Geologia jest nauką , której głównym przedmiotem badań jest Ziemia , zwłaszcza litosfery . Główna dyscyplina nauk o Ziemi , opiera się przede wszystkim na obserwacji, a następnie stawia hipotezy wyjaśniające układ skał i wpływających na nie struktur w celu zrekonstruowania ich historii i zachodzących procesów. geologiczne cechy regionu, a rozciąga się na badania z gwiazdek .
Nowoczesna geologia nabiera kształtów z XVII th century, chęć zrozumienia struktury Ziemi oraz szereg mechanizmów stojących za zjawisk naturalnych. Ewolucja teorii geologii jest ściśle związana z rozwojem teorii kosmologii i biologii , ale także coraz wysuwające się techniki i narzędzia stosowane od końca XIX th wieku. XX th wieku to wiek ustanowienia głównych teorii dotyczących nowoczesnej geologii, z modelem rozwoju tektoniki płyt w 1960 roku , ale również ulepszone techniki obserwacyjne, które umożliwiają wiele osiągnięć, a także rozwój aplikacji geologii w dziedziny ekonomii i przemysłu .
Geologia to nauka obejmująca wiele specjalności i wykorzystująca wiedzę z różnych dziedzin naukowych, takich jak biologia , fizyka (mechanika płynów, petrochemia itp.) , chemia , materiałoznawstwo , kosmologia , klimatologia , hydrologia … Metody badawcze i wiedza geologiczna mają zastosowanie w wiele dziedzin społecznych, gospodarczych i przemysłowych, takich jak eksploatacja surowców , inżynieria lądowa , zarządzanie zasobami wodnymi, gospodarka wodna , środowisko czy zapobieganie zagrożeniom naturalnym .
Termin geologia pochodzi ze starożytnej greki : γῆ (gễ, „ziemia”) i λογία (logia, „studium”).
Petrografia odnosi się do opisowego badania skał. W zależności od rodzaju badanej skały mówimy o „petrografii magmowej ”, „petrografii osadowej ” lub „petrografii metamorficznej ”. Badanie petrograficzne polega na opisaniu różnych cech skały (tekstura, złożenie mineralogiczne, porowatość itp.) poprzez bezpośrednie obserwacje, zarówno makroskopowe, jak i mikroskopowe, oraz gromadzenie danych poprzez poddanie próbek różnym metodom analizy ( dyfraktometria rentgenowska , mikrosonda …).
Jeśli petrografia poszukuje tylko opisu skał, to petrologia jest dyscypliną, której celem jest określenie mechanizmów powstawania i ewolucji skały. Badanie petrologiczne ma charakter eksperymentalny i ma na celu modelowanie warunków powstawania i ewolucji skały w jej historii na podstawie danych z różnych analiz (petrograficznych, chemicznych itp.). Wyróżnia się petrologię egzogeniczną, która zajmuje się procesami powstawania skał osadowych na powierzchni Ziemi, oraz petrologię endogeniczną, która koncentruje się na procesach powstawania skał magmowych oraz procesach metamorficznych w obrębie litosfery.
MineralogiaGałąź związana zarówno z chemią, jak i geologią, mineralogia odnosi się do badania i charakteryzowania minerałów , substancji stałych i jednorodnych na ogół nieorganicznych, których nagromadzenie tworzy skały. Ze względu na wiele cech i właściwości chemicznych i fizycznych minerałów, a także ich dużą różnorodność, mineralogia opiera się na wielu subdyscyplinach, takich jak krystalografia (struktura), fizyka (właściwości optyczne, radioaktywność itp.) czy nawet chemia (wzór chemiczny itp.). Ponieważ miejsce minerałów ma zasadnicze znaczenie w geologii, mineralogia jest niemal niezbędną dyscypliną we wszelkich badaniach geologicznych i dostarcza informacji o wielu parametrach (twardość, rozszczepienie, pękanie, chemia itp.) różnych faz mineralnych i ich interakcji.
