גאולוגיה

דוגמאות מעולם הגאולוגיה (מימין למעלה, בכיוון השעון): 1. מאובן בקיר האמוניטים במכתש רמון; 2. סלעי לבה בתחתית האוקיינוס; 3. הריסות בהאיטי לאחר רעידת האדמה בשנת 2010; 4. שכבות גאולוגיות בפרו; 5. הר הגעש פואגו בגואטמלה; 6. צורות סלעים עגולות על חוף בקליפורניה (Bowling Ball Beach);

7. נטיפים וזקיפים במערת אבשלום; 8. תצוגה של מינרלים שונים.

הגאולוג, ציור של קארל שפיצווג משנת 1860

גֵּאוֹלוֹגְיָה (באנגלית: Geology) היא תחום מחקר השייך למדעי הטבע, ענף בתחום מדעי כדור הארץ. מקור המילה גאולוגיה הוא מיוונית עתיקה: גֵאָ (γη) שפירושה "אדמה", ולוגוס (λογία) שפירושה "תורה" – כלומר תורת האדמה

הגאולוגיה חוקרת את הגאוספירה – כדור הארץ המוצק: את תכונותיה, תהליך וזמן היווצרותה, מרכיביה השונים, התהליכים הדינמיים המתרחשים בה (כגון רעידות אדמה, נדידת היבשות וצורות נוף) ואת אוצרות הטבע הטמונים בה. הגאולוגיה עוסקת גם בחקר המאפיינים המוצקים של גרמי שמיים כגון כוכבי לכת, אסטרואידים, מטאוריטים, כוכבי שביט ועוד.

הגאולוגיה חוקרת באמצעות מינרלים, סלעים, קרקעות ומאובנים את התפתחות כדור הארץ, את התהליכים האחראים ליצירתו ולשינויים המתרחשים בו, והשפעתם על יצירת הנוף המגוון שאנו רואים. הגאולוגיה מורכבת מתחומי מחקר המאפינים את כדור הארץ ותכונותיו על מרכיביו השונים, מספקים הסברים לתופעות טבע ותצפיות, ומאחדים את המידע לתמונה שלמ.

היסטוריה של כדור הארץ

גאולוגים אומדים את גילו של כדור הארץ ב-4.6 מיליארד שנה בערך, ופיתחו שיטות להבנת מבנהו, החומרים המרכיבים אותו והתהליכים המתרחשים בו. כך למשל, הועלתה במאה ה-20 תאוריה הטוענת כי הליתוספירה המורכבת מקרום כדור הארץ ושכבת מעטפת כדור הארץ העליונה, מתחלקת ללוחות טקטוניים המתרחקים זה מזה, מתקרבים זה לזה ומחליקים זה לצד זה בתהליכים טקטונים. תאוריה זו נשענת על מספר תצפיות, שאחת מהן היא מציאתם של מאובנים דומים ביבשות המרוחקות היום אלו מאלו מרחק רב. תאוריות מסוימות הן תוצר של מחקר מדעי ממושך. בחינת ההיסטוריה של המחקר הגאולוגי מלמדת על ההתקדמות שחלה בהבנה של מבנה כדור הארץ והתהליכים המתרחשים בו.

העת העתיקה

מיתולוגיות ואמונות

ראשי חץ עשויים מצור, טקסס, ארה'ב

בני האדם הקדמונים למדו לנצל את משאבי הטבע השונים לא רק לצורכי הישרדות אלא גם לצורכי מסחר, קישוט ופולחן דתי. דתות קדומות רבות הקצו אל לכל תופעת טבע, ובמשך הזמן התפתחו מיתולוגיות, מסורות ואמונות שונות בניסיון להסביר תופעות אלה. באירופה למשל, בני האדם האמינו שהרי ההגעש משמשים כסדנאות תת-קרקעיות של האל וולקן, המכין נשק לגיבורי מלחמה, וכי עבודתו במעבה הקרקע אחראית לרעידות אדמה ולהתפרצויות געשיות. בסמואה, רווחה האמונה כי אחד האלים קטע את ידו של אל יריב וכלא אותו בארובה תת-קרקעית, כשהאל הכלוא מנסה להשתחרר מן הארובה נוצרות רעידות אדמה, ואילו היו לאל הכלוא שתי ידיים, הרעידות היו עלולות להיות כה חזקות, עד כי האיים היו נחרבים.

בספר התנ"ך מתועדות התייחסויות רבות לאירועים שניתן לפרשן כתופעות גאולוגיות. דוגמאות לכך: המטרת גפרית ואש על סדום ועמורה. או הפסוק: ”וַתִּגְעַשׁ וַתִּרְעַשׁ הָאָרֶץ וּמוֹסְדֵי הָרִים יִרְגָּזוּ וַיִּתְגָּעֲשׁוּ כִּי חָרָה לוֹ”, אירוע שניתן לפרש כרעידת אדמה. סיפורים מקראיים נוספים קיבלו "פרשנות גאולוגית", כמו האירוע המכונן של קריעת ים סוף בספר שמות, ובקיעת הר הזיתים, עלייתו של הנביא אליהו השמימה המוזכר בספר מלכים ב', פרק ב', "וַיְהִי הֵמָּה הֹלְכִים הָלוֹךְ וְדַבֵּר וְהִנֵּה רֶכֶב אֵשׁ וְסוּסֵי אֵשׁ וַיַּפְרִדוּ בֵּין שְׁנֵיהֶם וַיַּעַל אֵלִיָּהוּ בַּסְעָרָה הַשָּׁמָיִם", מוסבר על ידי חוקרים באופן מדעי. חוקרים מציעים כי המונח "רכב אש וסוסי אש" שהפרידו בין אליהו הנביא לבין אלישע הנביא, מתאר למעשה לפי חוקרים אלה אירוע של פגיעת מטאור שנכנס לאטמוספירה והתפוצץ, או, אפשרות נוספת, זוהי תופעה חשמלית אטמוספירית נדירה כמו ברק כדורי. האירוע על פי התנך התרחש באזור יריחו ונהר הירדן. זהו עמק עמוק שהוא חלק מהבקע הסורי-אפריקני, שבו תנאי האקלים והטופוגרפיה מייצרים לעיתים סופות ורוחות עזות, המעצימות את האפקט החזותי של תופעות שמימיות.

הפילוסופים ביוון העתיקה

היסודות המדעיים של הגאולוגיה טמונים ביוון העתיקה, בה נמצאו העדויות הראשונות לניסיון מעמיק למציאה ותיעוד של הסברים על תופעות הטבע הקשורות לכדור הארץ, כבר החל מהמאה ה־6 לפנה"ס, פיתגורס ראה אניות מתקרבות והבחין כי את תורניהן ניתן לראות לפני גופ. מכך הוא הסיק כי צורת הארץ כדורית, בתקופה בה האמינו כי הארץ שטוחה; קסנופנס תיעד מאובנים שמצא בהרים וכמוהו גם הפילוסוף הנודע הרודוטוס. אמפדוקלס במאה ההחמישית לפני הספירה, השאיר תיאור מפורט ראשון של התפרצות הר הגעש אטנה.

שאלה מרכזית שהעסיקה את הפילוסופים היוונים הייתה "ממה מורכב העולם?" תשובתו של אמפדוקלס לכך הייתה שכל המצוי בעולם מורכב מתערובות של ארבעת היסודות הראשוניים, כפי שהאמינו בתקופתו, אש, אוויר, אדמה ומים. אמפדוקלס טען כי יסודות אלה, שהם יסודות נצחיים ובלתי משתנים, התקיימו מאז ועולם ויתקיימו לנצח, וכל השינויים הנראים בעולמנו הם תוצאה של היצמדות של יסודות אלה לאלה, או לחלופין דחייה של יסודות אלה מאלה. אמפודוקלס סבר כי תנועות אלו נגרמות עקב כוחות קוסמיים של "אהבה" ו-"מריבה" שקיימים לצד היסודות.

אריסטו שחי במאה הרביעית לפני הספירה, פיתח מודל שהתבסס על ארבעת היסודות של אמפדוקלס. לפי מודל זה שולטות בעולם ארבע תכונות: חום וקור, יובש ולחות, שצירופיהן יוצרים את ארבעת היסודות אש, אוויר, אדמה, מים. : חום ויובש יוצרים את האש, חום ולחות יוצרים את האוויר, קור ויובש יוצרים את האדמה, קור ולחות יוצרים את המים. ההבדלים בין חומרים נובעים מהשוני ביחסים הכמותיים שבין ארבע התכונות. תאוריה זו הסבירה, למשל, כיצד חימום של מים הופך אותם לאדים (אוויר) ומשאיר כלי ריק (אדמה). בתאוריה זו נבטו הניצנים הראשונים של מדעי הטבע שהתבטא בחיפוש גורם משותף למספר רב של תופעות ובעיקר, התבססות על תצפיות. אריסטו גרס כי הבנת העולם ניתנת להשגה רק באמצעות חשיבה לוגית המבוססת על מידע שנרכש באמצעות החושים. הוא היה, ככל הנראה, הראשון שגרס כי בניית תאוריה מדעית אפשרית על בסיס תצפיות. לדוגמה, לאחר שהבחין בסימנים של סחף וריבוד הקרקע, הסיק שכדור הארץ משתנה בקצב מאוד איטי, עד כדי כך שאינו ניתן להבחנה במהלך חייו של אדם אחד ולכן מחויב תצפית ורישום התצפיות.

