地質学の歴史

地質学の歴史は、自然科学である地質学の発展に関係しています。地質学は、地球の起源、歴史、構造に関する科学的研究です。^[1]

紀元前540年、クセノファネスは山の堆積物から発見された魚や貝の化石について記述している。同様の化石はヘロドトス（紀元前490年頃）によっても記録されている。^{[2] [3] [4]}

最初の地質学的思想のいくつかは、地球の起源に関するものでした。古代ギリシャは、地球の起源に関するいくつかの基本的な地質学的概念を開発しました。さらに、紀元前4世紀にアリストテレスは、地質学的変化の速度が遅いという重要な観察を行いました。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立てました。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つを開発しました。^{[5] [6]}

しかし、古代において最も大きな進歩を遂げたのは、リュケイオンの彼の後継者であった哲学者テオプラストスであり、その著書『石について』でその著作を著した。彼は、アテネ近郊のラウリウムなどの地元の鉱山から、さらに遠くの鉱山まで、多くの鉱物や鉱石について記述した。彼はまた、当然のことながら、大理石や石灰岩などの建築材料の種類についても論じ、硬度などの特性による鉱物の特性の原始的な分類を試みた。

ローマ時代になって、大プリニウスは当時広く実用化されていた多くの鉱物や金属について非常に広範囲にわたる論述を残しました。彼は、琥珀の一部に閉じ込められた昆虫を観察して、琥珀の起源が樹木の樹脂の 化石であると正しく特定した最初の人物の一人です。また、ダイヤモンドの八面体の性質を認識して結晶学の基礎を築きました。

アブ・アル・ライハン・アル・ビールーニー（973年 - 1048年）は、最古のイスラム地質学者の一人であり、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。^[7]

ペルシャの博学者イブン・シーナー（アヴィセンナ、981年～1037年）は、イフワーン・アル・サファなどの自然哲学者とともに、地質学や自然科学（彼はこれをアタビエヤットと呼んだ）に多大な貢献をした。イブン・シーナーは「キターブ・アル・シーファ」（無知からの治癒、治療、または救済の書）と題する百科事典を著した。その第2部第5節には、アリストテレスの『鉱物学と気象学』に関する注釈が6章にわたって含まれている。山の形成、雲の形成における山の利点、水源、地震の起源、鉱物の形成、地球の地形の多様性。

中世中国で最も興味深い博物学者の一人に沈括（1031-1095）がいます。彼は博識な人物で、当時多くの研究分野に手を染めていました。地質学の点では、沈括は地形学の理論を定式化した最初の博物学者の一人です。これは、太平洋から数百マイル離れた太行山脈で見つかった堆積物の隆起、土壌浸食、シルトの堆積、海洋 化石の観察に基づいています。彼はまた、陝西省の乾燥した北部気候のヤン州（現在の延安）近くの地下で保存された状態で発見された古代の化石化した竹を観察した後、緩やかな気候変化の理論を定式化しました。彼は土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貝殻の化石を観察し、その土地は山の浸食とシルトの堆積によって形成されたと推測した。

地質学が大きく発展したのは17世紀になってからだった。この頃、地質学は自然科学の世界で独自の存在となった。キリスト教世界では、聖書の異なる翻訳には聖書の本文の異なるバージョンが含まれていることが発見された。すべての解釈を通して一貫していた唯一のことは、大洪水が世界の地質と地理を形成したということだった。^{[8] [検証の失敗]}聖書の信憑性を証明するために、人々は科学的証拠によって大洪水が実際に起こったことを示す必要があると感じた。データに対するこの高まる欲求とともに、地球の組成の観察が増加し、それが今度は化石の発見につながった。地球の組成への関心の高まりから生じた理論は、しばしば大洪水の概念を支持するために操作されたが、真の結果は地球の構成に対する関心の高まりであった。 17世紀のキリスト教信仰の強さにより、地球の起源に関する理論として最も広く受け入れられたのは、1696年にウィリアム・ウィストンが出版した『地球の新理論』であった。^[9]ウィストンはキリスト教の理論を用いて、大洪水が起こったこと、そしてその洪水によって地球の岩石層が形成されたことを「証明」した。

