的物質の研究は、少なくとも古代ギリシャにまで遡り、テオフラストス（紀元前372～287年）が『ペリ・リトン（石について）』を著した。ローマ時代には、大プリニウスが当時実用化されていた多くの鉱物や金属について詳細に記述し、琥珀の起源についても正しく言及した。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ことを重要な観察として指摘した。彼は土地の構成を観察し、地球はゆっくりと変化し、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。[ 126 ] [ 127 ]
アブ・アル＝ライハン・アル＝ビールーニー（西暦973年～1048年）は、初期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に関する初期の記述が含まれており、インド亜大陸はかつて海であったという仮説を立てた。 [ 128 ]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、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、山脈の形成、地震の起源、および現代地質学の中心となるその他のトピックについて詳細な説明を提案し、後の地質学の発展に不可欠な基礎を提供した。[ 129 ] [ 130 ]中国では、博学者の沈括（1031–1095）が、海から数百マイル離れた山の地層にある化石化した動物の貝殻の観察に基づいて、土地は山の侵食とシルトの堆積によって形成されたと推測し、土地形成の過程に関する仮説を立てた。[ 131 ]
ゲオルギウス・アグリコラ（1494年 - 1555年）は、1546年に画期的な著作『化石の性質について』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。[ 132 ]
ニコラス・ステノ（1638年 - 1686年）は、地層の重なりの法則、水平性の原理、および側方連続性の原理という、地層学の3つの決定的な原理を提唱した人物として知られている。[ 133 ]
「地質学」という言葉は、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、[ 134 ] [ 135 ]続いて1778年にジャン＝アンドレ・デリュックによって使用され、 [ 136 ] 1779年にホレス＝ベネディクト・ド・ソシュールによって固定用語として導入されました。[ 137 ] [ 138 ]この言葉は、ギリシャ語のγῆ（gê）「地球」とλόγος （logos）「言葉」に由来します。[ 139 ]しかし、別の情報源によると、「地質学」という言葉は、ノルウェー人の司祭で学者であったミッケル・ペダーソン・エショルト（1600-1669）に由来するとされています。エショルトは、著書『Geologia Norvegica』（1657年）の中で初めてこの定義を使用しました。[ 140 ] [ 141 ]
ウィリアム・スミス（1769年～1839年）は、最初の地質図をいくつか描き、岩石層（地層）に含まれる化石を調べることによって、岩石層を分類するプロセスを開始しました。 [ 125 ]
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。[ 142 ]彼の著作は、時間におけるプロセスの統一性と現在から地球の過去を説明することに基づいた、近代地質学の最初の物語であった。[ 143 ]
ジェームズ・ハットン（1726年～1797年）は、しばしば最初の近代地質学者と見なされている。[ 144 ] 1785年、彼はエディンバラ王立協会に「地球の理論」と題する論文を発表した。その論文の中で、彼は、山々が侵食され、海底に堆積物が新しい岩石を形成し、それが隆起して陸地となるのに十分な時間があったため、地球はこれまで考えられていたよりもはるかに古いに違いないという理論を説明した。ハットンは1795年に、自身の考えを2巻にまとめた本を出版した。[ 145 ]
ハットンの信奉者たちは、火山の溶岩が堆積してできた岩石もあると信じていたため、プルートニストとして知られていた。これに対し、アブラハム・ヴェルナーが率いるネプチューニストは、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んだものだと信じていた。[ 146 ]
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ました。[ 147 ] 1807年、マクルーアは米国地質調査を行うという自らに課した課題に着手しました。彼は合衆国のほぼすべての州を横断して地図を作成し、アレゲーニー山脈を約50回横断しました。[ 148 ]彼の独力による調査結果は、「米国の地質に関する観察と地質図の説明」と題された覚書としてアメリカ哲学協会に提出され、同協会の紀要に、米国初の地質図とともに掲載されました。[ 149 ]これは、岩石の分類方法が異なっていたものの、ウィリアム・スミスのイングランドの地質図より6年早いものです。
チャールズ・ライエル卿（1797年～1875年）は、1830年に有名な著書『地質学原理』[ 150 ]を初めて出版しました。この本はチャールズ・ダーウィンの思想に影響を与え、斉一説を広めることに成功しました。斉一説は、地球の歴史を通じてゆっくりとした地質学的プロセスが起こり、現在も起こっていると主張しています。これに対し、激変説は、地球の地形は単一の大災害によって形成され、その後は変化していないという理論です。ハットンは斉一説を信じていましたが、当時この考えは広く受け入れられていませんでした。
19世紀の地質学の多くは、地球の正確な年齢という問題を中心に展開していた。推定値は数十万年から数十億年まで様々であった。[ 151 ] 20世紀初頭までに、放射年代測定法により、地球の年齢は20億年と推定されるようになった。この膨大な時間の認識は、地球を形作ったプロセスに関する新しい理論への道を開いた。
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の精緻化である。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た。この理論は地球科学に革命をもたらした。今日、地球は約45億年前であることが知られている。[ 33 ]
{{cite journal}}: CS1メンテナンス: DOIは2025年10月現在非アクティブです（リンク）{{cite journal}}: CS1メンテナンス: DOIは2025年10月現在非アクティブです（リンク）[...] the historic dichotomy between 'hard rock' and 'soft rock' geologists, i.e. scientists working mainly with endogenous and exogenous processes, respectively [...] endogenous forces mainly defining the developments below Earth's crust and the exogenous forces mainly defining the developments on top of and above Earth's crust.