Жер құрамы, құрылысы және тарихын зерттеу ғылымы

Кіріспе

Жердің құрамы, құрылымы және тарихын ғылыми тұрғыдан зерттеу. Геология – Жер және басқа да астрономиялық денелерді, оларды құрайтын тау жыныстарын және уақыт өте келе олардың қалай өзгеретінін зерттейтін табиғаттану ғылымының бір саласы. Қазіргі геология гидрологияны қоса алғанда, басқа Жер ғылымдарының барлығымен тығыз байланысты. Ол Жер жүйесі ғылымы және планеталық ғылыммен интеграцияланған. Геология Жердің беті мен ішкі құрылымын, сондай-ақ осы құрылымды қалыптастырған процестерді сипаттайды. Геологтар тау жыныстарының минералдық құрамын зерттеп, олардың қалыптасу тарихына түсінік алады. Геология белгілі бір аймақта табылған тау жыныстарының салыстырмалы жасын анықтайды, ал геохимия (геологияның бір саласы) – олардың абсолютті жасын анықтайды. Әртүрлі петрологиялық, кристаллографиялық және палеонтологиялық әдістерді қолдана отырып, геологтар Жердің геологиялық тарихын толыққанды жазбаға түсіре алады. Оның бір қыры – Жердің жасын дәлелдеу. Геология плиталардың қозғалысы, тіршіліктің эволюциялық тарихы және Жердің бұрынғы климаты туралы мәліметтер береді. Геологтар Жердің және басқа да құрлық планеталарының қасиеттері мен процестерін жан-жақты зерттейді. Жердің құрылымын және эволюциясын түсіну үшін геологтар далалық жұмыстар, тау жыныстарын сипаттау, геофизикалық әдістер, химиялық талдау, физикалық тәжірибелер және сандық модельдеу сияқты әртүрлі әдістерді пайдаланады. Практикалық тұрғыдан алғанда, геология кен байлықтарын және көмірсутектерді іздеу мен өндіру, су ресурстарын бағалау, табиғи қауіптерді түсіну, қоршаған орта мәселелерін шешу және бұрынғы климат өзгерістеріне түсінік беру үшін маңызды. Геология – маңызды академиялық пән, геологиялық инженерияның негізгі бөлігі және геотехникалық инженерияда маңызды рөл атқарады.

Геологиялық материал

Геологиялық деректердің көп бөлігі қатты Жер материалдарын зерттеу нәтижесінде алынады. Метеориттер және басқа да сыртқы кеңістіктегі табиғи материалдар да геологиялық әдістермен зерттеледі.

Минералдық

Минералдар – белгілі бір біртекті химиялық құрамы және реттелген атомдық құрамы бар табиғи элементтер мен қосылыстар. Әр минералдың ерекше физикалық қасиеттері болады, оларды анықтау үшін көптеген сынақтар жасалады. Минералдар көбінесе осы сынақтар арқылы анықталады. Үлгілерді келесілер бойынша тексеруге болады:
Түсі: Минералдар түсіне қарай топтастырылады. Көбінесе диагностикалық белгі, бірақ қоспалар минералдың түсін өзгерте алады. Сызық түсі: Үлгіні фарфорлық тақтаға сызып, сызықтың түсін анықтау арқылы жасалады. Сызық түсі минералды анықтауға көмектеседі. Қаттылығы: Минералдың сызауға немесе ойылуға төзімділігі. Сыну сипаты: Минерал сынық немесе жарылымды болуы мүмкін, сынық – тегіс емес беттердің бұзылуы, ал жарылым – тығыз параллель жазықтықтар бойымен бұзылуы. Жылтырлығы: Минералдың бетінен шағылысқан жарықтың сипаттамасы. Мысалдар: металл, інжулі, балауызды, мат. Салыстырмалы тығыздығы: минералдың белгілі бір көлемінің салмағы. Көпіршік пайда болуы: минералға тұз қышқылын тамшылату арқылы анықталады. Магнетизм: Магнетизмді тексеру үшін магнит қолданылады. Дәмі: Минералдардың ерекше дәмі болуы мүмкін, мысалы, галит (ол ас тұзы сияқты дәмді).

Қатты

Тау жынысы – табиғи түрде пайда болатын қатты масса немесе минералдар немесе минералоидтардың жиынтығы. Геологиядағы зерттеулердің көп бөлігі тау жыныстарын зерттеумен байланысты, себебі олар Жердің геологиялық тарихының көп бөлігінің негізгі жазбасын ұсынады. Тау жыныстарының үш негізгі түрі бар: магмалық, шөгінді және метаморфтық. Тау жыныстарының циклы олардың арасындағы қарым-қатынастарды көрсетеді (схеманы қараңыз). Егер тау жынысы балқыған заттан (магма немесе лава) қатып немесе кристалданып жатса, ол магмалық тау жынысы болады. Бұл тау жынысы ауа райының әсеріне ұшырап, эрозияға түсуі мүмкін, содан кейін қайтадан жинақталып, шөгінді тау жынысына айналуы мүмкін. Шөгінді тау жыныстары негізінен төрт санатқа бөлінеді: құмтас, тақта тас, карбонаттар және булану арқылы түзілген тау жыныстары. Бұл жіктемелердің бірі шөгінді бөлшектердің мөлшеріне (құмтас және тақта тас), екіншісі минералогия мен түзілу процестеріне (карбонация және булану) назар аударады. Магмалық және шөгінді тау жыныстары жылу мен қысымның әсерінен метаморфтық тау жыныстарына айналуы мүмкін, бұл олардың минералдық құрамын өзгертіп, ерекше құрылымды қалыптастырады. Осы үш түрдің барлығы қайтадан балқып, жаңа магма түзілуі мүмкін, содан кейін магмалық тау жынысы қайтадан қатып қалуы мүмкін. Көмір, битум, мұнай және табиғи газ сияқты органикалық заттар көбінесе органикалық заттарға бай шөгінді тау жыныстарымен байланысты. Осы үш тау жынысының барлығын зерттеу үшін геологтар олардың құрамындағы минералдарды және олардың басқа физикалық қасиеттерін, мысалы, текстурасын және құрылымын бағалайды.

Литияланбаған материал

Геологтар тау жынысының астында жатқан, консолидацияланбаған материалдарды (беттік шөгінділер деп те аталады) зерттейді. Бұл зерттеу көбінесе геологиялық тарихтың ең соңғы кезеңі – квартер кезеңінің геологиясы деп аталады.

Магма

Магма – барлық жанартаулық тау жыныстарының бастапқы, консолидацияланбаған көзі. Еріген тау жыныстарының белсенді ағыны вулканологияда жан-жақты зерттеледі, ал жанартаулық петрология жанартаулық тау жыныстарының тарихын олардың бастапқы еритінді көзінен соңғы кристалдануына дейін анықтауға бағытталған.