17世紀には、地球の起源に関する宗教的および科学的な推測が地球への関心をさらに高め、地球の地層のより体系的な識別技術をもたらした。^[9]地球の地層は、全体的にほぼ同じ組成を持つ岩石の水平層として定義できます。^[10]この科学の重要な先駆者はニコラウス・ステノです。ステノは科学に関する古典的なテキストで訓練されていましたが、1659年までに自然界に関する一般的な知識に深刻な疑問を抱いていました。^[11]重要なのは、彼が化石が地中で成長するという考えや、岩石の形成に関する一般的な説明に疑問を呈したことです。これらのテーマに関する彼の調査とその後の結論により、学者たちは彼を現代の地層学と地質学の創始者の一人とみなすようになった^{[12] [13]}（成人してカトリック教徒になったステノは最終的に司教となり、1988年に教皇ヨハネ・パウロ2世によって列福された。そのため、彼は福者ニコラウス・ステノとも呼ばれている）。

地球の性質とその起源に対する関心が高まるにつれ、鉱物や地殻の他の構成要素への注目も高まった。さらに、18世紀中盤から後半にかけてヨーロッパでは鉱業の経済的重要性が高まったため、鉱石とその自然分布に関する正確な知識を持つことが重要になった。^[14]学者たちは地球の構成を体系的に研究し始め、土地自体だけでなく、そこに含まれる商業価値の高い半貴金属についても詳細な比較や説明を行った。例えば、1774年にアブラハム・ゴットロープ・ヴェルナーは『化石の 外部的特徴について』を出版し、外部的特徴に基づいて特定の鉱物を識別する詳細なシステムを提示したことで広く知られるようになった。^[14] 鉱業に適した生産性の高い土地を特定し、半貴金属を見つけることができれば、より多くの金儲けができる。この経済的利益を求める動きにより、地質学は脚光を浴び、人気のある研究対象となりました。地質学を研究する人の数が増えるにつれて、地球に関するより詳細な観察とより多くの情報が得られるようになりました。

また18世紀には、地球の歴史の側面、すなわち一般に受け入れられている宗教的概念と事実の証拠との相違が、再び社会で議論される人気のトピックとなった。1749年、フランスの博物学者ジョルジュ＝ルイ・ルクレール・ド・ビュフォン伯爵は『自然史』を出版し、その中でホイストンや他の教会理論家による地球の歴史に関する聖書の一般的な記述を批判した。^{[15]彼は冷却球の実験から、地球の年齢は}聖書から推測される4,000年や5,500年ではなく、実際には75,000年であることを発見した。^[16]神にも聖書にも言及せずに地球の歴史を述べたもう一人の人物は、哲学者のイマヌエル・カントで、彼は1755年に『自然史と天体の理論』を出版しました。 ^[17]これらの尊敬される人物や他の人々の著作により、18世紀半ばまでに地球の年齢を疑問視することが受け入れられるようになりました。この疑問は、地球研究の転換点となりました。今や、宗教的な先入観なしに科学的観点から地球の歴史を研究することが可能になったのです。

地球の歴史の調査に科学的手法を適用することで、地質学の研究は科学の独立した分野になることができました。まず、地質学の研究を構成する用語と定義を解明する必要がありました。「地質学」という用語は、ジュネーブの博物学者ジャン＝アンドレ・ドゥリュックとオレス＝ベネディクト・ド・ソシュールの出版物で初めて技術的に使用されましたが、^[18]「地質学」という用語が広く受け入れられたのは、 1751年にドニ・ディドロによって出版された非常に影響力のある大要である百科全書で取り上げられたときでした。^[18]この用語が地球とその歴史の研究を表すものとして確立されると、地質学は徐々に、教育機関で研究分野として教えることができる独立した科学としてより一般的に認識されるようになりました。1741年、自然史の分野で最もよく知られている機関であるフランスの国立自然史博物館は、地質学専用の最初の教職を創設しました。^[19]これは、科学としての地質学の知識をさらに促進し、そのような知識を広く普及させることの価値を認識する上で重要な一歩でした。