עיסוקים קדומים בגאולוגיה תועדו בעבודתו של של תאופרסטוס, תלמידו של אריסטו, בשם "על אבנים" Περὶ λίθων – Peri Lithon שעסק בגאולוגיה, מינרלוגיה וגמולוגיה (חקר אבני החן). נושא עבודתו היה עפרות ומינרלים רבים שנאספו ממכרות מקומיים. הוא דן בסוגים שונים של שיש וחומרי בנייה אחרים, כגון, אבן גיר, ועשה ניסיון ראשוני לסווג את התכונות השונות של המינרלים, כגון קשיות. חברי האסכולה האטמוטיסטית, ביניהם, לוקיפוס ותלמידו דמוקריטוס שטענו כי כל החומרים מורכבים מגופיפים, חלקי יסוד שאי-אפשר לחלק אותם בהיותם החלקיקים הקטנים ביותר, המכונים אטומים (ביוונית עתיקה: אטומוס-ἄτομος, לפי הגדרתו של תאופרסטו שפירושה ἄ-לא ניתן לחלוקה, טומוס-τομος). לטענתם, כל החומרים מורכבים מצירוף של אטומים שונים ביחסים משתנים, ויוצרים את תכונות החומר: קור, חום, צבע וקשיות, וכן גם במשנתו של ארטוס תנס, מתמטיקאי, גאוגרף ואסטרונום שחי במאה השלישית לפני הספירה באלכסנדריה, הצליח בדיוק מפתיע לחשב את קוטר כדור הארץ על ידי שימוש בצל ובחוקי הגאומטריה.

רומא העתיקה

בתקופת רומא העתיקה, עסק פליניוס הזקן שחי במאה הראשונה לפני הספירה, ביצירתו "תולדות הטבע", בדיון נרחב על מינרלים ומתכות שהיו בשימוש נפוץ באותה העת. הוא סיווג נכונה את הענבר כשרף מאובן, על פי החרקים שנכלאו בו, והניח את היסוד למדע הקריסטלוגרפיה כשזיהה את צורות ההתגבשות של היהלום.

ימי הביניים

ערך מורחב – ימי הביניים

חסילון מאובן מתקופת קרטצאוס, לפני 95 מיליון שנים, התגלה בלבנון

ההיסטוריון לרפואה פילדינג ה' גאריסון (1870–1935), כמו גם היסטוריונים אחרים גרסו שמקורה של הגאולוגיה המודרנית מהעולם המוסלמי. ב"מבוא להיסטוריה של הרפואה" (An Introduction to the History of Medicine) משנת 1913, כתב גאריסון: ”הסרצנים עצמם היו מחוללים לא רק של האלגברה, הכימיה והגאולוגיה, אלא של הרבה שיפורים ושכלולים לכאורה של הציוויליזציה, כמו תאורת הרחוב, שמשת החלון, זיקוקים, כלי מיתר, פירות מתורבתים, בשמים, תבלינים ועוד”. המושג סרצנים הוא כינוים של מוסלמים על ידי הנוצרים בימי הביניים, ובפרט בתקופת מסעי הצלב.

המלומד הפרסי אבו א-ריחאן אל-בירוני היה אחד מראשוני הגאולוגים המוסלמיים. אל בירוני התמקד בפרט בגאולוגיה של הודו: ”אבל אם אתה רואה את אדמת הודו במו עיניך ומהרהר על טבעה, אם אתה שוקל את האבנים המעוגלות הנמצאות בארץ בכל עומק שתחפור, אבנים שהן ענקיות ליד ההרים במקום שהנהרות זורמים בפראות; אבנים שהן קטנות במרחק גדול מן ההרים ובמקום שהזרם איטי יותר; אבנים הנראות כתושות לחול במקום שהזרימה מתחילה לדעוך ליד שפכם או ליד הים – אם אתה שוקל את כל אלה אתה יכול בקושי רב שלא לחשוב כי הודו הייתה פעם ים אשר התמלא בהדרגה על ידי סחף הנחלים”.

אבן סינא, פילוסוף, רופא וחוקר פרסי, תרם תרומה משמעותית למדעי הטבע בחיבור האנציקלופדי "כיתאב אל שיפאא'" (בעברית: ספר הריפוי, בערבית: كتاب الشفاء). כתיבת הספר "כִּתָאבּ אל-שִׁיפָאא'" החלה בשנת 1014 והושלמה סביב שנת 1020. הספר יצא לאור והופץ באופן רשמי בשנת 1027, במהלך תור הזהב של האסלאם. אבן סינא כתב את היצירה המונומנטלית הזו בהדרגה לאורך כשש שנים בתקופה שבה נע ונד בין חצרות שליטים שונים באזור פרס (איראן של ימינו). בספר זה, במאמר על מינרלוגיה ומטאורולוגיה, מובאים הסברים על היווצרותם של הרים, תרומתם של הרים ביצירת עננים, מקורותיהם של המים ושל רעידות אדמה, היווצרותם של מינרלים ורבגוניות פני הקרקע של כדור הארץ. תפישות אלה כלולות גם ב"תאוריה של הארץ" של ג'יימס האטון. הפילוסוף הבריטי סטיבן טולמין והסופרת ג'ון גודפילד התייחסו בשנת 1965 לתרומתו של אבן סינא לגאולוגיה.: ”כבר בשנת 1,000 לספירה הציע אבן סינא היפותזה על מקורם של רכסי הרים, שהעולם הנוצרי החשיב לקיצונית שמונה מאות שנים מאוחר יותר.”4

אחד מן המדענים הסיניים המעניינים שחי בסין בימי הביניים במאה ה-11, בשם שן קואו, אדם מלומד ואיש אשכולות, שעסק בתחומי מדע רבים בני זמנו. בתחום הגאולוגיה היה שן קואו אחד מן המדענים הראשונים שניסח תאוריה בגאומורפולוגיה המבוססת על תצפיותיו בהתרוממות משקעים, סחיפת קרקעות, הרבדה של טין ומאובנים ימיים שנמצאו בהרי טאיחאנג, מאות קילומטרים מן האוקיינוס השקט. בנוסף, הוא ניסח תאוריה של שינוי אקלים הדרגתי, לאחר שצפה בבמבוק מאובן עתיק שנמצא במעבה האדמה ליד העיר ינ'אן, שנמצא במצב שימור טוב בשל תנאי האקלים היבש של מחוז שאאנשי. בספרו "רשימות מבריכת החלומות" (Mengxi Bitan) הוא תיעד לראשונה המצאות פורצות דרך של תקופתו, ובראשן הדפוס הראשון בעולם המבוסס על אותיות מיטלטלות (שהומצא על ידי האומן בי שנג במאה האחת עשרה). לאונרדו דה וינצ'י, צייר וחוקר רב כישרונות, שחי סוף ימי הביניים, במאה ה-15, התעניין בתחומי מדע רבים ועסק לא מעט בגאולוגיה, במבנה הקרקע ובחקר מאובנים. הוא הבחין בכך שהמאובנים הנמצאים בסלע היו פעם יצורים חיים. לתובנה דומה הגיע מעט אחריו גם הגאולוג הדני ניקולאוס סטנו שחי במאה ה-17, בתקופת הרנסאנס.

תקופת הרנסאנס

ערך מורחב – תקופת הרנסנס

גאורגיוס אגריקולה היה רופא גרמני שטיפל בכורים באחד מאזורי המכרות בגרמניה. שמו המקורי היה גאורג באוור ו"אגריקולה" הוא כינוי שניתן לו שפירושו בלטינית: איכר. אגריקולה התעניין בסלעים ובמינרלים, במטרה למצוא חומרים שיוכלו לשמשו למטרות רפואיות. הוא פרסם ספרים אחדים על סלעים ומינרלים, שאחד מהם שימש מקור מידע עיקרי לחוקרים, לכורים ולמעבדי מתכות במשך כמאתיים שנה. בשל גישתו המדעית נחשב אגריקולה לאבי התורה של חקר המינרלים – המינרלוגיה.

ג'ורג' אוון מהנליס (1552–1613), היה חוקר עתיקות, קרטוגרף, טופוגרף והיסטוריון וולשי בולט מתקופת אליזבת הראשונה. הוא נחשב לאחת הדמויות המשפיעות ביותר בהיסטוריוגרפיה ובמדע המוקדם של ויילס, וזכה לכינוי ההיסטורי "אבי הגאולוגיה הבריטית". במהלך לימודיו הוא ערך תצפיות שיטתיות על הגאולוגיה של ויילס ובעיקר על שכבות אבן גיר ופחם. אף שלא ייסד תאוריה גאולוגית משלו על היווצרותן של השכבות וכתביו לא התפרסמו עד 1796, הוא זכה למוניטין רב ונחשב לאבי המחקר הגאולוגי הבריטי. יצירתו החשובה ביותר היא הספר "The Description of Penbrokshire" (תיאור פמברוקשייר), אותו החל לכתוב בשנת 1602. החיבור מספק סקירה טופוגרפית, חברתית וכלכלית מעמיקה ומדויקת להפליא של המחוז, וכולל מפות מפורטות שהוא צייר.