Плиталар тектоникасы

1960 жылдары Жердің литосферасы, оның ішінде жер қыртысы және жоғарғы мантияның қатты жоғарғы бөлігі, астеносфера деп аталатын пластикалық деформацияланатын, қатты жоғарғы мантияда жылжитын тектоникалық тақталарға бөлінгендігі анықталды. Бұл теорияны теңіз түбінің таралуы және таулы жерлердің және сейсмикалық белсенділіктің жаһандық таралуы сияқты бірнеше түрлі бақылаулар растайды. Жер бетіндегі тақталардың қозғалысы мен мантияның конвекциясы (яғни, мантия тауларының жай қозғалысынан туындайтын жылу алмасу) арасында тығыз байланыс бар. Сондықтан, тақталардың мұхиттық бөліктері мен оған іргелес жатқан мантияның конвекциялық ағындары әрқашан бір бағытта жылжиды, себебі мұхиттық литосфера – конвекциялық мантияның жоғары жылулық шекаралық қабаты болып табылады. Жер бетінде жылжитын қатты тақталар мен конвекциялық мантия арасындағы осы байланыс тақталар тектоникасы деп аталады. Тақталар тектоникасының дамуы қатты Жерді зерттеудегі көптеген бақылауларға физикалық негіз берді. Геологиялық құрылымдардың ұзын, сызықтық аймақтары тақталар шекаралары ретінде түсіндіріледі:

Орта мұхиттық қырқалар, гидротермальдық жерлер мен жанартаулар бар теңіз түбіндегі биік аймақтар екі тақтаның бір-бірінен алыстап кететін конвергенттік шекаралар ретінде қарастырылады. Жанартаулар мен жер сілкіністерінің доғалары бір тақтаның екіншісінің астына батып, жылжуымен түсіндіріледі. Трансформациялық шекаралар, мысалы, Сан-Андреас жарылысы жүйесі, тақталардың бір-біріне қатысты көлденең жылжуымен сипатталады. Тақталар тектоникасы Альфред Вегенердің континенттік дрейф теориясына механизм ұсынды, онда континенттер геологиялық уақыт ішінде Жер бетінде жылжиды. Бұдан өзге, олар жер қыртысының деформациясына күш түрткісін берді және құрылымдық геологияны зерттеуге жаңа мүмкіндіктер ашты. Тақталар тектоникасы теориясының күші – литосфераның конвекциялық мантия үстінде қалай жылғалысын түсіндіретін барлық осы бақылауларды біртұтас теорияға біріктіру қабілетінде.

Жер құрылымы

Сейсмология, компьютерлік модельдеу, минералогия және жоғары температура мен қысымдағы кристаллографияның жетістіктері Жердің ішкі құрамы мен құрылымын түсінуге көмектеседі. Сейсмологтар сейсмикалық толқындардың келу уақытын пайдаланып Жердің ішкі бөлігінің суретін шығара алады. Бұл саланың алғашқы жетістіктері сұйық сыртқы ядроның (мұнда көлденең толқындар тарала алмайды) және тығыз қатты ішкі ядроның бар екенін көрсетті. Бұл жетістіктер Жердің қабатты моделін жасауға әкелді: үстінде литосфера (қабықшаны қоса), төменде мантия (410 және 660 километрде сейсмикалық үзілістермен бөлінген), одан төмен сыртқы және ішкі ядро. Соңғы кезде сейсмологтар Жер ішіндегі толқын жылдамдықтарының егжей-тегжейлі суреттерін шығаруға қол жеткізді, бұл дәрігердің КТ-сында дене суретін түсіруге ұқсас. Бұл суреттер Жердің ішкі құрылымын одан да толықрақ көруге мүмкіндік берді және қарапайым қабатты модельді әлдеқайда динамикалық модельмен алмастырды. Минералогтар сейсмикалық және модельдеу зерттеулерінен алынған қысым мен температура деректерін, сондай-ақ Жердің элементтік құрамы туралы білімді пайдаланып, осы жағдайларды тәжірибелік ортада қайта жасай және кристалл құрылымындағы өзгерістерді өлшей алады. Бұл зерттеулер мантиядағы маңызды сейсмикалық үзілістермен байланысты химиялық өзгерістерді түсіндіреді және Жердің ішкі ядросында күтілетін кристаллографиялық құрылымдарды көрсетеді.

Геологиялық уақыт

Геологиялық уақыт шкаласы Жер тарихын қамтиды. Ол ең ерте кезде 4.567 Га (немесе 4.567 миллиард жыл бұрын) Күн жүйесінің алғашқы материясының пайда болуымен және 4.54 Га (4.54 миллиард жыл бұрын) Жердің қалыптасуымен шектеледі, бұл геологиялық уақыттың Хадей эонының басталуы болып табылады. Шкаланың соңғы бөлігі қазіргі күнмен (холоцен дәуірінде) белгіленеді.

Жер бетіндегі маңызды кезеңдер

4,567 га (гигаанн: миллиард жыл бұрын): Күн жүйесінің қалыптасуы. Геологияның негізгі принципі, 18 ғасырдағы шотланд дәрігері және геологы Джеймс Хаттонның «қазіргі заман – өткенге кілт» деген тұжырымы. Хаттонның сөздерімен айтқанда: «Жер шарымыздың өткен тарихын қазіргі кезде болып жатқан құбылыстармен түсіндіру керек». Интрузиялық қатынастар принципі кесіп өтетін интрузияларға қатысты. Геологияда, егер магмалық интрузия шөгінді тау жыныстарының қалыптасуын кесіп өтетін болса, онда магмалық интрузия шөгінді тау жыныстарынан жас екенін анықтауға болады. Интрузиялардың түрлері: стоктар, лаколиттер, батолиттер, сілдер және дикелер. Кесіп өту қатынастары принципі жарылымдардың пайда болуына және олардың кесіп өтетін тізбектердің жасына қатысты. Жарылымдар оларды кесіп өткен тау жыныстарынан жас; сондықтан, егер кейбір қабаттарды кесіп өтетін, бірақ олардың үстіндегілерін кесіп өтпеген жарылым табылса, онда кесілген қабаттар жарылымнан ескі, ал кесілмегендері жарылымнан жас болуы керек. Мұндай жағдайларда, түйін қабатын табу жарылымның қалыпты жарылым немесе итермелі жарылым екенін анықтауға көмектеседі. Инклюзиялар мен компоненттер принципіне сәйкес, егер шөгінді жыныстарда инклюзиялар (немесе кластар) табылса, онда инклюзиялар оларды қамтитын қабаттан ескі болуы керек. Мысалы, шөгінді жыныстарда ескі қабаттан алынған қиыршық тастар жыртылып, жаңа қабатқа енуі жиі кездеседі. Магмалық жыныстарда да ұқсас жағдай кездеседі, кезде ксенолиттер табылады. Бұл шетелдік денелер магма немесе лава ағынымен жиналады және кейіннен матрицада салқындату үшін қосылады. Нәтижесінде, ксенолиттер оларды қамтитын жыныстан көнерек. Бастапқы көлденеңдік принципіне сәйкес, шөгінділердің жиналуы негізінен көлденең қабаттар түрінде жүреді. Әртүрлі ортадағы қазіргі теңіз және құрлық шөгінділерін бақылау осы тұжырымды қолдайды (қарама-қарсы жатқан қабаттардың еңісі болса да, қиылысқан бөлімдердің жалпы бағыты көлденең).