1770年代までに、化学は地質学の理論的基礎において極めて重要な役割を果たし始め、熱心な支持者による2つの正反対の理論が登場した。これらの対照的な理論は、地球表面の岩層がどのように形成されたかについて異なる説明を提供した。1つは、おそらく聖書の大洪水のように、液体の浸水がすべての地層を作ったと示唆した。この理論は、17世紀から発展してきた化学理論を拡張し、スコットランドのジョン・ウォーカー、スウェーデンのヨハン・ゴットシャルク・ヴァレリウス、ドイツのエイブラハム・ヴェルナーによって推進された。^{[20]これらの名前のうち、ヴェルナーの見解は1800年頃に国際的に影響力を持つようになった。彼は、}玄武岩や花崗岩を含む地球の地層は、地球全体を覆っていた海の沈殿物として形成されたと主張した。ヴェルナーの体系は影響力があり、彼の理論を受け入れた人々は洪積主義者または海王星主義者として知られていた。^[21] 18世紀後半、特に化学の訓練を受けた人々の間では、海王星説が最も人気があった。しかし、1780年代以降、別の説が徐々に広まった。18世紀半ばの博物学者、例えばビュフォンは、水ではなく、熱（または火）によって地層が形成されたと主張した。この説は、1780年代にスコットランドの博物学者ジェームズ・ハットンによって修正され、拡張された。彼は海王星説に反対し、代わりに熱に基づく説を提唱した。19世紀初頭にこの説に従った人々は、この見解を冥王星説と呼んだ。これは、地球は、歴史を通じて発生し、現在も続いているのと同じプロセスによって、ゆっくりとした速度で溶融した塊が徐々に凝固することで形成されたというものである。これにより彼は、地球は計り知れないほど古く、聖書から推測される年代学の限界内では説明できないという結論に至った。深成岩論者は、大洪水による水ではなく、火山活動が岩石形成の主な原因であると信じていました。 ^[22]

19世紀初頭、鉱業と産業革命により、地層柱状図（「形成の順序に従って時間的に並べられた岩石層の順序」）が急速に発展した。^[23]イギリスでは、1790年代から鉱山測量士ウィリアム・スミスが、運河システムの作業で国中を旅し、イギリス初の地質図を作成した際に、化石が地形の類似した層を区別するのに非常に効果的な手段であることを経験的に発見した。ほぼ同じ頃、フランスの比較解剖学者ジョルジュ・キュヴィエは、パリ鉱山学校の同僚アレクサンドル・ブロニャールの助けを借りて、化石の相対的な年代は地質学的な観点から、つまり化石がどの岩層に位置しているか、およびこれらの岩層が地球の表面からどのくらい離れているかという観点から決定できることを認識した。ブロニャールとキュヴィエは、発見を総合して、異なる地層は化石の含有量によって識別でき、したがって各地層を地層中の固有の位置に割り当てることができることに気付きました。^[24]キュヴィエとブロニャールの著書「パリ周辺の地質学の記述」が1811年に出版され、その概念の概要が説明された後、地層学は地質学者の間で非常に人気を博し、多くの人がこの概念を地球上のすべての岩石に適用することを望みました。^[25]この世紀には、さまざまな地質学者が地層の柱をさらに改良し、完成させました。たとえば、1833年にアダム・セジウィックがカンブリア紀のものであると確定した岩石を地図に描いていたとき、チャールズ・ライエルは別の場所で第三紀の区分を提案していました。^[26]一方、ロデリック・マーチソンは、別の方向からウェールズの地図を作成し、セジウィックのカンブリア紀の上部を自身のシルル紀の下部に割り当てていました。^[27]地層の柱は、これらの岩石を地層の順序の異なる位置に当てはめることによって、それらの相対的な年代を割り当てる方法を提供したため、重要でした。これにより、地球の年齢を算定するための世界的なアプローチが生まれ、さまざまな国の地殻の構成に見られる類似点からさらなる相関関係を導き出すことが可能になりました。

19世紀初頭のイギリスでは、地質学と聖書の大洪水の宗教的伝統を調和させる目的で、天変地異説が採用された。1820年代初頭、ウィリアム・バックランドやアダム・セジウィックなどのイギリスの地質学者は、「洪積」堆積物をノアの洪水の結果と解釈したが、19世紀末までに彼らは意見を改め、局地的な洪水を支持した。^[28]チャールズ・ライエルは、1830年に著書『地質学原理』第1巻を出版し、天変地異説に異議を唱えた。この本では、イギリス、フランス、イタリア、スペインからのさまざまな地質学的証拠を提示し、ハットンの漸進主義の考えが正しいことを証明した。^[24]彼は、人類の歴史において、ほとんどの地質学的変化は非常に緩やかであったと主張した。ライエルは、現在も過去と同じ速度でプロセスが発生し、地球の地質学的特徴のすべてを説明できるとする地質学の教義である斉一説の証拠を提示した。^[29]ライエルの著作は人気があり広く読まれ、斉一説の概念は地質学界で強い地位を​​獲得した。^[24]

