גאולוגיה

דוגמאות מעולם הגאולוגיה (מימין למעלה, עם סיבוב 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.

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).

הגאולוג, ציור של קארל שפיצווג משנת 1860

גֵּאוֹלוֹגְיָה (באנגלית: Geology) היא תחום מחקר השייך למדעי הטבע, ענף בתחום מדעי כדור הארץ. 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, התהליכים השותפים ליצירתו ולשינויים המתרחשים בו, והשפעתם על יצירת הנוף המגוון שאנו רואים. הגאולוגיה מורכבת מתחומי מחקר רבים ומגוונים המפרקים את כדור הארץ ותכונותיו למרכיבים השונים, מספקים הסברים לתופעות ותצפיות, ושבים ומאחדים את המידע לתמונה שלמה.

אטימולוגיה

מקור המילה גיאולוגיה הוא מיוונית עתיקה: גֵאָ (γη) שפירושה "אדמה", ולוגוס (λογία) שפירושה "תורה" – כלומר תורת האדמה.

היסטוריה

גאולוגים אומדים את גילו של כדור הארץ בכ-4.6 מיליארד שנה ופיתחו שיטות להבנת מבנהו, החומרים המרכיבים אותו ותהליכים 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, כאשר אחת מהן היא מציאתם של מאובנים דומים ביבשות המרוחקות היום זו מזו מרחק רב. תאוריות כאלו ואחרות 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 מצור

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, והתפתחו מיתולוגיות, מסורות ואמונות שונות בניסיון להסביר אותן תופעות. באירופה למשל, נתפסו הרי געש כסדנאות תת-קרקעיות של האל וולקן, המכין נשק לגיבורי מלחמה, וכי עבודתו 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 כה חזקות עד כי האיים היו נחרבים.

גם התנ"ך מכיל התייחסויות רבות לאירועים שניתן לפרש כתופעות גאולוגיות, למשל, המטרת גפרית ואש על סדום ועמורה או הפסוק: ”וַתִּגְעַשׁ וַתִּרְעַשׁ הָאָרֶץ וּמוֹסְדֵי הָרִים יִרְגָּזוּ וַיִּתְגָּעֲשׁוּ כִּי חָרָה לוֹ” – שניתן לפרש כרעידת אדמה. גם סיפורים מקראיים אחרים קיבלו "פרשנות גאולוגית", כמו קריעת ים סוף בספר שמות, בקיעת הר הזיתים ורבים אחרים.

הפילוסופים ביוון העתיקה

היסודות המדעיים של הגאולוגיה טמונים ביוון העתיקה, ששם אף נמצאו העדויות הראשונות לניסיון מעמיק למצוא ולתעד הסברים על תופעות הטבע הנצפות הקשורות בכדור הארץ, כבר החל מהמאה ה־6 לפנה"ס: פיתגורס ראה אניות מתקרבות והבחין כי את תורניהן ניתן לראות לפני הגוף, ומכך הסיק כי צורת הארץ כדורית, זאת בתקופה בה האמינו כי הארץ שטוחה; קסנופנס תיעד מאובנים שמצא בהרים וכמוהו גם הפילוסוף הנודע הרודוטוס; ואמפדוקלס 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 כשלעצמם נצחיים ובלתי משתנים – התקיימו מאז ועולם ויתקיימו לנצח, וכי כל השינויים הנראים בעולמנו הם שינויים כמותיים ולא איכותיים^{[דרושה הבהרה]}.