ניקולאוס סטנו

ניקולאוס סטנו מדנמרק תרם רבות לפלאונטולוגיה והניח את היסודות למדעי הסטרטיגרפיה והקריסטלוגרפיה. לזכותו נזקפים ניסוחם של עקרונות יסוד בסטרטיגרפיה כמו עקרון הסופרפוזיציה ועקרון האופקיות המקורית המפורטים בהמשך. סטנו ניסח עקרון נוסף הידוע בפשטות כ"חוק סטנו", או "חוק הזוויות הקבועות של סטנו": בהסתמכו על מחקר גבישי הקוורץ, הוא קבע סטנו שהזוויות בין פאות מקבילות בגבישים מאותו חומר זהות בכל הדגימות של המינרל. עיקרון זה היווה פריצת דרך מהותית בקריסטלוגרפיה, והוא מונח בבסיס המחקרים שנעשו אחר כך על מבנה הגביש.

דיוקן של ויליאם ויסטון, העתק של מקור משנת 1720, הגלריה הלאומית של פורטרטים

במאה ה־17 הבחינו אנשי דת שבכל תרגומי התנ"ך והברית החדשה, רק הפרטים הגאולוגים והגאוגרפים היו זהים בכל הגרסאות. בעקבות כך, התעוררה התעניינות כללית בגאולוגיה, שמטרתה הייתה ליצור תאוריה גאולוגית העולה בקנה אחד עם הסיפור התנ"כי, בפרט על המבול. על פי התאוריה, הסטרטות השונות (בלטינית: Strata, ביחיד: Stratum – שכבה), הן שכבות אופקיות של סלעים או משקעים המונחות זו על גבי זו, ומהוות את הבסיס למבנה קרום כדור הארץ. מונח זה נמצא בבסיסו של הענף הגאולוגי סטרטיגרפיה העוסק בחקר סדר השכבות, גילן וההיסטוריה של כדור הארץ והן תואמות את המאורעות התנכ"יים. ואכן, התאוריה הרווחת נשענה על ספרו של התאולוג, המתמטיקאי וההיסטוריון האנגלי ויליאם ויסטון "תאוריה חדשה של הארץ" שהתפרסם ב־1696, ובו הוא טוען בזכות התרחשותו של המבול על פי הראיות שמספקות הסטרטות של כדור הארץ.

המאה ה־18: ההתבססות כענף מדעי

המונח "גאולוגיה"

באמצע המאה ה־18 התבססה הגאולוגיה כענף מדעי. מוזיאון הטבע הלאומי הצרפתי היה הראשון שקבע את משרת ההוראה לתחום זה כבר ב־1741. היה זה צעד חשוב לקראת התפתחות הגאולוגיה והכרת חשיבות הפצתו הרחבה של הידע. ב־1749 פרסם חוקר הטבע הצרפתי ז'ורז'־לואי לקלר דה בופון את ספריו Histoire Naturelle, שבהם תקף בגלוי את "תאוריה חדשה על הארץ" של ויליאם ויסטון. מדובר באחת האנציקלופדיות המקיפות והמשפיעות ביותר של עידן הנאורות. היא כללה במקור 36 כרכים שפורסמו בין השנים 1749 ל-1789, וכרכים נוספים הושלמו לאחר מותו. בעקבות ניסויים שערך דה-בופון, הוא טען שכדור הארץ אינו בן 6,000 שנה על פי התנך, אלא כבן 75,000 שנה. לקלר אמנם התווה את השם גאולוגיה בהקשר למחקר כדור הארץ באותם ימים, אך המונח לא התקבל היטב עד פרסום האנציקלופדיה הגדולה בשנת 1751 בידי הפילוסוף הצרפתי דני דידרו. השימוש הראשון במושג נעשה בפרסומים מקצועיים של שני מדענים שווייצריים: הגאולוג והמטאורולוג ז'אן־אנדרה דלוק , אשר פיתח ברומטר נייד מתקדם לשימוש בשטח והמציא סוג של עמוד חשמלי יבש (סוללה מוקדמת), יחד עם הוראס־בנדיקט דה סוסיר (צרפ'), חלוץ האלפיניזם אשר השתמש בטיפוסיו הרבים כדי למדוד את הלחץ האטמוספירי, הטמפרטורה והלחות בגבהים שונים, דגל בתצפיות שטח קפדניות ואובייקטיביות, והיה מזוהה עם הגישה ה"נפטוניסטית" (התפתחות סלעים דרך משקעים במים). דגל בתצפיות שטח קפדניות ואובייקטיביות, והיה מזוהה עם הגישה ה"נפטוניסטית" שפירושה התפתחות סלעים דרך משקעים במים.

המחקר המדעי מול התיאור המקראי

רישרד דה-בורי אונג'רביל היה איש כנסייה, סופר ואספן ספרים אנגלי מפורסם בן המאה ה-14, אשר ביקש עוד בטרם התפתח המונח גאולוגיה, להפריד בין תיאורי הת"נך לבין ממצאים המתבססים על הסתכלות.

תחריט עץ המתאר כרייה מספרו של גאורגיוס אגריקולה "טבעם של המינרלים" שיצא לאור בבזל בשנת 1556

הפילוסוף הגרמני עמנואל קאנט, בשנת 1755פרסם את הספר "היסטוריה אוניברסלית ותאוריה של השמים" (Allgemeine Naturgeschichte und) (גרמ') Theories des Himmels) ובו הביע את הדעה שהיווצרות כדור הארץ אינה קשורה כלל לדת או לאלוהים. המינרלוג ז'אן־אטיין גוטאר והגאולוג ניקולא דמארה שטיילו במרכז צרפת תיעדו את תצפיותיהם במפות גאולוגיות. גוטאר תיעד גם את תצפיותיו על היסודות הגעשיים של אזור זה. חוקרים אלה נחשבים למייסדי הוולקנולוגיה והמיפוי הגאולוגי המודרני. עד שנות ה־70 של המאה ה־18, כבר היה חקר כדור הארץ עיסוק נפוץ, והתפישה שלפיה הסיפור המקראי הוא מקור מהימן לצורך מחקר גאולוגי התעררה. עם זאת, מדע הגאולוגיה לא נכלל באנציקלופדיה בריטניקה עד למהדורה הרביעית שיצאה לאור בשנת 1809.

התגברות העניין בטבעו ומקורו של כדור הארץ, גרר עינין גם במינרלים ובמרכיבים אחרים של קרום כדור הארץ. ההכרה בחשיבות הכלכלית של כרייה באירופה החל מאמצע המאה ה־18 וניצניה של המהפכה התעשייתית הפכו; את הידע המדויק בנושא עפרות ותפוצתן לחיוני ביותר. מלומדים החלו ללמוד את הרכב כדור הארץ באופן שיטתי, תוך השוואה מפורטת ותיאור לא רק של האדמה אלא גם על הימאצותן של מתכות יקרות למחצה שחשיבותן הלכה ועלתה במסחר ובתעשייה. ככל שניתן היה למצוא ביעילות רבה יותר אדמת מכרות עשירה ולזהות עפרות המכילות מתכות, ניתן היה להפיק רווח גדול יותר. דחף זה להצלחה כלכלית המריץ את הגאולוגיה, הציב אותה במרכז ההתעניינות, והפך אותה לנושא נחשק. עם העלייה במספר האנשים שבחרו ללמוד גאולוגיה, התרבו התצפיות והתווסף ידע רב יותר על כדור הארץ.

צורך כלכלי זה הביא את אברהם גוטלוב ורנר לפרסם בשנת 1774 את הספר "על טבעם החיצוני של מינרלים".הפרסום הביא לו הכרה נרחבת מאחר שהוא הציג פירוט שיטתי לזיהוי מינרלים הנשען על תכונותיהם החיצוניות. ורנר גם הציע תאוריה לפיה היה כדור הארץ בתחילתו מכוסה מים וכך נוצרו שכבות הסלעים שאנחנו מכירים היום. התאוריה נקראה נפטוניזם על שמו של נפטון, אל הים במיתולוגיה הרומית. התאוריה ניסתה ליישב בין הראיות הגאולוגיות לסיפור התנ"כי. תומכי ורנר נטו להיות "קטסטרופיות", אשר הגנו על התפיסה לפיה שינויים גאולוגיים התרחשו באירועים בממדים עצומים למשל המבול, ולא כתוצאה מהשתנות איטית לאורך מיליוני שנים.