4.567 Ga (gigaannum: billion years ago): Solar system formation A fundamental principle of geology advanced by the 18th century Scottish physician and geologist James Hutton is that "the present is the key to the past." In Hutton's words: "the past history of our globe must be explained by what can be seen to be happening now." The principle of intrusive relationships concerns crosscutting intrusions. In geology, when an igneous intrusion cuts across a formation of sedimentary rock, it can be determined that the igneous intrusion is younger than the sedimentary rock. Different types of intrusions include stocks, laccoliths, batholiths, sills and dikes. The principle of cross cutting relationships pertains to the formation of faults and the age of the sequences through which they cut. Faults are younger than the rocks they cut; accordingly, if a fault is found that penetrates some formations but not those on top of it, then the formations that were cut are older than the fault, and the ones that are not cut must be younger than the fault. Finding the key bed in these situations may help determine whether the fault is a normal fault or a thrust fault. The principle of inclusions and components states that, with sedimentary rocks, if inclusions (or clasts) are found in a formation, then the inclusions must be older than the formation that contains them. For example, in sedimentary rocks, it is common for gravel from an older formation to be ripped up and included in a newer layer. A similar situation with igneous rocks occurs when xenoliths are found. These foreign bodies are picked up as magma or lava flows, and are incorporated, later to cool in the matrix. As a result, xenoliths are older than the rock that contains them. The principle of original horizontality states that the deposition of sediments occurs as essentially horizontal beds. Observation of modern marine and non marine sediments in a wide variety of environments supports this generalization (although cross bedding is inclined, the overall orientation of cross bedded units is horizontal).

Абсолюттік даталау

Геологтар сондай-ақ тау жыныстарының сынамалары мен геологиялық құбылыстардың абсолютті жасын анықтау әдістерін қолданады. Бұл жастар өздігінен де пайдалы, сонымен қатар салыстырмалы жас анықтау әдістерімен бірге немесе салыстырмалы әдістерді калибрлеу үшін де қолданылуы мүмкін. 20 ғасырдың басында геологиялық ғылымның дамуына радиоактивті изотоптар және басқа да әдістерді пайдаланып геологиялық құбылыстардың нақты абсолютті жасын анықтау мүмкіндігі ықпал етті. Бұл геологиялық уақыт туралы түсінікті өзгертіп, жаңа деңгейге көтерді. Бұрын геологтар тау жыныстарының бөліктерін бір-біріне қатысты жасын анықтау үшін тек қазбаларды және стратиграфиялық сәйкестікті пайдаланатын. Изотоптық жастардың арқасында тау жыныстары бірліктеріне абсолютті жас беру мүмкін болды, ал бұл абсолютті жастарды деректер бар қазбалар тізбегіне қолдану арқылы ескі салыстырмалы жастарды жаңа абсолютті жастарға айналдыруға болады. Көптеген геологиялық қолданыстар үшін радиоактивті элементтердің изотоптық қатынастары минералдарда өлшенеді, бұл тау жынысы өзінің жабылу температурасынан өткен уақыттың мөлшерін көрсетеді, яғни әртүрлі радиометриялық изотоптардың кристалл торына енуі мен одан шығуы тоқтаған сәт. Бұл деректер геохронологиялық және термохронологиялық зерттеулерде қолданылады. Көбінесе қолданылатын әдістерге уран-қорғасын, калий-аргон, аргон-аргон және уран-торий жас анықтаулары жатады. Бұл әдістердің қолданылу саласы өте кең. Стратиграфиялық тізбекте табылған лава мен жанартау күлінің қабаттарын анықтау радиоактивті изотоптарды қамтымайтын шөгінді тау жыныстары бірліктерінің абсолютті жасын анықтауға және салыстырмалы жас анықтау әдістерін калибрлеуге мүмкіндік береді. Бұл әдістер плутонның орналасу жасын анықтау үшін де қолданылады. Термохимиялық әдістер жер қыртысының ішіндегі температуралық профильдерді, таулардың көтерілуін және палеотопографияны анықтау үшін пайдаланылады. Лантанидтер қатарының элементтерін фракциялау тау жыныстары мантиядан алынғаннан бері өткен уақытты есептеу үшін қолданылады. Жақында болған құбылыстарды анықтау үшін басқа да әдістер қолданылады. Оптикалық стимуляцияланған люминесценция және космогендік радионуклидтермен жас анықтау беттердің және/немесе эрозия жылдамдығының жасын анықтау үшін қолданылады. Дендрохронология ландшафттың жасын анықтау үшін де қолданылуы мүмкін. Радиокөміртектік жас анықтау геологиялық жағынан жас, органикалық көміртегі бар материалдар үшін қолданылады.

Geologists also use methods to determine the absolute age of rock samples and geological events. These dates are useful on their own and may also be used in conjunction with relative dating methods or to calibrate relative methods. At the beginning of the 20th century, advancement in geological science was facilitated by the ability to obtain accurate absolute dates to geological events using radioactive isotopes and other methods. This changed the understanding of geological time. Previously, geologists could only use fossils and stratigraphic correlation to date sections of rock relative to one another. With isotopic dates, it became possible to assign absolute ages to rock units, and these absolute dates could be applied to fossil sequences in which there was datable material, converting the old relative ages into new absolute ages. For many geological applications, isotope ratios of radioactive elements are measured in minerals that give the amount of time that has passed since a rock passed through its particular closure temperature, the point at which different radiometric isotopes stop diffusing into and out of the crystal lattice. These are used in geochronologic and thermochronologic studies. Common methods include uranium–lead dating, potassium–argon dating, argon–argon dating and uranium–thorium dating. These methods are used for a variety of applications. Dating of lava and volcanic ash layers found within a stratigraphic sequence can provide absolute age data for sedimentary rock units that do not contain radioactive isotopes and calibrate relative dating techniques. These methods can also be used to determine ages of pluton emplacement. Thermochemical techniques can be used to determine temperature profiles within the crust, the uplift of mountain ranges, and paleo topography. Fractionation of the lanthanide series elements is used to compute ages since rocks were removed from the mantle. Other methods are used for more recent events. Optically stimulated luminescence and cosmogenic radionuclide dating are used to date surfaces and/or erosion rates. Dendrochronology can also be used for the dating of landscapes. Radiocarbon dating is used for geologically young materials containing organic carbon.