1831年、ビーグル号の沿岸調査遠征の指揮を任されたロバート・フィッツロイ艦長は、土地を調査して地質学上の助言をくれる適当な博物学者を探していた。この役目を担ったのがチャールズ・ダーウィンだった。ダーウィンはちょうど学士号を取得したばかりで、春学期の地質学の講義を受講した後、セジウィックの2週間のウェールズ地図作成遠征に同行していた。フィッツロイはダーウィンにライエルの『地質学原理』を与え、ダーウィンはライエルの考えの支持者となり、自分が見た地質学的プロセスについて斉一説に基づいて独創的な理論を立て、ライエルの考えのいくつかに異議を唱えさえした。彼は隆起を説明するために地球が膨張していると推測し、次に陸地が隆起するにつれて海域が沈んだという考えに基づいて、沈降する火山島の周りの裾礁からサンゴ環礁が成長するという理論を立てた。この考えはビーグル号がココス諸島（キーリング諸島）を調査したときに確認され、1842年に彼は『サンゴ礁の構造と分布』で彼の理論を発表しました。ダーウィンは巨大化石を発見したことで地質学者としての名声を確立し、それらの絶滅の原因についての理論化は1859年に『種の起源』で発表された自然選択による進化の理論につながりました。 ^{[28] [30] [31]}

地質データの実用化に対する経済的動機から、一部の政府は地質学研究を支援した。19世紀には、カナダ、オーストラリア、イギリス、アメリカを含むいくつかの国が、国内の広大な地域の地質図を作成する地質調査を開始した。地質図は有用な岩石や鉱物の位置を示し、そのような情報は国の鉱業や採石業に役立てることができる。政府と産業界が地質学研究に資金を提供し、技術と技法が向上するにつれて、より多くの人々が地質学の研究に着手し、科学の分野が拡大した。^[14]

19世紀、地質学の研究により、地球の年齢は数百万年単位で推定されていた。1862年、物理学者ウィリアム・トムソン（初代ケルビン男爵）は、地球の年齢を2000万年から4億年とする計算結果を発表した。^[32]彼は、地球が完全に溶融した物体として形成されたと仮定し、地表付近が現在の温度まで冷却するのにかかる時間を推定した。多くの地質学者は、トムソンの推定値は、観測された堆積岩の厚さ、生命の進化、堆積層の下にある結晶質基盤岩の形成を考慮するには不十分であると主張した。^[33] 20世紀初頭の放射能の発見により、地球内部の熱源がさらに増え、トムソンの算出した年齢が増加するとともに、地質学的事象の年代測定方法も確立された。

20世紀初頭までに放射性同位体が発見され、放射年代測定法が開発された。1911年、放射性崩壊を地質年代測定の手段として利用する先駆者の一人であるアーサー・ホームズは、鉛同位体を用いてセイロン島から採取したサンプルの年代を16億年前と測定した。 ^{[34] 1913年、}インペリアル・カレッジ・ロンドンの職員であったホームズは、有名な著書『地球の年齢』を出版し、地質学的堆積作用や地球の冷却に基づく方法（多くの人々が依然としてケルビン卿の1億年未満という計算に固執していた）よりも放射年代測定法の利用を強く主張した。ホームズは始生代最古の岩石の年齢を16億年前と推定したが、地球の年齢については推測しなかった。 ^{[35]その後数十年にわたってこの理論を推進したことにより、彼は「近代}地質年代学の父」というあだ名を得た。^{[要出典] 1921年、}英国科学振興協会の年次会議の出席者は、地球の年齢は数十億年であり、放射年代測定は信頼できるという大まかな合意に達した。ホームズは1927年に『地球の年齢、地質学的概念の入門』を出版し、アルフレッド・OC・ニエによって確立されたウラン同位体の相対的存在量の測定値に基づいて、1940年代の推定値を4,500±1億年に引き上げ、16億年から30億年の範囲を提示した。地球の年齢を確立した科学的証拠に従わない理論は、もはや受け入れられなかった。確立された地球の年齢はそれ以来洗練されてきたが、大きくは変わっていない。