StratygrafiaStratygrafia, czasami nazywana geologią historyczną, to multidyscyplinarna gałąź badająca układ różnych warstw geologicznych w celu uzyskania informacji czasowych. Opiera się na kilku różnych typach badań, takich jak litostratygrafia (badanie litologii), biostratygrafia (badanie skamieniałości i biofacji) czy magnetostratygrafia (badania magnetyczne), których korelacja informacji umożliwia datowanie warstw geologicznych względem każdej z nich. inne i umieścić je dokładnie w geologicznej skali czasu . Badania te opierają się na pewnej liczbie zasad, które pozwalają wyjaśnić logikę układu warstw geologicznych: zasada superpozycji, zasada ciągłości, zasada tożsamości paleontologicznej, zasada uniformitaryzmu….
Stratygrafia ma wiele zastosowań, zarówno naukowych, jak i przemysłowych. Opracowanie geologicznej skali czasu odbywa się za pomocą różnych informacji stratygraficznych zebranych na całym świecie; nazywa się to chronostratygrafią . Zastosowanie metod sejsmicznych umożliwia także badanie sekwencji osadów na krawędzi basenów sedymentacyjnych, gdzie następstwo sekwencji jest kontrolowane przez zmiany poziomu morza i zmiany tektoniczne; wtedy mówimy o stratygrafii sekwencyjnej . Badania tych układów warstwowych są ponadto przydatne w poszukiwaniu węglowodorów.
PaleontologiaPaleontologia jest dyscypliną połączoną z geologią i biologią , której obszar badań skupia się na wymarłych istotach żywych, od analizy skamieniałości po wyciąganie wniosków na temat ich ewolucji na przestrzeni czasu geologicznego. w przypadku badania mikroskopijnych skamieniałości mówimy o mikropaleontologii. Celem paleontologii jest opisanie skamieniałych gatunków, w celu wyciągnięcia wniosków filogenetycznych oraz określenie relacji między wymarłymi i obecnymi istotami żywymi w celu refleksji nad ich ewolucją.
Paleontologię łączy się z geologią przez to, że wykorzystanie charakterystycznych skamieniałości, zwanych skamieniałościami stratygraficznymi , umożliwia precyzyjne datowanie warstwy geologicznej. Rodzaje gatunków występujących w tych warstwach umożliwiają również odtworzenie paleośrodowiska odpowiadającego czasowi zalegania badanej warstwy. Badając ewolucję gatunków kopalnych, naukowcy mogą również uzyskać informacje na temat zmian środowiska i klimatu w czasie geologicznym.
Geodynamika nie jest dyscypliną naukową, ale podejściem, którego celem jest scharakteryzowanie sił i zjawisk związanych z ogólną ewolucją systemu Ziemi i ich wzajemnymi oddziaływaniami.
ArchitektonicznyTektonika to gałąź zajmująca się deformacjami skorupy ziemskiej ; skupia się głównie na relacji między strukturami geologicznymi a ruchami i siłami, które są przyczyną ich powstawania. Tektonika dotyczy deformacji we wszystkich skalach przestrzeni i czasu na kuli ziemskiej. W zależności od skali badanego obiektu mówimy o mikrotektonice dla struktur mikroskopowych lub o tektonice globalnej dla struktur kilkutysięcznych.
Dyscyplina ta odwołuje się do wielu pojęć fizyki materiałów i mechaniki ośrodków ciągłych, które umożliwiają badanie natury naprężeń w skale lub zespole skał oraz badanie reakcji tych ostatnich na naprężenia, którym są poddawane. ... Badania te pozwalają zlokalizować przestrzennie i czasowo naprężenia i deformacje, które one wywołują; co więcej, dostarczają informacji o warunkach formowania się skał, które często są uwarunkowane kontekstem tektonicznym.
sedymentologiaGeologia strukturalna, czasami używana jako synonim „tektoniki” w literaturze francuskiej, różni się od swojego odpowiednika bardziej geometrycznym podejściem do deformacji. Chociaż przedmioty badań tektoniki są wspólne z przedmiotami geologii strukturalnej, ta ostatnia pozostaje na czysto geometrycznym opisie struktur geologicznych. Badania strukturalne, przeprowadzone na podstawie danych uzyskanych w terenie, pozwalają na określenie geometrii różnego rodzaju deformacji (zapad uskoku, zapad osi fałdu itp.). Wyniki te umożliwiają określenie kierunku naprężeń głównych i dostarczają przydatnych informacji w ramach badań tektonicznych.