חוקר הטבע הסקוטי ג'יימס האטון יצא בשנת 1785 נגד הנפטוניזם של ורנר עם תאוריה משלו שכונתה פלוטוניזם על שם פלוטו, אל השאול במיתולוגיה הרומית. הוא הציג אותה במאמר "תאוריה של הארץ" שהוגש ל"אגודה המלכותית של אדינבורו" בשנת 1788. ההנחה שעמדה ביסוד השקפתו הייתה כי התהליכים המעצבים את פני כדור הארץ הם איטיים ואחידים, והיא שהובילה אותו לנסח את עקרון האחידות. לפי האטון, ההרים נוצרו על ידי התכה איטית של החומר המצוי במעמקי האדמה והוא התרחש כתוצאה מהלחץ העצום של מי הים. החומר שחק והורבד כסלעי משקע במעמקי הים וסלעים אלה התרוממו והפכו לאדמה יבשה, שנסחפת לים וחוזר חלילה. תאוריה זו אינה מקובלת היום. תהליך זה, לדבריו, נמשך כל העת ולאורך זמן רב ביותר. הוא האמין שכדור הארץ עתיק מאוד, "בלי סימן של ראשית ובלי סימן של אחרית", כלשונו, ובוודאי שאינו בן 6,000 שנה כפי שנטען בתנ"ך. תאוריה זו תאמה את השקפתו הדתית הדאיסיטית, לפיה העולם הוא מכונה מושלמת שנוצרה על ידי האל שהייתה פופולרית בתקופתו ושימשה אלטרנטיבה לפירוש מילולי של כתבי הקודש.

בסוף המאה ה־18 ובתחילת המאה ה־19, שררו שתי תפיסות מנוגדות: תפיסה אחת, המזוהה עם ורנר ואחרים, הניחה שכדור הארץ צעיר בן 6,000 שנה. מי שדגל בתפיסה זו האמין בקטסטרופות ובמים כמחוללי השינוי העיקרי. תפיסה זו נטתה לדגול בפירוש המילולי של התנ"ך. התפיסה השנייה, המזוהה עם האטון ואחרים, הניחה שכדור הארץ עתיק הרבה יותר, תוך אמונה בשינוי איטי מאוד ואחיד, ובחום ובלחץ כמחוללי השינוי העיקריים.

בוויכוח בין שתי הגישות הייתה ידם של ה"פלוטוניסטים", חסידיו של האטון, על העליונה. הם האמינו כי סלעים נוצרים בתהליכים געשיים משקיעה של לבה הפורצת מהרי הגעש, והצליחו להסביר הימצאותם של סלעים מותכים כגון בזלת טוב יותר מה"נפטוניסטים", חסידיו של ורנר. אלה האחרונים התקשו להסביר כיצד היו יכולים להיווצר סלעים כאלה בכוח המים והרוח בלבד. עבודתו של האטון ערערה על התאוריות שהיו מקובלות באותה עת, שתמכו באמונה על גילו הצעיר של הארץ. ערעור זה סימן נקודת מפנה במחקר של כדור הארץ. חיזוק נוסף נגד תארוית הקטסטרופיסטים היה הספר

"עקרונות הגאולוגיה" שפרסם הגאולוג הסקוטי צ'ארלס לייל ב־1830, ספר אשר זכה להצלחה והכרה. בספר זה הציג לייל הוכחות משכנעות מרחבי אירופה לתאוריות של האטון. את עקרון האחידות סיכם לייל בביטוי: "ההווה הוא המפתח לעבר" שהפך לאחד מכללי היסוד המרכזיים ביותר במדע הגאולוגיה המודרני.

המאה ה־19: תמריצים כלכליים למחקר הגאולוגי

פיתוח לוח הזמנים הגאולוגי

איור מאובנים מתוך "זיהוי שכבות סלע בעזרת מאובנים של בעלי חיים" של ויליאם סמית משנת 1816, אנגליה

מניעים כלכליים ביישום מידע גאולוגי הביאו ממשלות לתמוך במחקר הגאולוגי. במהלך המאה ה־19 מימנו ממשלות רבות סקרים גאולוגיים אשר סיפקו מפות גאולוגיות של אזורים נרחבים וסיפקו מידע על מיקומם של מינרלים שימושיים – מידע בעל חשיבות לתעשיית המכרות של אותן מדינות. מחקר גאולוגי במימון ממשלתי איפשר לרבים ללמוד גאולוגיה, להיעזר בטכנולוגיה ובטכניקות מתקדמות ולהרחיב את המחקר הגאולוגי.

בתחילת המאה ה־19 הורכב הטור הסטרטיגרפי המתאר את סדר שכבות הסלעים בכדור הארץ ואשר נשען על מידע שסיפקו הנפטוניסטים והפלוטוניסטים של המאה ה־18. להרכבת הטור תרמו הביולוג ז'ורז' קיווייה והמינרלוג אלכסנדר ברוניאר, שניהם מצרפת, שפרסמו בשנת 1811 את "תיאור הגאולוגיה של סביבות פאריז" (Description Geologiques des Environs de Paris), והמודד האנגלי ויליאם סמית. עבודתם של השלושה הולידה את הסטרטיגרפיה, מיפוי שכבות הסלע בכדור הארץ.

סמית עצמו אחראי למהפכה גאולוגית חשובה והיא קביעת גילן של שכבות סלע ויצירת היסוד לבניית לוח הזמנים הגאולוגי. כאספן מאובנים מושבע, הוא הבחין בשיטתיות בהימצאותם במקומות שונים, ומצא קשר בין שכבות סלע שונות למאובנים שמצא בהן. סמית ערך חתך דרך שכבות סלע וגילה בהן סדר הופעה זהה של מאובנים, ובאמצעותם קבע גיל יחסי לשכבות הסלע. הוא הגדיר שלושה עידנים גאולוגיים חשובים על פי גודלם וסוגם של המאובנים: עידן הפלאוזואיקון – עידן בעלי-החיים הקדומים, עידן המזוזואיקון – עידן בעלי החיים התיכוניים, ועידן הקנוזואיקון – עידן בעלי החיים החדשים. ב־1815 פרסם סמית מפה של אנגליה ובה סימן את השכבות לפי המאובנים שבהן וב־1816 את "זיהוי שכבות סלע בעזרת מאובנים של בעלי חיים" (Strata Identified by Organized Fossils).

תורת האבולוציה של דרווין

ערך מורחב – אבולוציה

ארבעה מינים של פרושי דרווין מאיי גלאפגוס שנצפו על ידי החוקר בשנת 1845. ההבדלים בין המינים תרמו להבנתו של דרווין את תופעת "הברירה הטבעית".

הספר "עקרונות הגאולוגיה" של לייל היה בן לוויה במסעותיו של חוקר הטבע והגאולוג צ'ארלס דרווין. דרווין עצמו ערך תצפיות שאושרו על ידי "עקרון האחידות" אשר נטבע עוד במאה ה-18. בשנת 1858, הציעו צ'ארלס דרווין ואלפרד ראסל וולאס את תורת האבולוציה המונעת על ידי מנגנון הברירה הטבעית, להכרה על ידי החברה הלינאית של לונדון. בעקבותיה פרסם דרווין את ספריו "מוצא המינים" ואת "מוצא האדם". הוא הניח כי האדם אינו נזר הבריאה, אלא חוליה אחת ברצף ההתפתחות של עולם החי והצומח, המתרחשת מתוך ברירה טבעית בעולם שאינו קבוע אלא משתנה בהתמדה במשך מיליוני שנים.

בספרו "מוצא האדם" משנת 1871, דרווין הציג במפורש ראיות לכך שהאדם התפתח מיצורים קדומים דמויי קוף, וחולק אב קדמון משותף עם קופי האדם האחרים. מחקרים מודרניים בביולוגיה אבולוציונית, באנטומיה השוואתית ובגנומיקה הוכיחו דמיון גנטי עצום ורציפות אבולוציונית בין האדם לבין קופי אדם ויונקים אחרים, מה שמבסס את טענתו המקורית של דרווין. אלפי מאובנים של מינים קדומים בשושלת ההומינינים (כגון אוסטרלופיתקוס) שנחשפו מאז ימיו של דרווין, מדגימים את ההתפתחות ההדרגתית של המין האנושי.

צ'ארלס דרווין שהיה ביסודו גאולוג אשר נטל עמו פטיש גאולוגי במסעותיו. הסביר בצורה סבירה תופעות של התהוות הרים, רעידות אדמה ושוניות אלמוגים. התאוריה שלו על האבולוציה של המינים על ידי מנגנון הברירה הטבעית נמצאת ביסודם של לוח הזמנים הגאולוגי והפלאונטולוגיה.