Аймақтың геологиялық дамуы

Аймақтың геологиясы уақыт өте келе өзгеріп отырады, себебі тау жыныстары қабатталып, енгізіледі, ал деформациялық процестер олардың пішіні мен орналасуын өзгертеді. Тау жыныстары бірліктері алдымен жер бетіне шөгінді түрінде жиналу арқылы немесе төмендегі тау жыныстарының ішіне ену арқылы орналасады. Шөгінділер жер бетіне тұнақтап, кейін шөгінді жыныстарға айналу арқылы немесе жанартау күлі немесе лава ағыны сияқты жанартаулық материал жер бетін жабу арқылы жиналуы мүмкін. Батолиттер, лаколиттер, бөгеттер және қабырғалар сияқты магмалық интрузиялар төмендегі тау жыныстарына жоғары қарай итеріледі және енген кезде кристалданады. Тастардың бастапқы тізбегі орналастырылғаннан кейін тау жыныстары бірліктері деформациялануы және/немесе метаморфоздануы мүмкін. Деформация көбінесе көлденең қысқару, көлденең созу немесе бүйірлі (қисықтан-қисыққа) қозғалыс нәтижесінде болады. Бұл құрылымдық жағдайлар тектоникалық тақталар арасындағы конвергентті шекараларға, дивергентті шекараларға және трансформациялық шекараларға тікелей байланысты. Тау жыныстары көлденең қысымға ұшырағанда, олар қысқарады және қалыңдайды. Тас бірліктері, сазды жыныстардан басқалары, көлемінде айтарлықтай өзгермейтіндіктен, бұл екі негізгі жолмен жүзеге асырылады: жарылымдар мен бүктелу арқылы. Жайық қабығында, сынық деформация орын алатын жерде, итермелі жарылымдар пайда болады, бұл төмендегі тау жыныстарының үстіңгі тау жынысының үстіне жылжуына әкеледі. Төмендегі тау жыныстары көбінесе ескірек болғандықтан, бұл қабаттасу принципіне сәйкес, ескі тау жыныстары жас тау жыныстарының үстіне жылжып отырады. Жарылымдар бойымен қозғалыс бүктелуге әкелуі мүмкін, өйткені жарылымдар жазық емес немесе тау жыныстары қабаттары тартылып, сырғанақ пайда болған кезде сүйрегіш бүктелулер қалыптасады. Жердің тереңдегі бөліктерінде тау жыныстары пластикалық қасиет көрсетеді және жарылудың орнына бүктеледі. Бұл бүктелулер ортасындағы материал жоғары қарай бүгіліп, "антиклиналдарды" немесе төмен қарай бүгіліп, "синклиналдарды" құрайтын болуы мүмкін. Егер бүктелулердегі тау жыныстары бірліктерінің жоғарғы жақтары жоғары қарай бағытталған болса, олар тиісінше антиклиндер және синклиндер деп аталады. Егер бүктелудегі кейбір бірліктер төмен қарай қараса, құрылым бұрылған антиклин немесе синклин деп аталады, ал егер барлық тау жыныстары бірліктері бұрылған болса немесе дұрыс жоғары бағыты белгісіз болса, олар жай ғана ең жалпы терминдермен аталады, антиклиналдар және синклиналдар. Тіпті көлденең қысқару кезінде жоғары қысым мен температура тау жыныстарының бүктелуіне және метаморфизміне әкелуі мүмкін. Бұл метаморфизм тау жыныстарының минералды құрамында өзгерістерге әкеледі; жапырақты немесе жазық бетті құрайды, бұл стресс кезінде минералдық өсуге байланысты. Бұл шөгінді жыныстардағы қабаттар, лаваның ағысы және кристалл жыныстардағы кристалл үлгілері сияқты жыныстардың бастапқы текстураларының белгілерін жоюы мүмкін. Созу тау жыныстары бірліктерін ұзағырақ және жұқарақ етуіне себеп болады. Бұл негізінен қалыпты жарылымдар және икемді созу арқылы жүзеге асырылады. Қалыпты жарылымдар жоғарыдағы тау жыныстары бірліктерін төмендегілерден төмен түсіреді. Бұл әдетте жас бірліктер ескі бірліктерден төмен түседі. Бөлшектерді созу олардың жұқаруына әкелуі мүмкін. Шын мәнінде, Мария бүктелу және итермелі белдеудің бір жерінде Үлкен каньонның барлық шөгінді тізбегі бір метрден аз ұзындықта көрінеді. Икемді созылатын тереңдегі тау жыныстары көбінесе метаморфоздалады. Бұл созылып кеткен тастар көзбен көріп тұрған ұқсастығы үшін француз тіліндегі "сосиска" деген сөзді еске түсіретін "будиндер" деп аталады. Тау жыныстары бір-бірінен сырғанаған кезде, жай жерлерде қисық жарылымдар пайда болады, ал тереңдегі бөліктерде, онда тау жыныстары икемді деформацияланады, қиыршық аймақтарға айналады. Жаңа тау жыныстары бірліктерінің жинақталуы және интрузивті түрде енуі көбінесе деформация кезінде болады. Жарылымдар және басқа деформациялық процестер топографиялық градиенттерді құрайды, бұл биіктігі артып жатқан тау жынысы бірлігіндегі материалды тау беткейлері мен арналары арқылы эрозияға ұшыратады. Бұл шөгінділер төмен қарай құлап бара жатқан тау жынысына түседі. Жарылым бойымен үздіксіз қозғалыс шөгінді қозғалысына қарамастан топографиялық градиентті сақтайды және материалдың жинақталуына арналған орынды құруды жалғастырады. Деформациялық оқиғалар көбінесе вулканизммен және магмалық белсенділікпен байланысты. Жанартау күлі мен лавалары жер бетінде жиналады, ал магмалық интрузиялар төменнен еніп келеді. Ұзын, жазық магмалық интрузиялар болып табылатын бөгеттер жарылымдар арқылы еніп, сондықтан белсенді деформацияланатын аймақтарда көбінесе көптеп пайда болады. Бұл Канада қалқанында байқалатын бөгет шоғырларының немесе жанартаудың лава түтігі айналасындағы бөгет сақиналарының пайда болуына әкелуі мүмкін. Бұл процестердің барлығы бір ортада немесе бір ретпен жүргізілмейді. Мысалы, Гавайи аралдарының құрамында негізінен қабатталған базальт лава ағындары бар. Континентальды АҚШ-тың орталық бөлігі мен Оңтүстік-Батыс АҚШ-тағы Үлкен каньонның шөгінді тізбектері кембрилік кезеңнен бері өз орнында қалған, дерлік деформацияланбаған шөгінді жыныстардан тұрады. Басқа аймақтар геологиялық жағынан әлдеқайда күрделі. Оңтүстік-Батыс АҚШ-та шөгінді, жанартау және интрузивті жыныстар метаморфоздалған, жарылымдарға ұшыраған, жапырақты және бүктелген. Тіпті ескірек тау жыныстары, мысалы, Солтүстік-Батыс Канададағы Құлдар кратонының Акаста гнейсі, әлемдегі ең ескі тау жынысы, зертханалық талдаусыз олардың шығу тегін анықтау мүмкін емес деңгейде метаморфоздалған. Сонымен қатар, бұл процестер кезең-кезеңмен жүруі мүмкін. Көптеген жерлерде, Оңтүстік-Батыс АҚШ-тағы Үлкен каньон айқын мысал келтіруге болады, төменгі тау жыныстары бірліктері метаморфоздалған және деформацияланған, содан кейін деформация тоқтады және жоғарғы, деформацияланбаған бірліктер жиналды. Кез келген мөлшерде тау жыныстарының орналасуы мен деформациялануы орын алуы мүмкін және олар кез келген ретпен жүруі мүмкін, бірақ бұл ұғымдар аймақтың геологиялық тарихын түсінуге көмектеседі.