Wulkanologia GlacjologiaTa nauka o Ziemi zdaje się znać swoje początki około 1660 roku w krajach Północy z pierwszymi pracami duńskiego geologa Nielsa Stensena , znanego po francusku pod nazwą Nicolas Sténon, zaraz za nim Anglia i regiony brytyjskie, a następnie we Francji ok. 1700 r. Często jednak zapomniany przez autorów i naukowców Francuz Bernard Palissy (1510?-1590) pojawia się jako prekursor współczesnej geologii, badając m.in. skamieniałości z Lutétien czy słonych bagien Charente. W 1750 jest to nauka zakorzeniona w Europie Zachodniej. W obecnym znaczeniu termin geologia został również użyty po raz pierwszy w języku francuskim w 1751 r. przez Diderota , od włoskiego słowa utworzonego w 1603 r. przez Aldrovandiego . Słowo geolog jest powszechnie używane w jego eseju z 1797 r. Nowe zasady geologii autorstwa Philippe'a Bertranda iw 1799 r. przez Jeana André Deluca ; został ustalony w następnym roku przez Horace-Bénédicta de Saussure . Na początku XIX th century , nauki geologiczne startuje i jest w swych podstawach, czas i skalę wzrostu wykresów dokładniejsze obserwacje terenowe, sekcje i stratygraficznych petrologicznym analizy w toku.
Geologiczna skala czasu jest klasyfikacją czasową stosowaną głównie w geologii, ale także w innych naukach, do lokalizowania wydarzeń w historii Ziemi od jej powstania (4,54 Ga ) do chwili obecnej. Skala ta jest podzielona na cztery eony ( Hadean , Archean , Proterozoik i Fanerozoik ), które dzielą się na ery , których średni czas trwania wynosi kilkaset milionów lat; ich granice odpowiadają poważnym wstrząsom w biosferze i/lub litosferze i atmosferze . W obrębie epok znajdujemy podpodziały ( okresy , epoki i etapy ), które odpowiadają globalnym trybom sedymentacji w oceanach i które są definiowane przez stratotypy . Podział skali jest szczegółowo opisany w ostatnim eonie, fanerozoiku, który odpowiada ostatnim 542 milionom lat. Okres wcześniejszy, odpowiadający pozostałym trzem eonom, nazywany jest również prekambryjskim .
Główne wydarzenia, które naznaczyły historię Ziemi, są często używane jako granica między dwoma poddziałami skali:
Datowanie względne służy do ustalania kolejności wieków sąsiednich warstw względem siebie. Pozwala szybko ustalić chronologię badanego terenu. Można to podsumować w kilku zasadach:
Datowanie bezwzględne umożliwia mniej lub bardziej dokładne ustalenie wieku skały. Jest bardzo przydatny w kontekście chronostratygrafii i opracowywania geologicznej skali czasu , ale także w badaniu historii i ewolucji skał.
Jednym z najczęstszych sposobów jest wykorzystanie geologii izotopowej . Niewielka część atomów obecnych w skałach jest w niestabilnej postaci izotopowej . Izotop ten jest skazany na przekształcenie poprzez emisję radioaktywną w inny pierwiastek, który sam może mieć postać niestabilnego lub radioaktywnego izotopu. Te emisje radioaktywne występują z losową częstotliwością, którą można określić statystycznie. Chodzi o to, aby zmierzyć proporcję pierwszego elementu (pierwiastka ojca), a następnie drugiego (elementu potomnego): z czasem proporcja elementu ojca się zmniejszy, a element potomny będzie rósł. W konsekwencji skała, w której element macierzysty jest bardzo obecny, jest niedawną skałą i odwrotnie, skała, w której element potomny jest bardzo obecny, jest starym kamieniem. Obliczając i porównując z modelami założonymi w laboratorium, będziemy mogli wtedy oszacować wiek skały z dokładnością rzędu miliona lat.