מוצא המינים היווה חוליה מאוחרת בשרשרת של רעיונות אבולוציוניים שונים שבוטאו על ידי מלומדים רבים בתקופות שונות. הפילוסוף היווני אנכסימנדרוס ביטא רעיונות דומים כבר במאה ה־6 לפנה"ס. מאוחר יותר ביטאו רעיונות כאלה גם הפילוסוף הסיני ז'ואנגזי בן המאה ה־4 לפנה"ס, הפילוסוף היווני אמפדוקלס בן המאה ה-5 לפנה,ס, הפילוסוף הרומאי לוקרטיוס, בן הממאה הראשונה לפנה"ס, הביולוג הערבי אל חזיז בן המאה ה־8, הפילוסוף הפרסי אבן מיסקווית בן המאה ה־10 ומלומדים רבים נוספים.

עם התרחבות הידע בביולוגיה במאות ה־18 וה־19, הופיע מגוון רחב של רעיונות דומים. אחד מן הרעיונות הבולטים היה תאוריית הלאמארקיזם – תאוריה אבולוציונית שפיתח ז'אן־בטיסט דה לאמארק, שגרסה כי ניסיון החיים של ההורה גורם לשוני בתכונות צאצאיו. קדם ללאמארק סבו של צ'ארלס דרווין – ארסמוס דרווין, רופא, פילוסוף של הטבע וממציא חשוב, שעסק ברעיון האבולוציה משנת 1770. בספר שפרסם בשנת 1791 "הגנים הבוטניים" (Botanic Gardens) כתב על החיים שנוצרו בים והתפתחו בהדרגה. ספרו המוכר והחשוב ביותר של ארסמוס דרווין נקרא "זואונומיה, חוקי החיים האורגניים" (Zoonomia, the Laws of Organic Life), אשר יצא לאור בשני כרכים, ב־1792 וב־1796. שני הכרכים עוסקים במחקר רפואי של ארסמוס, אשר טען כי מיליוני שנים לפני שנוצר המין האנושי נוצרו כל בעלי החיים מיצור חד־תאי, אשר ממנו התפתחו איברים נוספים. במקום אחר כתב כי כל הצמחייה ובעלי החיים הקיימים היום נוצרו באופן ספונטני מצורות חיים מיקרוסקופיות שחיו במי האוקיינוס. כשהיה בן 18 קרא צ'ארלס דרווין את "זוּאונומיה", ואף שניסה להתכחש לספרים של סבו מפני שספג ביקורות קשות על דעותיו, בסופו של דבר, למרבית כתביו של צ'ארלס דרווין יש מקבילות בכתביו של הסב ארסמוס.

המאה ה־20: גילוי נדידת היבשות

פיזור מאובנים ביבשות השונות, על פי מידע של Snider-Pellegrini ושל Alfred Wegener

במאה ה־19 אמד עולם המדע את גילו של כדור הארץ במושגים של מיליוני שנים ובתחילת המאה ה־20 הוערך בכ־2 מיליארד שנה, תוך שימוש בכלים רדיולוגים. התיארוך הרדיומטרי קבע את גילם של מינרלים וסלעים, מידע שנדרש לקביעת גיל הארץ. במחצית השנייה של המאה ה־20 הצטברו ראיות גאופיזיות רבות שהעמידו את אומדן גיל כדור הארץ על 4.6 מיליארד שנה. גילוי זה הנשען על מידע מדעי אמין, הביא לדיוק בבניית לוח זמנים גאולוגי ולניפוי תאוריות שלא עלו בקנה אחד עם ראיות מדעיות.

צילום אוויר-שכבת מרנסקי, על שטח של 38X52 קילומטר, עשירה במתכות רבות. דרום אפריקה

הכרת סדר השכבות הנכון של כדור הארץ מקנה תועלת כלכלית. האנס מרנסקי, גאולוג דרום אפריקאי חקר את המחשוף הדרום אפריקאי המכיל פלטינה ומתכות אחרות בריכוז גבוה. המחשוף התגלה במתחם בושוולד בדרום אפריקה, ונקרא על שמו "שכבת מרנסקי". מרנסקי חישב מחשופים ידועים של אותה יחידה סטרטיגרפית, בחר את הרחוק שבהם במרחק 40 ק"מ מן השכבה הראשונה, וגילה גם בו את עופרת הפלטינה. כך חישב את השכבה כולה, אשר במשך עשורים רבים שימשה מכרה עצום ממדים לעפרות פלטינה.

אלפרד וגנר, מדען גרמני רב תחומי, הבחין כי קווי החוף של אפריקה ושל שתי האמריקות דומים, והניח כי כל היבשות נפרדו מיבשת על קדומה המכונה פנגיאה ולאחר מכן נסחפו כרפסודות על קרקעית האוקיינוס והגיעו בסופו של דבר למקומן הנוכחי. ב־1912 הציג וגנר את תאוריית נדידת היבשות שנשענה על עדויות מאובנים, אשר בעזרתה ניתן היה להבין גם את תהליכי היווצרות רכסי ההרים הגדולים (אורוגנזה). בשנת 1915 התפרסם ספרו "מקור היבשות והאוקיינוסים". חמישים שנה אחר פרסום הספר, רעיונותיו של וגנר התקבלו בעולם המדע.

בשנת 1960 נמצאו ההוכחות שתמכו בתאוריית נדידת היבשות, והיא התחלפה בתפישת הלוחות הטקטוניים שנשענה על מידע מוצק, נתמכה על ידי מרבית הגאולוגים. עדויות אלו הציגו תנועה צדית של יבשות אשר הוכיחה כי הקרום האוקייני צעיר מן הקרום היבשתי. עדויות אלו תמכו גם בתאוריית התפשטות קרקעית הים שהוצעה על ידי האוקיינוגרף והגאופיזיקאי רוברט סינקלר דיץ ועמיתו הגאולוג הארי האמונד הס. התאוריה שלהם גרסה כי קרקעית הים מתפשטת מרכסים מרכז אוקייניים הפולטים לבה ובונים קרום ימי בזלתי הנדחק לצדדים כאשר נוצר קרום אוקיאני חדש. התרחשות כזו ניתן לראות ברכס המרכז־אטלנטי, שבאחת מן הפסגות הבולטות שלו נמצא האי האיסלנדי. תאוריה נוספת שנתמכה על ידי אותן עדויות היא הפלאומגנטיזם, שהוצעה על ידי הגאופיזיקאי הבריטי סטנלי קית רנקורן ואשר הצביעה על שינויים בשדה המגנטי של כדור הארץ במהלך התפתחותו, שינויים אשר השאירו את חותמם על מינרלים וסלעים מגנטיים. כדי לאמת תאוריות אלו נעשה על ידי נאס"א והמכון הגאולוגי הלאומי של ארצות הברית (USGS) שימוש בלוויינים החל מתחילת שנות ה־70, בתוכנית לאנדסאט. משימות אלו הציגו תמונות של כדור הארץ שעזרו רבות להבנת תהליכים גאולוגיים שהתרחשו בו.

גאולוגיה מודרנית

הגאולוגיה המודרנית עדיין חוקרת את כדור הארץ על כל רבדיו, אך אינה מסתפקת בכך. גאולוגיה פלנטרית החלה להתפתח בשנות ה-60 של המאה ה-20 כשנשלחו חלליות לחקר הירח וכוכבי הלכת נוגה, מאדים, ובשנות ה-70 אל כוכב חמה. בשנת 1969, עם נחיתתו של האדם הראשון על הירח והבאת סלעי ירח לראשונה אל כדור הארץ, חלה קפיצה במחקר הגאולוגי של הירח בו נטל חלק המדען יוג'ין שומייקר. התפתחות זו שינתה גם את התפישה הגאולוגית המסורתית שראתה בכדור הארץ יחידה עצמאית ובלתי תלויה, והביאה למחקרים חדשים על היווצרותו והתפתחותו של כדור הארץ בתוך מערכת השמש.

עקרונות יסוד

מפה גאולוגית המראה את גילאי המסלע השונים על פני השטח של כדור הארץ

במהלך התפתחות הגאולוגיה כמדע המתאר את כדור הארץ, על החומרים המרכיבים אותו והתהליכים המתרחשים בו, נוסחו כמה עקרונות המאפשרים לקבוע את גילן היחסי של שכבות הסלע ואת אופן היווצרותן.