The geology of an area changes through time as rock units are deposited and inserted, and deformational processes alter their shapes and locations. Rock units are first emplaced either by deposition onto the surface or intrusion into the overlying rock. Deposition can occur when sediments settle onto the surface of the Earth and later lithify into sedimentary rock, or when as volcanic material such as volcanic ash or lava flows blanket the surface. Igneous intrusions such as batholiths, laccoliths, dikes, and sills, push upwards into the overlying rock, and crystallize as they intrude. After the initial sequence of rocks has been deposited, the rock units can be deformed and/or metamorphosed. Deformation typically occurs as a result of horizontal shortening, horizontal extension, or side to side (strike slip) motion. These structural regimes broadly relate to convergent boundaries, divergent boundaries, and transform boundaries, respectively, between tectonic plates. When rock units are placed under horizontal compression, they shorten and become thicker. Because rock units, other than muds, do not significantly change in volume, this is accomplished in two primary ways: through faulting and folding. In the shallow crust, where brittle deformation can occur, thrust faults form, which causes the deeper rock to move on top of the shallower rock. Because deeper rock is often older, as noted by the principle of superposition, this can result in older rocks moving on top of younger ones. Movement along faults can result in folding, either because the faults are not planar or because rock layers are dragged along, forming drag folds as slip occurs along the fault. Deeper in the Earth, rocks behave plastically and fold instead of faulting. These folds can either be those where the material in the center of the fold buckles upwards, creating "antiforms", or where it buckles downwards, creating "synforms". If the tops of the rock units within the folds remain pointing upwards, they are called anticlines and synclines, respectively. If some of the units in the fold are facing downward, the structure is called an overturned anticline or syncline, and if all of the rock units are overturned or the correct up direction is unknown, they are simply called by the most general terms, antiforms, and synforms. Even higher pressures and temperatures during horizontal shortening can cause both folding and metamorphism of the rocks. This metamorphism causes changes in the mineral composition of the rocks; creates a foliation, or planar surface, that is related to mineral growth under stress. This can remove signs of the original textures of the rocks, such as bedding in sedimentary rocks, flow features of lavas, and crystal patterns in crystalline rocks. Extension causes the rock units as a whole to become longer and thinner. This is primarily accomplished through normal faulting and through the ductile stretching and thinning. Normal faults drop rock units that are higher below those that are lower. This typically results in younger units ending up below older units. Stretching of units can result in their thinning. In fact, at one location within the Maria Fold and Thrust Belt, the entire sedimentary sequence of the Grand Canyon appears over a length of less than a meter. Rocks at the depth to be ductilely stretched are often also metamorphosed. These stretched rocks can also pinch into lenses, known as boudins, after the French word for "sausage" because of their visual similarity. Where rock units slide past one another, strike slip faults develop in shallow regions, and become shear zones at deeper depths where the rocks deform ductilely. The addition of new rock units, both depositionally and intrusively, often occurs during deformation. Faulting and other deformational processes result in the creation of topographic gradients, causing material on the rock unit that is increasing in elevation to be eroded by hillslopes and channels. These sediments are deposited on the rock unit that is going down. Continual motion along the fault maintains the topographic gradient in spite of the movement of sediment and continues to create accommodation space for the material to deposit. Deformational events are often also associated with volcanism and igneous activity. Volcanic ashes and lavas accumulate on the surface, and igneous intrusions enter from below. Dikes, long, planar igneous intrusions, enter along cracks, and therefore often form in large numbers in areas that are being actively deformed. This can result in the emplacement of dike swarms, such as those that are observable across the Canadian shield, or rings of dikes around the lava tube of a volcano. All of these processes do not necessarily occur in a single environment and do not necessarily occur in a single order. The Hawaiian Islands, for example, consist almost entirely of layered basaltic lava flows. The sedimentary sequences of the mid continental United States and the Grand Canyon in the southwestern United States contain almost undeformed stacks of sedimentary rocks that have remained in place since Cambrian time. Other areas are much more geologically complex. In the southwestern United States, sedimentary, volcanic, and intrusive rocks have been metamorphosed, faulted, foliated, and folded. Even older rocks, such as the Acasta gneiss of the Slave craton in northwestern Canada, the oldest known rock in the world have been metamorphosed to the point where their origin is indiscernible without laboratory analysis. In addition, these processes can occur in stages. In many places, the Grand Canyon in the southwestern United States being a very visible example, the lower rock units were metamorphosed and deformed, and then deformation ended and the upper, undeformed units were deposited. Although any amount of rock emplacement and rock deformation can occur, and they can occur any number of times, these concepts provide a guide to understanding the geological history of an area.

Тергеу әдістері

Геологтар Жер тарихын анықтау және Жер бетінде және оның ішінде жүретін процестерді түсіну үшін көптеген далалық, зертханалық және сандық модельдеу әдістерін пайдаланады. Типик геологиялық зерттеулерде геологтар петрология (тастарды зерттеу), стратиграфия (шоғырлы қабаттарды зерттеу) және құрылымдық геология (тас бірліктерінің орналасуын және олардың деформациясын зерттеу) салаларына қатысты бастапқы мәліметтерді қолданады. Көптеген жағдайларда геологтар сондай-ақ қазіргі заманғы топырақтарды, өзендерді, ландшафттарды және мұздықтарды зерттейді; өткен және қазіргі өмірді және биогеохимиялық процестерді зерттейді, сондай-ақ жер астын зерттеу үшін геофизикалық әдістерді қолданады. Геологияның тармақтары эндогенді және экзогенді геологияны бөліп қарастыруы мүмкін.

Петрология

Тау жыныстарын далада (литология) анықтаумен қатар, петрологтар зертханада тау жыныстарының үлгілерін анықтайды. Зертханада тау жыныстарын анықтаудың екі негізгі әдісі – оптикалық микроскопия және электрондық микрозондты пайдалану. Оптикалық минералогиялық талдау кезінде петрологтар тау жынысы үлгілерінің жіңішке тілімдерін петрографиялық микроскоп арқылы зерттейді, онда минералдарды жарық жазықтығында және қиылысқан жарықтағы түрлі қасиеттері арқылы анықтауға болады, оның ішінде олардың екіжақтылық сипаты, плеохроизм, қосдану және конноскопиялық линзамен келісімді кескіндері. Электрондық микрозондты қолдану арқылы жекелеген нүктелердің химиялық құрамы және жеке кристалдардың құрамындағы өзгерістер зерттеледі. Тұрақты және радиоактивті изотоптарды зерттеу тау жынысы бірліктерінің геохимиялық эволюциясы туралы мәліметтер береді. Петрологтар сұйық қосымшалардың мәліметтерін пайдалана алады және әр түрлі минералдық фазалардың пайда болу температурасы мен қысымын, сондай-ақ олардың магмалық және метаморфтық процестерде қалай өзгеретінін түсіну үшін жоғары температура мен қысымда физикалық тәжірибелер жүргізеді. Бұл зерттеулердің нәтижелерін дала жағдайында метаморфтық процестерді және магмалық тау жыныстарының кристалдану жағдайларын түсіну үшін қолдануға болады. Бұл жұмыс Жердің ішінде жүретін процестерді, мысалы, субдукцияны және магмалық камераның эволюциясын түсіндіруге де көмектеседі.