אריסטו פיתח מודל, בהתבססו על ארבעת היסודות של אמפדוקלס, שלפיו שולטות בעולם ארבע תכונות: חום וקור, יובש ולחות, שצירופיהן יוצרים את ארבעת היסודות: חום ויובש יוצרים את האש; חום ולחות יוצרים את האוויר; קור ויובש יוצרים את האדמה; קור ולחות יוצרים את המים. ההבדלים בין חומרים הוסברו על ידי שוני ביחסים הכמותיים שבין התכונות. תאוריה זו הסבירה, למשל, כיצד חימום של מים הופך אותם לאדים (אוויר) ומשאיר כלי ריק (אדמה). בתאוריה זו מופיעים הניצנים הראשונים למדעי הטבע – חיפוש גורם משותף למספר רב של תופעות והתבססות על תצפיות. אריסטו גם גרס כי הבנת העולם ניתנת להשגה רק באמצעות חשיבה לוגית המבוססת על מידע שנרכש באמצעות החושים, כל כמה שידע זה עשוי להיות פגום. הוא היה, ככל הנראה, הראשון לבסס תאוריה מדעית על בסיס תצפיות, למשל, לאחר שהבחין בסימנים של סחף והרבדה באדמה – הסיק שכדור הארץ משתנה ובקצב מאוד איטי, כל כך איטי שאינו ניתן להבחנה במהלך חייו של אדם אחד.

עיסוקים קדומים בגיאולוגיה היו גם בעבודתו "על אבנים" תיאר תאופרסטוס, תלמידו של אריסטו, עפרות ומינרלים רבים ממכרות מקומיים. הוא דן בסוגים שונים של שיש וחומרי בנייה אחרים, כמו אבן גיר, ועשה ניסיון ראשוני לסווג את התכונות השונות של המינרלים, כגון קשיות. כמו כן אצל חברי האטומיסטים – לוקיפוס ותלמידו דמוקריטוס – שטענו כי כל החומרים מורכבים מגופיפים, חלקי יסוד שאי-אפשר לחלקם – אטומים (ביוונית: אטומוס), ולטענתם, כל החומרים מורכבים מצירוף של אטומים שונים ביחסים משתנים, ויוצרים את תכונות החומר: קור, חום, צבע וקשיות. וכן גם במשנתו של ארטוסתנס, הספרן המפורסם מאלכסנדריה, הצליח בדיוק מפתיע לחשב את קוטר כדור הארץ על ידי שימוש בצל ובחוקי הגאומטריה.

רומא העתיקה

מאוחר יותר, בתקופת רומא העתיקה, עסק פליניוס הזקן, ביצירתו "תולדות הטבע", בדיון נרחב על מינרלים ומתכות שהיו בשימוש נפוץ. 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

חסילון מאובן

מדענים שונים, כמו היסטוריון הרפואה פילדינג ה' גאריסון (1870–1935), מחזיקים בדעה שמקורה של הגאולוגיה המודרנית בעולם 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”.

אבו א־ריחאן אל־בירוני, שהיה אחד מראשוני הגאולוגים המוסלמיים, כתב על הגאולוגיה 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 הניב תרומה משמעותית למדעי הטבע בחיבור האנציקלופדי "כיתאב אל שיפאא'" (ספר הריפוי), ובו – במאמר על מינרלוגיה ומטאורולוגיה – מופיעים 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. הבריטים – הפילוסוף סטיבן טולמין והסופרת ג'ון גודפילד – העירו בשנת 1965 על תרומתו של אבן סינא: ”כבר בשנת 1,000 לספירה הציע אבן סינא היפותזה על מקורם של רכסי הרים, שהעולם הנוצרי החשיב לקיצונית שמונה מאות שנים מאוחר יותר.”

אחד מן המדענים המעניינים בסין של ימי הביניים – היה שן קואו, 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, והיה במצב שימור טוב בשל תנאי האקלים היבש של מחוז שאאנשי.

לאונרדו דה וינצ'י התעניין בתחומי מדע רבים ועסק לא מעט בגאולוגיה, במבנה הקרקע ובחקר מאובנים, והבחין שהמאובנים הנמצאים בסלע היו פעם יצורים חיים. לתובנה דומה הגיע מעט אחריו גם ניקולאוס סטנו.

תקופת הרנסאנס

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, מתוך כוונה 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 הוולשי למד טופוגרפיה, ובמהלך לימודיו ערך תצפיות שיטתיות על הגאולוגיה של ויילס ובעיקר על שכבות אבן גיר ופחם. אף שלא יסד תאוריה גאולוגית על היווצרותן של השכבות וכתביו לא התפרסמו עד 1796, הוא זכה למוניטין רב ונחשב לאבי המחקר הגאולוגי הבריטי.