• עקרון האחידות – כל תהליך גאולוגי מתרחש כיום בצורה דומה עד זהה לצורה שבה התרחש לאורך כל התקופות הגאולוגיות. עיקרון זה נוסח במאה ה-18 על ידי ג'יימס האטון וסוכם על ידי צ'ארלס לייל בביטוי הקובע כי "ההווה הוא המפתח לעבר".
• עקרון האופקיות המקורית – עיקרון זה מיוחס לניקולאוס סטנו והוא קובע כי ההרבדה המקורית של שכבות משקע היא אופקית. כיום מקובל כי זהו קירוב בלבד למצב בפועל, פרט לשיכוב צולב בעל מאפיינים משופעים.
• עקרון הסופרפוזיציה – עיקרון זה מיוחס גם הוא לניקולאוס סטנו, והוא משמש לגילוי רצף של אירועים גאולוגיים. העיקרון קובע כי ברצף שכבות של סלעי משקע שנוצר באופן טבעי וללא הפרעה, תהיה שכבת הסלע העליונה צעירה מזו הנמצאת מתחתיה. קיימת טענה כי עיקרון זה צריך להיות מופרד לשני עקרונות משנה המרחיבים את משמעותו:

• עקרון ההמשכיות האופקית – עקרון הקובע כי שכבות סלעי משקע מרובדות ברצף אופקי – לצדדים ולמרחק משתנה, הנע מכמה מטרים למאות קילומטרים, ותלוי בתנאי ההשקעה. כתוצאה מכך, סלעים דומים זה לזה שמופרדים באמצעות עמק או הר, עשויים להיחשב כחלק מאותה הרבדה.
• יחסי חיתוך-חצייה – עיקרון זה דן בהיווצרות של העתקים וקובע שהם צעירים יותר מהסלעים שאותם הם חוצים. כך, למשל, אם העתק חוצה שכבות סלע תחתונות ואינו מופיע בשכבות עליונות, ניתן להסיק מכך כי השכבות התחתונות קדמו להעתק ואילו השכבות העליונות מאוחרות לו. באופן זה ניתן גם להבדיל בין סוגי העתקים שונים.
• עקרון היחסים ההופכיים – עיקרון זה עוסק בגופי חדירה: כל יחידה או תופעה גאולוגית החודרת ליחידה או תופעה גאולוגית אחרת היא מאוחרת יותר. לדוגמה: דייק יהיה צעיר יותר מהסלעים שאותם הוא חוצה.

• עקרון רצף הפאונה – עיקרון זה דן במאובנים המופיעים בסלעי משקע ומניח כי יצורים שונים התקיימו באותה עת על פני כל כדור הארץ, ונוכחותם או היעדרם מצביעים על תקופת היווצרותו של הסלע שבו נמצאו. עיקרון זה נשען על ממצאיו של ויליאם סמית והתפתח בנפרד מתורת האבולוציה. השימוש בעיקרון זה הופך למורכב כשמדובר ברצועות זמן צרות, מכיוון שחלק מהיצורים שהתאבנו חיו במשך זמן רב ולפיכך, הם עשויים להימצא במספר שכבות, או להיעדר כליל מאזורים שבהם התרחשו שינויים בסביבת המחיה שגרמו להכחדתם באותו אזור.
• עקרון התכלילים והמרכיבים – עיקרון זה דן בסלעי משקע קלאסטיים וגורס לכך כי המרכיבים של סלעים קלאסטיים קדומים יותר מהסלעים עצמם. עיקרון זה חל גם על קסנוליתים שמוקדמים מהסלעים המכילים אותם.
• תתי תחומים

התפרצות הר הגעש סנט הלנס

גאולוגיה אינה מדע תאורטי בלבד, אלא יש לה יישומים רבים כחיפוש ופיתוח מקורות מים, חיפושי נפט ומינרלים והיא מסייעת גם בתכנון מבנים וערים. גאולוגיה פועלת בשלושה מישורים, אשר כל תחומי הגאולוגיה עוסקים בשילובם של מישורים אלה:

• מישור הזמן – על מישור זה נמצאות התקופות הגאולוגיות השונות, חקר המאובנים המאפיינים אותן וסדר היווצרותם של סלעים
• מישור החומר – על מישור זה נמצאים מבנה כדור הארץ והחומרים המצויים בו: מינרלים, סלעים וקרקעות
• מישור השינוי – על מישור זה נמצאים תהליכים החלים בכל חלקי כדור הארץ והמשפיעים על צורתם והרכבם

תחומים עיקריים

גבישים של המינרל פלואוריט

• גאולוגיה ימית – תחום זה עוסק בקרקעית האוקיינוס – חלק של קרום כדור הארץ הנמצא מתחת לאוקיינוס, עוסק בתהליכים המתרחשים בו, כגון תנועת לוחות טקטוניים ורעידות אדמה, וכן במשקעים ובסלעים המרכיבים אותו. גאולוגיה ימית משלבת גאופיזיקה, גאוכימיה ופלאונטולוגיה, על מנת לקבל תמונה שלמה של הקרקעית.
• גאודזיה – מדע העוסק במדידה של פני כדור הארץ, מיפוי והתוויה. מקורה של המילה יוונית עתיקה, ומשמעותה המילולית היא: אני מחלק את האדמה. הגאודזיה מציגה כמותית את צורתו ומידותיו של כדור הארץ, עוקבת אחרי תנועותיו ופותרת בעיות הנדסיות. הגאודזיה מספקת תיאור של כדור הארץ, מהירות תנועותיו ונתוני כוח המשיכה על גבי כדור הארץ ומחוצה לו. הגאודזיה נחלקת לשני תחומי משנה:

• גאודזיה נמוכה – עוסקת במיפוי פרטני של שטח קטן או בהתוויה של נקודות בשטח לצורך בנייה
• גאודזיה גבוהה – עוסקת במיפוי של שטחים גדולים בעזרת שיטות מתקדמות, כגון פוטוגרמטריה וחישה מרחוק, וכוללת גם את הגאודזיה הלווינית

• גאוכימיה – תחום המשותף לגאולוגיה ולכימיה העוסק במחקר ההרכב הכימי של כדור הארץ ושל גופים אחרים במערכת השמש, תגובות ותהליכים כימיים המשפיעים על הרכבם של סלעים וקרקעות וגלגולי אנרגיה וחומר.
• גאוכרונולוגיה – תחום העוסק בגילו של כדור הארץ ובגילן של שכבות הסלעים שעל פניו. גאוכרונולוגיה משתמשת בלוח הזמנים הגאולוגי על מנת לקבוע את תקופת היווצרותם של סלעים, תוך שימוש בשיטות תיארוך שונות:

• שיטת המאובנים – מחקר השוואתי של מאובנים של בעלי חיים וצמחים שהשתמרו בסלע המאפשר לקבוע את גילו היחסי. לדוגמה, הסלע שיכיל מאובנים פרימיטיביים יהיה קדום לסלע שיכיל מאובנים של בעלי חיים וצמחים מתקדמים. המדע עושה שימוש בעקרונות הסטרטיגרפיה ובמאובנים מנחים.
• תיארוך רדיומטרי – מבוסס על קיומם של איזוטופים בלתי יציבים המתפרקים בצורה ספונטנית ליסודות אחרים תוך שחרור אנרגיה.
• תיארוך באמצעות טבעות עצים – גזעי עצים גדלים מן המרכז והחוצה בטבעות. עובי הטבעת משתנה בהתאם לתנאי האקלים. ספירת הטבעות מעידה על הגיל.
• קביעת גיל הסלע בעזרת פלאומגנטיזם – בעזרת התכונות המגנטיות ש"התאבנו" בסלע. בסלעים מסוימים ישנם מינרלים ברזליים המצביעים לכיוון צפון בדומה למצפן. מסתבר שהיו תקופות בהם הצפון היה דווקא בדרום, כלומר תקופות בהם המצפן היה מצביע דרומה. בסלעים מסוימים אכן המינרלים מצביעים דרומה וזה עוזר בתיארוך הסלע לאותן התקופות.
• קביעת גיל הסלע בעזרת משקעים אגמיים (ורוות). בתחתית כל אגם מצטברים משקעים: בעונה גשומה יהיה צבעם כהה בגלל סחף ובעונה יבשה יהיה צבע המשקעים בהיר. כשהאגם נעלם נשארות רק אותן שכבות דקות של משקעים אותן ניתן לספור: שכבה בהירה + שכבה כהה = שנה אחת. גאולוגים ישראלים השתמשו בשיטה זו כדי לחשב את גילה של ימת הלשון – אגם קדום שהשתרע בין הכנרת לבין חצבה שבערבה וים המלח הוא שריד שלו.