Құрылымдық геология

Құрылымдық геологтар тау жыныстарының кристалдық құрылымындағы кернеу туралы ақпарат беретін тау жыныстарының ішкі құрылымын байқау үшін геологиялық үлгілердің бағытталған жұқа тілімдерін микроскопиялық талдаумен зерттейді. Олар сондай-ақ геологиялық құрылымдардың өлшемдерін сызып, біріктіріп, аймақтағы тау жыныстарының деформация тарихын қалпына келтіру үшін жарылымдар мен бүктелулердің бағытын жақсырақ түсінуге ұмтылады. Бұған қоса, олар үлкен және кіші масштабта тау жыныстарының деформациясын зерттейтін аналогтық және сандық эксперименттер жүргізеді. Құрылымдарды талдау көбінесе әртүрлі элементтердің бағыттарын стереожелілерге түсіру арқылы жүзеге асырылады. Стереожелі – шардың жазықтықтағы стереографиялық проекциясы, онда жазықтықтар сызықтар, ал сызықтар нүктелер түрінде бейнеленеді. Бұл бүктелу осьтерінің орналасқан жерін, жарылымдар арасындағы және басқа геологиялық құрылымдар арасындағы байланыстарды анықтауға мүмкіндік береді. Құрылымдық геологиядағы ең белгілі эксперименттердің бірі – орогендік клиндерді зерттеу, олар конвергентті тектоникалық тақта шекараларында таулардың қалыптасатын аймақтары болып табылады. Бұл эксперименттердің аналогтық нұсқаларында құмның көлденең қабаттары төменгі беткеймен артқа қарай итеріледі, нәтижесінде жарылымдардың шынайы үлгілері пайда болады және тік бұрыштар сақталатын (барлық бұрыштар өзгермейтін) орогендік клиннің өсуі байқалады. Сандық модельдер осы аналогтық модельдермен ұқсас жұмыс істейді, бірақ көбінесе күрделірек болып келеді және тау белдеуінде эрозия мен көтерілу үлгілерін қамтуы мүмкін. Бұл эрозия мен тау жотасының пішіні арасындағы байланысты көрсетуге көмектеседі. Бұл зерттеулер сондай-ақ қысым, температура, кеңістік және уақыт арқылы метаморфизмнің жолдары туралы құнды ақпарат бере алады.

Стратиграфиялық

Зертханада стратиграфтар даладан, мысалы бұрғылау өзегінен әкелінетін стратиграфиялық қималардың үлгілерін талдайды. Геофизикалық деректер мен ұңғыма журналдарын біріктіру арқылы жер астының жақсы бейнесін алуға болады, ал стратиграфтар мұны үш өлшемде жасау үшін компьютерлік бағдарламаларды жиі пайдаланады. Стратиграфтар осы деректерді көне процестерді жер бетінде қайта құруға, өткен ортаны түсіндіруге және су, көмір және көмірсутектерді өндіруге қолайлы аймақтарды анықтауға қолдана алады. Зертханада биостратиграфтар шыққан жерден және бұрғылау өзегінен алынған тау жыныстарының үлгілерін олардағы қазбаларға қарай зерттейді. Бұл қазбалар ғалымдарға өзектің жасын анықтауға және тау жыныстары қалыптасқан ортаны түсінуге көмектеседі. Геохронологтар стратиграфиялық қимадағы тау жыныстарын дәл мерзімдеп белгілейді, бұл шөгіндінің уақыты мен қарқынын жақсы абсолютті шектеуге мүмкіндік береді. Магниттік стратиграфтар бұрғылау өзегіндегі магниттік керілу белгілерін іздейді. Грек тіліндегі "гео" префиксі Жерге қатысты болғанымен, "геология" сөзі басқа планеталық денелердің құрамын және ішкі процестерін сипаттағанда олардың аттарымен бірге жиі қолданылады, мысалы "Марстың геологиясы" және "Ай геологиясы". Селенологя (Айды зерттеу), ареология (Марсты зерттеу) сияқты арнайы терминдер де қолданылады. Планеталық геологтар басқа планеталардың барлық аспектілерін зерттеуге қызығушылық танытса да, ерекше назар басқа әлемдерде бұрынғы немесе қазіргі өмірдің іздерін табуға бағытталған. Бұл көптеген миссияларға әкелді, олардың негізгі немесе қосымша мақсаты – планеталық денелерде өмірдің болуын зерттеу. Олардың бірі – "Феникс" қондырғысы, ол биологиялық процестерге байланысты су, химиялық және минералдық құрамдастарға қатысты Марстың полярлық топырағын талдады.

Экономикалық геология

Экономикалық геология – геологияның адамзаттың түрлі қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін қолданылатын экономикалық минералдарға қатысты аспектілерді зерттейтін саласы. Экономикалық минералдар – пайдалы қазбалардың түрлері, олар тиімді түрде өндіріліп, түрлі қолданбаларда қолданылады. Экономикалық геологтар Жердің табиғи ресурстарын, мысалы, мұнай және көмірді, сондай-ақ темір, мыс және уран сияқты металдарды қамтитын минералдық ресурстарды іздеуге және басқаруға көмектеседі.

Тау-кен геологиясы

Тау-кен геологиясы – Жерден минералдық және кен ресурстарын өндіруден тұрады. Экономикалық тұрғыдан қызығушылық тудыратын ресурстарға асыл тастар, алтын және мыс сияқты металдар, сондай-ақ асбест, магнезит, перлит, мика, фосфаттар, цеолиттер, саз, пемза, кварц, кремнезем, күкірт, хлор және гелий сияқты элементтер жатады.

Мұнай геологиясы

Мұнай геологтары Жердің құрамындағы, әсіресе мұнай мен табиғи газды қамтитын, өндіріп алуға болатын көмірсутектерге толы жер астындағы кеңістіктерді зерттейді. Көптеген мұндай қоймалар шөгінді алаптарда кездесетіндіктен, олар осы алаптардың қалыптасуын, сондай-ақ олардың шөгінділік және тектоникалық дамуын, сонымен қатар тау жыныстарының қазіргі орналасуын зерттейді.