Klasyczne pary pierwiastków ojciec/syn to rubid/stront ( rubid występuje w śladowych ilościach w muskowicie , biotycie , skaleniu itp.) oraz potas/argon , a dokładniej uran/ołów i uran/tor .
Ziemia wewnętrzna składa się z kolejnych otoczek o różnych właściwościach petrograficznych i fizycznych, oddzielonych między sobą nieciągłościami. Koperty te można podzielić na trzy główne zestawy, od powierzchni do środka planety, nazwane: skorupą , płaszczem i jądrem . Na najbardziej oddalonym odcinku 670 km litosfera i astenosfera tworzą dwa zbiory określone przez zasadniczo właściwości mechaniczne, przy czym litosfera tworzy sztywny zbiór "unoszący się" na zbiorze plastycznym, jakim jest astenosfera. Ta struktura miała miejsce w stylu hadeańskim, krótko po akrecji u początków prymitywnej Ziemi, gdzie pierwiastki chemiczne tworzące bardzo młodą planetę (wtedy będącą w stanie całkowitej fuzji) są różnicowane tak, by tworzyły najpierw dwie warstwy chemiczne: żelazo - nickeliferous rdzeń i glinowo - krzemianowe płaszcza .
Główne cechy kopert wewnętrznychCharakterystyki powłok niedostępnych bezpośrednio dla człowieka (głównie płaszcz i rdzeń) wyprowadzono z analizy fal sejsmicznych. Te ostatnie przecinają kulę ziemską, poruszając się z prędkością różniącą się w zależności od warstw, przez które przecinają, i podlegają zjawisku załamania i odbicia na poziomie nieciągłości. Korelacja danych uzyskanych przez stacje pomiarowe rozmieszczone na całym świecie umożliwiła przede wszystkim określenie grubości, właściwości fizycznych oraz ogólnej budowy płaszcza i rdzenia. Inne metody geofizyczne pogłębiły następnie wiedzę o wewnętrznej strukturze Ziemi i związanych z nią mechanizmach, takich jak tomografia sejsmiczna czy grawimetria .
Koperta | Głębokość km |
Gęstość g/cm 3 |
Dominująca petrografia | Pierwiastki chemiczne |
---|---|---|---|---|
Kontynentalna skorupa oceaniczna |
0 - 35 0 - 10 |
2,7 - 3,0 2,9 - 3,2 |
Granit i gnejs Bazalt, gabro i perydotyt |
Si i Al Si, Al i Mg |
Górny płaszcz litosfery i strefa przejściowa astenosfery |
35/10 - 670 35/10 - 400 400 - 670 |
3,4 - 4,4 |
Oliwinu , Piroksen i Garnet Wadsleyite → ringwoodyt i Garnet |
Si, Mg i Ca |
Dolny płaszcz | 670 - 2890 | 4,4 - 5,6 | Perowskit i feroperyklaza | Si, Mg, Fe i Ca |
Zewnętrzny rdzeń | 2890 - 5100 | 9,9 - 12,2 | - | Fe, Ni i S (stan ciekły) |
Rdzeń wewnętrzny | 5100 - 6378 | 12,8 - 13,1 | - | Fe, Ni i S (stan stały) |
Skorupa ziemska (czasami nazywana także „skorupą ziemską”) jest najbardziej zewnętrzną powłoką wewnętrznej Ziemi, w bezpośrednim kontakcie z atmosferą i hydrosferą na powierzchni, ale także cieńszą i mniej gęstą. Wyróżnia się ją na dwie jednostki o różnym charakterze: skorupę kontynentalną o składzie kwaśnym i skorupę oceaniczną o składzie podstawowym.