• גאוארכאולוגיה – תחום משותף לגאולוגיה ולארכאולוגיה אשר חוקר אתרים ארכאולוגיים בשיטות גאולוגיות. מטרות המחקר הן הגדרת גילם של אתרים ארכאולוגיים בעזרת קביעת גילן של תצורות, סלעים וקרקעות של אתרים אלה, כמו גם קביעה של מהות התהליכים הגאולוגיים שהתרחשו בהם בעבר, כגון, יצירת קרקע ושינוי האדמה והמסלע עקב פעילות האדם (כגון, בעירה). לעיתים, השימוש בשיטות אלה מאפשר להתחקות אחר רעידות אדמה או התפרצויות געשיות באתר הארכאולוגי.
• גאולוגיה היסטורית – תחום זה עוסק בהיסטוריה של כדור הארץ מאז היווצרותו ובשלבים השונים של התהוותו. המחקר ההיסטורי של כדור הארץ עושה שימוש בתחומים גאולוגיים שונים, בעיקר: סטרטיגרפיה, גאוכרונולוגיה, טקטוניקה ופלאונטולוגיה, על מנת לבנות רצף של אירועים בעברו של כדור הארץ.
• גאולוגיה הנדסית – יישום של הגאולוגיה המסייע לקבוע את תכונותיו הגאולוגיות של אזור שבו מתוכננות להתבצע עבודות הנדסיות לצורך בנייה של סכרים וגשרים, וכדי לתת מענה לבעיות המתעוררות במהלך העבודה ההנדסית.
• גאולוגיה כלכלית – העולם המודרני צורך כמויות גדולות של אנרגיה המופקת בעיקר מנפט ופחם. מקורות האנרגיה יחד עם חומרים מסחריים אחרים – נכרים או נשאבים מקרום כדור הארץ. תפקידם של הגאולוגים בענף זה הוא לאתר את מרבצי החומרים, לאמוד את כמותם, ולסייע בתכנון של שאיבתם וכרייתם.
• גאולוגיה כללית – ענף יסוד בגאולוגיה הנעזר בתחומי המחקר הגאולוגיים האחרים לצורך חיפוש מי-תהום ומחצבים שונים והפקתם. בתחום זה נעשה שימוש בסקרים גאולוגיים המפרטים את מבנה קרום כדור הארץ באזורים הנחקרים.
• גאולוגיה מבנית – תחום העוסק ביחסי המבנה הגאומטריים בין סלעים ותצורות גאולוגיות בקנה מידה רחב – מפגמים מיקרוסקופיים בגבישים ועד רכסי הרים והגבול בין לוחות טקטוניים, כגון, סדקים בסלעים והעתקים בין לוחות.
• גאולוגיה פלנטרית – עוסקת בגאולוגיה של גופים במערכת השמש: כוכבי לכת, ירחים וגופים קטנים יותר כאסטרואידים, מחקר התורם להבנה של התפתחות כדור הארץ בתוך מערכת השמש.
• גאולוגיה קרחונית – תחום זה הוא אמנם ענף בגאומורפולוגיה, אך הוא מקיף ורחב דיו בכדי להוות שטח מחקר עצמאי, העוסק בשני תחומים עיקריים:

• תכונותיהם של קרחונים והקשר ההדדי בינם לבין תופעות אקלימיות, תוך יצירת מרחב מחקר משותף לגאולוגיה וקלימטולוגיה – שני תחומים מרכזיים במדעי כדור הארץ.
• השפעתם של קרחונים על עיצוב הסביבה בתהליכים של בליה והובלת משקעים.

• גאומורפולוגיה – עוסקת בתהליכים המעצבים את נוף כדור הארץ, כמו, בליה, סחיפה, סחף, קרסט ושחיקה. דוגמאות לתוצרים של תהליכים אלה הם הרים, עמקים, מכתשים, לגונות, נהרות ודלתות.
• גאומכניקה – תחום זה עוסק בתכונות המכניות של קרקעות וסלעים כגון: חוזק, גמישות, ויכולת ספיגת מים.
• גאופיזיקה – עוסקת בתכונות הפיזיקליות של כדור הארץ: מבנה כדור הארץ – באמצעות גלים סייסמיים ניתן ללמוד על מבנה כדור הארץ, על חלקיו השונים וצפיפותם ועל תחומי אי רציפות ביניהם, תכונות פיזיקליות – למשל הכבידה וחקר השדה המגנטי של כדור הארץ והיפוך קטביות, תהליכים – דוגמת זרמי הערבול, טקטוניקה ורעידות אדמה,ולנולוגיה – מחקר של תופעות געשיות כגייזרים ומעיינות חמים, וחקר הרי געש, הכולל איסוף דגימות של חומרים פירוקלסטיים וניסיונות לחיזוי התפרצויות געשיות.
• טקטוניקה – תחום זה עוסק בגופים בקנה מידה גדול: יבשות ולוחות טקטוניים, ובתופעות הנובעות מתזוזתם כרכסים מרכז אוקייניים והעתקים
• מינרלוגיה – עוסקת בזיהוי וסיווג מינרלים על פי הרכבם הכימי, המבנה הגבישי שלהם ומאפיינים פיזיקליים ואופטייםשונים. במינרלוגיה שני תחומי משנה עיקריים: קריסטלוגרפיה – תחום העוסק בקביעת סידור האטומים במוצקים, אשר על פי ההגדרה הקודמת שלו עסק במחקר המדעי של גבישים, ןגמולוגיה – מחקר אבני חן שברובן הגדול הן מינרלים אך יש בהן גם חומרים אורגניים וסינתטיים.
• סדימנטולוגיה – חקר סלעי משקע מסביבות היווצרות שונות:

• סביבה יבשתית – ביצות, נחלים ואגמים
• סביבה חופית – לאורך חופי הים
• סביבה ימית – אזורים שונים של קרקעית ים או אוקיינוס
• סביבה אוופוריטית – סביבה של התאדות-יתר המתקיימת בלגונות ימיות ובאגמים יבשתיים

• סטרטיגרפיה – עוסקת בתיאור רציפותן של שכבות סלע ומועד היווצרותן לפי לוח הזמנים הגאולוגי. בסטרטיגרפיה מתקיימת הבחנה במיון השכבות לפי אמות מידה שונות:

• מיון ליתוסטרטיגרפי – מיון לפי סוגי הסלעים המרכיבים את השכבה, במטרה למיין את הסלעים לפי קבוצות בעלות משמעות כחבורות ותצורות
• מיון ביוסטרטיגרפי – מיון לפי המאובנים שנמצאו בשכבות השונות, במטרה למצוא את לוח הזמנים שלפיו נוצרו השכבות, כאשר המאובנים שנמצאו בשכבה משמשים כמנחים להגדרת השכבות

• סייסמולוגיה – חקר רעידות אדמה, השלכותיהן על גלי צונאמי ומקורותיהן, כמו גורמים געשיים, טקטוניים, אוקייניים, אטמוספיריים ומעשה ידי אדם.
• ספלאולוגיה – חקר מערות ותופעות קרסטיות, יות ובחינת היבטים שונים שלהן מהבחינה הגאולוגית, הכימית, הביולוגית וההיסטורית.
• פדולוגיה – חקר קרקעות בסביבתן הטבעית, הבנת תהליכי היווצרותן והבנת הקשר בינן ובין גורמים אחרים, כמו הסלעים עליהן נוצרו והאקלים השורר באזור הימצאותן.
• פטרולוגיה – תחום העוסק בהיווצרות ובסיווג סלעים, מבנם, הרכבם, מרקמם, תפוצתם, מיונם והתהליכים הכימיים והגאולוגים שהביאו להיווצרותם. קיימים שלושה ענפים של פטרולוגיה בהתאם לסוגי הסלעים: סלעי יסוד, סלעי משקע, וסלעים מותמרים. תחום משנה של פטרולוגיה נקרא פֶּטרוֹגרַפיָה, והוא עוסק במיון שיטתי והגדרה מדויקת של סלעים באמצעות בדיקה מיקרוסקופית באור מקוטב של פרוסת סלע בעובי של כ-0.03 מ"מ הקרויה שקף. השקף מתקבל מניסור הסלע, ליטושו והדבקת הפרוסה על גבי זכוכית.
• פלאונטולוגיה – ענף החוקר שרידים או עקבות של בעלי חיים, צמחים וחומרים אורגניים שהשתמרו כמאובנים הכוללים בדרך כלל עצמות, שיניים, קרניים וטביעה של רקמות בעלי חיים וצמחים בסלעים. חשיבותם של המאובנים רבה והם משמשים לתיארוך יחסי ולקביעת תנאי הסביבה הקדומה של השכבה בה נמצאו.

גאולוגיה של ישראל

ערך מורחב – גאולוגיה של ישראל

בישראל מתקיים מגוון רב של תופעות גאולוגיות ייחודיות וההיסטוריה שלה עשירה בפעילות טקטונית וגעשית.

תקופת הפרקמבריון

פעילויות מגמטיות וטקטוניות מרובות יצרו את סלעי התשתית של ישראל. שלאחר מכן עברו תהליכי בליה וסחיפה ויצרו מישור המכונה פנה פליין. הפנה פליין כיום חשוף בדרום ישראל באזור הרי אילת. מחזורים של עלית וירידת גובה פני הים היחסי השקיעו בישראל סלעי משקע רבים בליווי בליה וסחיפה של חלקם.

סוף הטורון ועד הנאוגן

הלוח האפריקאי החל להתנגש בלאוראסיה ליצירת האורוגן האלפיני, בישראל משטר המאמצים יצר קמטים.

בקע ים המלח

ערך מורחב – בקע ים המלח

כאשר בקע ים המלח החל לפעול, הקמטים המזרחיים החלו לנוע צפונה וכך נוצרה הקשת הסורית שמאופיינת את האנטיקלינות והסינקלינות בנגב שעל חלקן התפתחו מכתשים אירוזיביים, הרי יהודה והר החרמון. יחד עם בקע ים המלח נוצרו גם אגם החולה, ים הכנרת, נהר הירדן, בקעת הירדן, ים המלח ומפרץ אילת.