ניקולאוס סטנו

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

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 תואמות את המאורעות התנכ"יים. ואכן, התאוריה הרווחת נשענה על ספרו של ויליאם ויסטון "תאוריה חדשה של הארץ" (A New Theory Of The Earth) שהתפרסם ב־1696,‏ ובו ויסטון טוען בזכות התרחשותו של מבול על פי הראיות שמספקות הסטרטות של כדור הארץ.

המאה ה־18: התבססות כענף מדעי

המונח "גאולוגיה"

באמצע המאה ה־18 התבססה הגאולוגיה כענף מדעי. מוזיאון הטבע הלאומי הצרפתי היה הראשון לקבוע משרת הוראה לתחום זה כבר ב־1741. היה זה צעד חשוב לקראת התפתחות הגאולוגיה ובהכרת 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, ובעקבות ניסויים שערך טען שכדור הארץ אינו בן 6,000 שנה 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 דני דידרו. השימוש הראשון במושג נעשה בפרסומים מקצועיים של שני מדענים שווייצריים: הגאולוג והמטאורולוג ז'אן־אנדרה דלוק והוראס־בנדיקט דה סוסיר. שימוש מוקדם במושג "גאולוגיה" נעשה על ידי רישאר אונז'רוויל המוכר גם כ"רישאר דה בירי", על מנת להבדיל בין עקרונות תאולוגיים־רוחניים לעקרונות מדעיים־ארציים.

המחקר המדעי מול התיאור המקראי

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

עוד מאותה התקופה היה פרסומו הפילוסוף עמנואל קאנט, בשנת 1755 – "היסטוריה אוניברסלית ותאוריה של השמים" (Allgemeine Naturgeschichte und Theories des Himmels) ובו הדעה שהיווצרות כדור הארץ אינה קשורה כלל לדת או לאלוהים. כמו כן, היו המינרלוג ז'אן־אטיין גוטאר והגאולוג ניקולא דמארה שטיילו במרכז צרפת ותיעדו את תצפיותיהם במפות גאולוגיות. גוטאר תיעד גם את תצפיותיו על היסודות הגעשיים של אזור זה. עד שנות ה־70 של המאה ה־18, כבר היה חקר כדור הארץ עיסוק נפוץ, והתערערה התפישה שלפיה הסיפור המקראי הוא מקור מהימן לצורך מחקר גאולוגי. עם זאת, מדע הגאולוגיה לא נכלל באנציקלופדיה בריטניקה עד למהדורה הרביעית שיצאה לאור בשנת 1809.

העניין המתגבר בטבעו ובמקורו של כדור הארץ עורר עניין במינרלים ובמרכיבים אחרים של קרום כדור הארץ. יותר מכך, התגברות החשיבות הכלכלית של כרייה באירופה החל מאמצע המאה ה־18 וניצניה של המהפכה התעשייתית הפכה 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 מציאותן של מתכות יקרות למחצה שחשיבותן הלכה ועלתה. ככל שניתן היה למצוא ביעילות רבה יותר אדמת מכרות פורייה ולזהות עפרות המכילות מתכות, ניתן היה להפיק מכך רווח גדול יותר. דחף זה להצלחה כלכלית הזין את הגאולוגיה והציב אותה במרכז ההתעניינות, והפך אותה לנושא נחשק. עם גדילת מספר האנשים שבחרו ללמוד אותה, 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", אשר הביא לו הכרה נרחבת מאחר שהציג 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 "קטסטרופיסטים" – שהגנו על התפיסה לפיה שינויים גאולוגיים התרחשו באירועים קטסטרופיים בממדים עצומים כמו המבול, ולא בהשתנות 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" (Theory of the Earth), אותו הגיש ל"אגודה המלכותית של אדינבורו" בשנת 1788. ההנחה שנמצאה ביסוד השקפתו כי התהליכים המעצבים את פני כדור הארץ הם איטיים ואחידים (אוניפורמיים) הובילה אותו לנסח את עקרון האחידות. לפי האטון, הרים נוצרו באיטיות על ידי התכה איטית של חומר במעמקי האדמה כתוצאה מהלחץ העצום של מי הים, נשחקו והורבדו כסלעי משקע במעמקי הים וסלעים אלה התרוממו והפכו לאדמה יבשה, שנסחפת לים וחוזר חלילה – תאוריה זו, כמובן, אינה מקובלת היום. תהליך זה, לדבריו, נמשך כל העת ואורך זמן רב ביותר. לכן, כך האמין, כדור הארץ הוא עתיק מאוד – "בלי סימן של ראשית ובלי סימן של אחרית" – כלשונו, ובוודאי שאינו בן 6,000 שנה כפי שנטען התנ"ך. תאוריה זו תאמה את השקפתו הדתית הדאיסיטית, לפיה העולם הוא מכונה מושלמת שנוצרה על ידי האל. ההשקפה הדאיסטית הייתה פופולרית בתקופתו ושימשה אלטרנטיבה לפירוש מילולי של כתבי הקודש.