Skorupy Continental charakteryzuje się złożoną strukturą i silnego litologicznego niejednorodności. Składa się jednak głównie z kwaśnych skał magmowych i metamorficznych, powstałych głównie podczas epizodów subdukcji i zderzeń kontynentalnych . Jego część powierzchniowa jest nieregularnie zbudowana ze skał osadowych i gleb . Głębokie partie tej skorupy można wydobyć, dzięki założeniu, a następnie rozbiórce pasma górskiego . Skorupa kontynentalna jest również podzielona na trzy części, określane na podstawie ich cech mechanicznych: skorupa górna (od 0 do 10 km ), skorupa środkowa (od 10 do 20 km ) i skorupa dolna (od 20 do 35 km ).
Skorupy oceanicznej jest utworzone na poziomie oceanicznych grzbietach poprzez częściowe stapianie perydotytach bazowego płaszcza; magma unosi się na powierzchnię i krystalizuje dając podstawowe skały (głównie bazalty i gabry). W miarę oddalania się od grzbietu skorupa oceaniczna gęstnieje, ochładza się i staje się gęstsza; gdy ogólna gęstość litosfery oceanicznej (której częścią jest skorupa oceaniczna) przekracza gęstość płaszcza astenosfery, rozpoczyna się proces subdukcji i litosfera wchodzi do płaszcza, gdzie jest stopniowo poddawana recyklingowi. Skorupa oceaniczna może być ekshumowana przez obdukcję , gdzie zachodzi ona na skorupę kontynentalną, lub przez zderzenie kontynentalne , gdzie można zachować skrawki skorupy oceanicznej i wydobyć odkrywkę.
PłaszczPłaszcz Ziemi jest najważniejszą powłoką Ziemi, stanowiącą 82% objętości i 65% masy planety. Składa się ze skał ultrabazowych, których rodzaj zmienia się wraz z głębokością, głównie na skutek wzrostu ciśnienia i temperatury, które reorganizują układ krystaliczny minerałów. Płaszcz jest częściowo badany w sposób „bezpośredni” dzięki inkluzjom zachowanych skał płaszcza obecnych w niektórych kompleksach magmowych wystających obecnie na powierzchni (rury kimberlityczne itp.). Jednak żadna próbka nie ma proweniencji o głębokości większej niż 400 km ; poza tą wartością badanie płaszcza jest prowadzone wyłącznie technikami geofizycznymi i modelowaniem.
RdzeńRdzeń składa się w przeważającej mierze z żelaza, co chemicznie odróżnia je od innych otoczek (skorupy i płaszcza), które czasami grupuje się razem pod nazwą „ziemia krzemianowa”, aby podkreślić chemiczny kontrast między tą ostatnią a jądrem. Zewnętrzny rdzeń i rdzeń wewnętrzny (zwany również nasieniem) są chemicznie bardzo podobne i wyróżniają się głównie stanem materii, który jest płynny w części zewnętrznej i stały w części wewnętrznej. Rdzeń wewnętrzny jest formowany ze szkodą dla rdzenia zewnętrznego, w którym krystalizuje stopiony materiał; reakcja ta emituje ciepło, które indukuje ruchy konwekcyjne w jądrze zewnętrznym, które są źródłem ziemskiego pola magnetycznego .
Podróż do wnętrza Ziemi , powieść science-fiction francuskiego pisarza Julesa Verne'a opublikowana w 1864 roku, ma w roli głównych bohaterów niemieckiego geologa, profesora Lidenbrocka i jego siostrzeńca Axela. Ich wyprawa w głąb Ziemi jest dla pisarki okazją do omówienia ówczesnych teorii naukowych, w szczególności dotyczących składu wnętrza Ziemi i jej temperatury, ale także ewolucji gatunków i wyglądu hominidów, poprzez odkrycie skamieniałości (potem żywych zwierząt kopalnych).
W większości krajów świata istnieje publiczny organ referencyjny dla nauk o Ziemi. We Francji jest to Biuro Badań Geologicznych i Górniczych (BRGM), które podlega kilku ministerstwom.
W skali europejskiej EuroGeoSurveys (EGS, The Geological Surveys of Europe ) jest stowarzyszeniem na mocy prawa belgijskiego zrzeszającym 37 europejskich służb geologicznych.
: dokument używany jako źródło tego artykułu.