ישראל נמצאת באזור פעיל מבחינה גאולוגית, בעיקר בשל הימצאותה באזור מפגש של שלושה לוחות טקטוניים – הלוח האירואסייתי, הלוח הערבי והלוח האפריקאי. ישראל נמצאת בחלק של הלוח האפריקאי – הלוח הלבנטיני, שבינו ובין הלוח הערבי נוצר בקע ים המלח. בתחומו של בקע זה נמצאים בקעת הירדן, הערבה ובקעת תמנע, העשירה במרבצי נחושת ירוקים ומהווה "חלון גאולוגי" שבו נחשף מגוון של סלעים מתקופות גאולוגיות שונות. הבקעה נמצאת בקצה הצפוני של השילד הערבו-נובי, מצפון להרי אילת.

תוואי גאולוגי מיוחד נוסף הוא מצוק ההעתקים, שחלקו המערבי נמצא בשטח מדינת ישראל וחלקו המזרחי בשטח ירדן, ואשר נוצר מתנועה טקטונית במסגרת בקע הירדן. פעילויות טקטוניות כאלה גרמו לרעידות אדמה רבות, שהקשות שבהן היו רעש שביעית שאירע באמצע המאה השמינית לספירה, ורעידת האדמה בצפת בשנת 1837 שהחריבה את צפת וסביבותיה והותירה אלפי הרוגים.

הקשת הסורית

ערך מורחב – הקשת הסורית

מבנה גאולוגי שישראל מהווה חלק ממנו הוא הקשת הסורית (או "קשת הקמטים הסורית" – Syrian arc deformation belt), שהיא מערכת קמטים העוברת ממצרים ומדבר סיני דרך שדרת ההר בישראל עד לאזור תדמור (פלמירה) שבסוריה. למעשה מורכבת הקשת הסורית משתי קשתות מתמשכות והפוכות זו לזו היוצרות צורת S: קשת דרומית ממצרים עד לצפון ישראל, וקשת צפונית מרמת הגולן עד תדמור שבסוריה. הקשת היא תוצאת לוואי של סגירת אוקיינוס טתיס הקדום, שלוותה בהתנגשות בין הלוח הקדום אפריקה-ערב מדרום והיבשת הקדומה לאוראסיה מצפון.

בקטע הצפוני של הקשת הסורית נמצא קו התלים הישראלי, שהוא רצף של הרי געש כבויים ברמת הגולן, מהר רם בצפון ועד לתל סאקי בדרום. ממזרח, ובמקביל לקו התלים הישראלי, משתרע רצף דומה של הרי געש, המכונה קו התלים הסורי. קווי התלים נבנו מלבה שפרצה מסדקי-משנה שנוצרו בעקבות הבקע הסורי-אפריקני. ביטוי נוסף של הקשת הוא הקמרים בהם נוצרו המכתשים בנגב כתוצאה מסחיפה.

הכרמל והגליל

פעילות טקטונית וגעשית לא התרחשה רק לאורך בקע ים המלח אלא גם באזורים אחרים. אזור הכרמל היה פעיל מאוד בשני התחומים, ועד היום ניכרים בו סימנים לכך בהרי הגעש הקדומים בכרם מהר"ל, בהר אלון ובשפיה, ובהעתק החוצה את העיר חיפה ועובר סמוך לאזור התעשייה בעמק זבולון. גם בגליל התחתון קיימות עדויות לפעילות טקטונית וגעשית. הגליל התחתון מורכב ממערכת של הורסטים וגראבנים, לדוגמה והר תבור שהוא הורסט – גוש שהורם מעל סביבתו עקב פעילות טקטונית. בגליל קיימות מספר רמות המכוסות בזלת המעידות על פעילות געשית ממערב לבקע הסורי-אפריקאי, כדוגמת רמת כורזים, רמת דלתון, אזור יבנאל, רמת יששכר ועוד. כמו כן ניתן למצוא באזור מספר הרי הגעש כבויים כמו הר דלתון וקרני חיטין.

השפעות ימיות

חדירות ימיות יצרו בארץ מגוון תופעות גאולוגיות מיוחדות:

• לשון ים שחדרה מהים התיכון בסוף תקופת הפלאוקן (לפני כ-60 מיליון שנים), כיסתה את עמק יזרעאל ואת הבקעה, והשקיעה מלח, גיר וגבס בכמות גדולה. בשלב מאוחר יותר, עקב פעילות געשית בגולן, בגליל ובעמק יזרעאל, נקטע הקשר אל הים ונותר אגם עובדיה, שמימיו היו מתוקים. האקלים השתנה והפך לח יותר, ועקב כך נוצר אגם מלוח גדול שהשתרע מהכנרת של ימינו עד לחצבה – ימת הלשון. לפני כ-15,000 שנה הצטמקה ימת הלשון והותירה שני שרידים, את אגם הכנרת ואת ים המלח.
• המכתשים בנגב הם תופעה גאולוגית נדירה של היווצרות מכתשים אירוזיים, שנוצרו בתהליך ממושך של השקעה, קימוט ובליה. בארץ נמצאים חמישה מתוך שבעה מכתשים אירוזיים הקיימים בעולם כולו.

לא רק הצפות יצרו תוואים מעניינים, אלא גם התייבשות. האירוע המסיני, שבמהלכו נסגר מצר גיברלטר לזרימת מים, גרם לייבוש הים התיכון כמעט לחלוטין. האירוע התרחש כאשר הלוח האפריקאי התקרב ללוח האירו-אסיאתי כחלק מתהליכים טקטוניים שהתרחשו במהלך עשרות מיליוני שנים. בתקופה זו השיג קניון באר שבע-עזה, שהחל להיווצר מעט קודם לכן, את שיא עומקו.

ראו גם

עיינו גם בפורטל פורטל הגאולוגיה הוא שער לכל הנושאים ותחומי המשנה העוסקים בגאולוגיה. הפורטל מציג נושאים חשובים במבנה כדור הארץ, בחקר ההיסטוריה שלו (מאובנים וסולם הזמן הגאולוגי), בתהליכים המתרחשים בקרום כדור הארץ (רעידות אדמה, הרי געש ותנועת הלוחות), וכן במרכיביו השונים (מינרלים, סלעים וקרקעות).

• לוח הזמנים הגאולוגי
• גאולוגיה - מונחים
• נדידת היבשות
• רעידת אדמה
• כדור הארץ
• מינרל
• סלע
• אוקיינוגרפיה

לקריאה נוספת

• יהושע קולודני, 13 שיחות על גיאולוגיה, אוניברסיטה משודרת, 2012.
• עמנואל מזור וג. ה. הרבאו, סולם הזמן הגאולוגי, תל אביב: האוניברסיטה הפתוחה, 1978
• יוסי מרט, זמן עמוק וגאולוגיה דינמית, אוניברסיטה משודרת, 1990
• יעקב בן-תור, לוחות הגדרה למינרלים יוצרי סלעים, ירושלים: מאגנס, 1973
• מ' סברדמיש וא' משיח, אבני חן, מדע אבנים יקרות, 1995
• עמנואל מזור ונחמה שפרן (עורכים), נדבכים בגיאולוגיה של ישראל, האוניברסיטה הפתוחה, 1987
• עמנואל מזור, גיאולוגיה – עולם של תצפיות ומסקנות, אוניברסיטה משודרת – גלי צה"ל, 1980
• עמנואל מזור, טבע ומורשת כבסיס לתכנון הארץ במאה ה-21, אוניברסיטה משודרת – גלי צה"ל, 2002
• עמנואל מזור, מי התהום והאדם, אוניברסיטה משודרת – גלי צה"ל, 1976
• עמנואל מזור, גיאולוגיה בפטיש ישראלי, האוניברסיטה הפתוחה, 1994, מסת"ב 965-06-0276-3
• עקיבא פלכסר וענת ילין-דרור, כדור הארץ – חמרים, מבנה ותהליכים, ירושלים: כתר, 1995
• עקיבא פלכסר, גיאולוגיה, יסודות ותהליכים, ירושלים: אקדמון, 1992, מסת"ב 965-350-026-0
• עקיבא פלכסר, שיחות על הגיאולוגיה של ישראל, אוניברסיטה משודרת, 1989(הספר בקטלוג ULI)

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא גאולוגיה בוויקישיתוף

• המכון הגיאולוגי, ירושלים
• אתר החברה הגיאולוגית הישראלית
• מצגת של מכון ויצמן על הגאולוגיה של ישראל
• מחקרים גאולוגים באוניברסיטה העברית
• האנציקלופדיה למדעי כדור הארץ
• גאולוגיה, דף שער בספרייה הלאומית

ספרים מקוונים

• שלמה שובאל, צפונות כדור הארץ, הוצאת האוניברסיטה הפתוחה, 2007
• גאולוגיה, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)

• Erasmus Darwin, Zoonomia, (1794–1796)
• Charles Lyell, Principles of Geology, Volumes 1-3, 1830
• Charles Darwin, On THE ORIGIN OF SPECIES By Means of Natural Selection, First Edition, 1859
• Charles Darwin The Variation of Animals and Plants Under Domestication, Second Edition, Revised, 1883
• Anonymous, Vestiges of the Natural History of Creation, 1884