Инженерлік геология

Инженерлік геология – инженерлік құрылыстардың орналасуына, жобалауына, салуына, пайдалануына және күтімге алынуына әсер ететін геологиялық факторларды тиісінше ескеруді қамтамасыз ету мақсатында геологиялық принциптерді инженерлік практикаға қолдану болып табылады. Инженерлік геология, әсіресе Солтүстік Америкада, геологиялық инженериядан ерекшеленеді. Азаматтық инженерия саласында құрылыстар салынған материалдың механикалық қасиеттерін анықтау үшін геологиялық принциптер мен талдаулар қолданылады. Бұл туннельдердің құламай, көпірлер мен қалың қабатты ғимараттардың берік негізде салынғанын, ал ғимараттардың саз және лайға шөгіп кетпеуін қамтамасыз етеді.

Гидрология

Геология мен геологиялық принциптер түрлі экологиялық мәселелерді шешуге қолданылады, мысалы, өзендерді қалпына келтіру, бұрынғы өнеркәсіптік аймақтарды (қоңыр алаптарды) жаңарту және табиғи орта мен геологиялық орта арасындағы байланысты түсіну. Жер асты суларының гидрологиясы, немесе гидрогеологиясы, жер асты суларын табуға, олардың таза сумен қамтамасыз етуге мүмкіндігіне және әсіресе шөлейт аймақтардағы маңыздылығына, сондай-ақ жер асты суларындағы зиянды заттардың таралуын қадағалауға пайдаланылады.

Палеоклиматология

Геологтар стратиграфия, бұрғылау, ядролық сынамалар және мұз ядролары арқылы да мәліметтер алады. Мұз ядролары мен шөгінді ядролары палеоклиматтық реконструкциялар жасау үшін пайдаланылады, олар геологтарға планета бойынша өткен және қазіргі температура, жауын-шашын және теңіз деңгейі туралы мәлімет береді. Бұл деректер жиынтығы – құралдық өлшемдерден басқа, ғаламдық климат өзгеруі туралы біздің негізгі ақпарат көзіміз.

Табиғи қауіптер

Геологтар мен геофизиктер мүліктік және адам өмірінің жоғалуын болдырмау мақсатында қауіпсіз құрылыс нормалары мен ескерту жүйелерін құру үшін табиғи қауіптерді зерттейді. Геологияға тікелей қатысы бар маңызды табиғи қауіптердің мысалдары (метеорологияға ғана қатысты қауіптерден өзгеше) төмендегідей:

Тарих

Жердің физикалық материалының зерттелуі кем дегенде ежелгі Грекияға дейін, Теофрасттың (б.з.д. 372–287) «Тастар туралы» («Peri Lithon») еңбегін жазған кезіне барып жетеді. Рим дәуірінде Плиний Ескі көптеген минералдар мен металдарды егжей-тегжейлі сипаттады, содан кейін олардың практикалық қолданысын көрсетіп, тіпті янтарьдың шығу тегін дұрыс атап өтті. Сонымен қатар, б.з.д. 4-ғасырда Аристотель геологиялық өзгерістердің баяу қарқынына қатысты маңызды байыптамалар жасады. Ол жердің құрамын зерттеп, Жердің баяу өзгеріп отыратын теориясын тұжырымдады және осы өзгерістерді бір адамның өмірінде байқау мүмкін емес екенін айтты. Аристотель Жердің физикалық өзгерістерінің қарқынына қатысты геологиялық салаға байланысты алғашқы дәлелдерге негізделген тұжырымдамалардың бірін жасады. Әбу әл-Райхан әл-Бируни (973–1048) – ең алғашқы парсы геологтарының бірі, оның еңбектері Үндістан геологиясы туралы ең алғашқы жазбаларды қамтыды, бұл Үндістан субконтиненті бір кезде теңіз болған деген гипотезаға негізделген. Мұсылман жаулап алулары кезінде жойылмаған грек және үнді ғылыми әдебиеттерін зерттеген парсы ғалымы Ибн Сина (Авиценна, 981–1037) таулардың пайда болуы, жер сілкіністерінің себептері және қазіргі геологияның негізгі тақырыптары туралы егжей-тегжейлі түсіндірмелер берді, бұл ғылымның кейінірек дамуы үшін маңызды негіз болды. Қытайдағы ғылымның шебері Шен Куо (1031–1095) жердің пайда болу процесін болжады: мұхиттан жүздеген шақырым қашықтықтағы таудың геологиялық қабатындағы жануарлардың қабықтарын байқау негізінде ол жердің таулардың эрозиясынан және шөгінділердің жиналуынан пайда болғанын айтты. Георгий Агрикола (1494–1555) 1546 жылы өзінің «Фоссилиялар табиғаты» («De Natura Fossilium») атты маңызды еңбегін жариялады және геологияны ғылыми пән ретінде қалыптастырушы ретінде танылды. Николас Стено (1638–1686) – қабаттасу заңы, бастапқы көлденеңдік принципі және бүйірлік үзділіктік принципі: стратиграфияның үш анықтамалық принципін ашты. «Геология» сөзін алғаш рет 1603 жылы Улисс Альдрованди, содан кейін 1778 жылы Жан Андре Делюк қолданды, ал 1779 жылы Хорас Бенедикт де Соссюр оны ресми термин ретінде енгізді. Бұл сөз грек тіліндегі γῆ (gê) – «жер» және λόγος (logos) – «сөз» деген мағынаны білдіреді. Бірақ басқа деректерге сәйкес, «геология» сөзі норвегтік дін қызметкері және ғалымы Микель Педерсон Эшольттан (1600–1669) шыққан. Эшольт осы анықтаманы алғаш рет 1657 жылы жарық көрген «Geologia Norvegica» атты кітабында қолданды. Уильям Смит (1769–1839) алғашқы геологиялық карталарды жасап, олардағы тау жыныстарының қабаттарын (қабаттарын) олардағы қазбаларды зерттеу арқылы реттеу процесін бастады. Оның еңбегі – уақыт бойынша процестердің біртұтастығы мен Жердің өткенін қазіргі заманнан түсіндіруге негізделген қазіргі геологияның алғашқы сипаттамасы болды. Джеймс Хаттон (1726–1797) көбінесе алғашқы заманауи геолог ретінде қарастырылады. 1785 жылы ол Эдинбургтағы Корольдік қоғамға «Жер теориясы» («Theory of the Earth») атты мақаласын ұсынды. Ол өз мақаласында Жердің бұрынғыдан әлдеқайда ескі болуы керек екенін түсіндірді, бұл таулардың эрозияға ұшырауына және шөгінділердің теңіз түбінде жаңа тау жыныстарын қалыптастыруына жеткілікті уақыт беруі керек, олар өз кезегінде құрғақ жерге көтерілуі керек. Хаттон 1795 жылы өзінің идеяларының екі томдық нұсқасын жариялады. Хаттонның ізбасарлары плутонистер деп аталды, өйткені олар кейбір тау жыныстары вулканизм арқылы, яғни жанартаулардан лаваның шығуы арқылы пайда болды деп сенді, ал Нептунистер, Авраам Вернердің басшылығымен, барлық тау жыныстары уақыт өте келе деңгейі біртіндеп төмендеген үлкен мұхиттан шөгіндірген деп сенді. АҚШ-тың алғашқы геологиялық картасын 1809 жылы Уильям Маклюр жасады. 1807 жылы Маклюр АҚШ-тың геологиялық зерттеуін жүргізуді өз еркімен бастады. Ол Одақтағы барлық дерлік штаттарды аралап, картаға түсірді, Аллегей тауларын 50-ге жуық рет кесіп өтті. Оның өз бетімен жасаған еңбегінің нәтижесі Америка Философиялық қоғамына «АҚШ геологиясы туралы байқаулар, геологиялық картаны түсіндіретін» («Observations on the Geology of the United States explanatory of a Geological Map») деген атаумен ұсынылды және қоғамның транзакцияларында елдің алғашқы геологиялық картасымен бірге жарияланды. Бұл Уильям Смиттің Англияның геологиялық картасынан алты жыл бұрын жасалған, бірақ ол басқа тау жыныстарын жіктеу жүйесін пайдаланған. Сэр Чарльз Лайелл (1797–1875) өзінің танымал «Геология қағидалары» («Principles of Geology») атты кітабын 1830 жылы жариялады. Чарльз Дарвиннің ой-пікіріне әсер еткен бұл кітап біркелкілік ілімін сәтті насихаттады. Бұл теорияда Жер тарихында баяу геологиялық процестер орын алып, қазір де жалғасып келеді. Керісінше, катастрофизм – Жердің ерекшеліктері бірнеше катастрофалық оқиғаларда қалыптасқан және содан кейін өзгермеген деген теория. Хаттон біркелкілік іліміне сенгенімен, сол кезде бұл идея кеңінен қабылдана қойған жоқ. 19 ғасыр геологиясының көп бөлігі Жердің нақты жасына қатысты мәселелерге толы болды. Бағалаулар жүз мың жылдан миллиардтарға дейін ауытқып келді. 20 ғасырдың басында радиометриялық жас анықтау Жердің жасын екі миллиард жылға бағалауға мүмкіндік берді. Осы зор уақыттың болуы планетаны қалыптастырған процестер туралы жаңа теорияларға есік ашты. 20 ғасыр геологиясының ең маңызды жетістіктерінің бірі – 1960 жылдары тақталық тектоника теориясының дамуы және планета жасын бағалаудың жақсаруы болды. Тақталық тектоника теориясы екі жеке геологиялық байқаудан туындады: теңіз түбінің таралуы және континенттік дрейф. Бұл теория Жер ғылымдарында революция жасады. Бүгінде Жердің шамамен 4,5 миллиард жылға жуық екені белгілі.