1912年、アルフレッド・ウェゲナーは大陸移動説を提唱した。^[36]この説は、大陸の形状といくつかの大陸間の海岸線の地質の一致から、過去は大陸が結合してパンゲアとして知られる単一の陸地を形成し、その後分離して海底をいかだのように漂い、現在の位置に到達したと示唆している。さらに、大陸移動説は山脈の形成に関する可能な説明を提供し、プレートテクトニクスは大陸移動説に基づいて構築された。

残念ながら、ウェゲナーはこの移動について説得力のあるメカニズムを提示せず、彼の考えは彼の存命中は一般に受け入れられなかった。アーサー・ホームズはウェゲナーの理論を受け入れ、大陸の移動を引き起こすメカニズム、すなわちマントル対流を提示した。 ^[37]しかし、第二次世界大戦後になって初めて、大陸移動を支持する新たな証拠が蓄積され始めた。その後20年間、大陸移動説は少数の人々に信じられていたものから現代地質学の基礎となるものへと発展した。1947年以降、研究によって海底に関する新たな証拠が提供され、1960年にブルース・C・ヒーゼンが中央海嶺の概念を発表した。その後まもなく、ロバート・S・ディーツとハリー・H・ヘスは、海底拡大で海底が中央海嶺に沿って広がるにつれて海洋地殻が形成されると提唱した。^{[38]これは}マントル対流の確証とみなされ、理論の大きな障害が取り除かれた。地球物理学的証拠は大陸の横方向の移動と海洋地殻が大陸地殻よりも若いことを示唆した。この地球物理学的証拠はまた、磁性鉱物に記録された地球の磁場の方向の記録である古地磁気の仮説を促進した。英国の地球物理学者SKランコーンは、大陸が地球の磁極に対して移動したという発見から古地磁気の概念を提唱した。海底拡大仮説と大陸移動説を当初から推進していたツゾ・ウィルソン^[39]は、トランスフォーム断層の概念をモデルに追加し、地球上のプレートの移動を機能させるために必要な断層の種類のクラスを完成させた。 ^[40] 1965年にロンドン王立協会で開催された大陸移動に関するシンポジウム^[41]は、科学界がプレートテクトニクスを公式に受け入れ始めたものとみなされなければならない。シンポジウムの要旨は、Blacket、Bullard、Runcorn; 1965として発行されている。このシンポジウムで、エドワード・ブラードと同僚は、コンピューター計算によって、大西洋の両側の大陸が海を閉じるのに最もよく適合する方法を示し、これは有名な「ブラードの適合」として知られるようになった。1960年代後半までに、入手可能な証拠の重みにより、大陸移動は一般に受け入れられた理論となった。

月面のクレーターの分布に健全な地層学原理を適用することで、ジーン・シューメーカーはほぼ一夜にして月の研究を月天文学者から月地質学者に引き渡したと言える。^[要出典]

近年、地質学は、地球の特性と起源、表面の特徴と内部構造を研究するという伝統を継承しています。20 世紀後半に変化したのは、地質学研究の視点です。地質学は、大気圏、生物圏、水圏を含むより広い文脈で地球を考察する、より統合的なアプローチで研究されるようになりました。^[42] 宇宙に設置され、地球の広範囲の写真を撮影する衛​​星は、そのような視点を提供します。1972 年、NASAと米国地質調査所が共同で管理する一連の衛星ミッションであるランドサットプログラムにより、地質学的に分析できる衛星画像の提供が開始されました。これらの画像を使用して、主要な地質単位をマッピングし、広大な地域の岩石の種類を認識して相関させ、プレート テクトニクスの動きを追跡できます。このデータのいくつかの用途には、地質学的に詳細な地図を作成したり、自然エネルギー源を特定したり、プレート シフトによって引き起こされる可能性のある自然災害を予測したりする機能が含まれます。^[43]

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• 地球科学の概要
• フンボルトの科学
• 地質学のタイムライン
• テクトノフィジックスの発展のタイムライン（1954 年以前）

• BBCのIn Our Timeにおける初期の地質学

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