The study of the physical material of the Earth dates back at least to ancient Greece when Theophrastus (372–287 BCE) wrote the work Peri Lithon (On Stones). During the Roman period, Pliny the Elder wrote in detail of the many minerals and metals, then in practical use – even correctly noting the origin of amber. Additionally, in the 4th century BCE Aristotle made critical observations of the slow rate of geological change. He observed the composition of the land and formulated a theory where the Earth changes at a slow rate and that these changes cannot be observed during one person's lifetime. Aristotle developed one of the first evidence based concepts connected to the geological realm regarding the rate at which the Earth physically changes. Abu al Rayhan al Biruni (973–1048 CE) was one of the earliest Persian geologists, whose works included the earliest writings on the geology of India, hypothesizing that the Indian subcontinent was once a sea. Drawing from Greek and Indian scientific literature that were not destroyed by the Muslim conquests, the Persian scholar Ibn Sina (Avicenna, 981–1037) proposed detailed explanations for the formation of mountains, the origin of earthquakes, and other topics central to modern geology, which provided an essential foundation for the later development of the science. In China, the polymath Shen Kuo (1031–1095) formulated a hypothesis for the process of land formation: based on his observation of fossil animal shells in a geological stratum in a mountain hundreds of miles from the ocean, he inferred that the land was formed by the erosion of the mountains and by deposition of silt. Georgius Agricola (1494–1555) published his groundbreaking work De Natura Fossilium in 1546 and is seen as the founder of geology as a scientific discipline. Nicolas Steno (1638–1686) is credited with the law of superposition, the principle of original horizontality, and the principle of lateral continuity: three defining principles of stratigraphy. The word geology was first used by Ulisse Aldrovandi in 1603, then by Jean André Deluc in 1778 and introduced as a fixed term by Horace Bénédict de Saussure in 1779. The word is derived from the Greek γῆ, gê, meaning "earth" and λόγος, logos, meaning "speech". But according to another source, the word "geology" comes from a Norwegian, Mikkel Pedersøn Escholt (1600–1669), who was a priest and scholar. Escholt first used the definition in his book titled, Geologia Norvegica (1657). William Smith (1769–1839) drew some of the first geological maps and began the process of ordering rock strata (layers) by examining the fossils contained in them. His work was the first narrative of modern geology, based on the unity of processes in time and explanation of the Earth's past from the present. James Hutton (1726–1797) is often viewed as the first modern geologist. In 1785 he presented a paper entitled Theory of the Earth to the Royal Society of Edinburgh. In his paper, he explained his theory that the Earth must be much older than had previously been supposed to allow enough time for mountains to be eroded and for sediments to form new rocks at the bottom of the sea, which in turn were raised up to become dry land. Hutton published a two volume version of his ideas in 1795. Followers of Hutton were known as Plutonists because they believed that some rocks were formed by vulcanism, which is the deposition of lava from volcanoes, as opposed to the Neptunists, led by Abraham Werner, who believed that all rocks had settled out of a large ocean whose level gradually dropped over time. The first geological map of the U. S. was produced in 1809 by William Maclure. In 1807, Maclure commenced the self imposed task of making a geological survey of the United States. Almost every state in the Union was traversed and mapped by him, the Allegheny Mountains being crossed and recrossed some 50 times. The results of his unaided labours were submitted to the American Philosophical Society in a memoir entitled Observations on the Geology of the United States explanatory of a Geological Map, and published in the Society's Transactions, together with the nation's first geological map. This antedates William Smith's geological map of England by six years, although it was constructed using a different classification of rocks. Sir Charles Lyell (1797–1875) first published his famous book, Principles of Geology, in 1830. This book, which influenced the thought of Charles Darwin, successfully promoted the doctrine of uniformitarianism. This theory states that slow geological processes have occurred throughout the Earth's history and are still occurring today. In contrast, catastrophism is the theory that Earth's features formed in single, catastrophic events and remained unchanged thereafter. Though Hutton believed in uniformitarianism, the idea was not widely accepted at the time. Much of 19th century geology revolved around the question of the Earth's exact age. Estimates varied from a few hundred thousand to billions of years. By the early 20th century, radiometric dating allowed the Earth's age to be estimated at two billion years. The awareness of this vast amount of time opened the door to new theories about the processes that shaped the planet. Some of the most significant advances in 20th century geology have been the development of the theory of plate tectonics in the 1960s and the refinement of estimates of the planet's age. Plate tectonics theory arose from two separate geological observations: seafloor spreading and continental drift. The theory revolutionized the Earth sciences. Today the Earth is known to be approximately 4.5 billion years old.