בהכללה, אם כן, בסוף המאה ה־18 ובתחילת המאה ה־19 היו שתי תפיסות מנוגדות. אחת, המזוהה עם ורנר ואחרים, האמינה שכדור הארץ צעיר, ובקטסטרופות ובמים כמחוללי השינוי העיקרי. תפיסה זו נטתה לפירוש מילולי של התנ"ך. התפיסה השנייה, המזוהה עם האטון ואחרים, האמינה שכדור הארץ עתיק, בשינוי איטי ואחיד, ובחום ובלחץ כמחוללי השינוי העיקריים. תפיסה זו עלתה בקנה אחד עם השקפה דתית דאיסטית. בוויכוח בין שתי הגישות הייתה ידם של ה"פלוטוניסטים", חסידיו של האטון, על העליונה. הם האמינו כי סלעים נוצרים בתהליכים געשיים מהשקעה של לבה הפורצת מהרי געש, והצליחו להסביר הימצאותם של סלעים מותכים כגון בזלת טוב יותר מה"נפטוניסטים" – חסידיו של ורנר – שהתקשו להסביר כיצד היו יכולים להיווצר סלעים כאלה בכח המים והרוח בלבד. עבודתו של האטון ערערה על התאוריות המקובלות אז על גילו הצעיר של הארץ. ערעור זה סימן נקודת מפנה במחקר של כדור הארץ. חיזוק נוסף נגד הקטסטרופיסטים היה הספר "עקרונות הגאולוגיה" (Principles of Geology) שפרסם הגאולוג הסקוטי צ'ארלס לייל ב־1830 וזכה להצלחה. בספר זה הציג לייל הוכחות משכנעות מרחבי אירופה לתאוריות של האטון, ואת עקרון האחידות סיכם לייל בביטוי: "ההווה הוא המפתח לעבר".

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

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 – 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, באמצעותם קבע גיל יחסי לשכבות הסלע. על פי גודלם וסוגם של המאובנים, הגדיר סמית 3 עידנים גאולוגיים חשובים: 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 שההבדלים ביניהם תרמו להבנתו של דרווין את הברירה הטבעית

"עקרונות הגאולוגיה" של לייל היה בן לוויה במסעותיו של חוקר הטבע והגאולוג צ'ארלס דרווין. דרווין עצמו ערך תצפיות שקיבלו אישור מ"עקרון האחידות". בשנת 1858, הציעו צ'ארלס דרווין ואלפרד ראסל וולאס את תורת האבולוציה המונעת במנגנון הברירה הטבעית לחברה הלינאית של לונדון, אשר בעקבותיה פרסם דרווין את ספריו "מוצא המינים" ו"מוצא האדם". הוא הניח כי האדם אינו נזר הבריאה^{[דרושה הבהרה]}, אלא חוליה אחת ברצף התפתחות של עולם החי והצומח, המתרחשת מתוך ברירה טבעית בעולם שאינו קבוע אלא משתנה בהתמדה במשך מיליוני שנים. צ'ארלס דרווין – שהיה ביסודו גאולוג – נטל עמו פטיש גאולוגי במסעותיו והסביר בצורה סבירה תופעות של התהוות הרים, רעידות אדמה ושוניות אלמוגים. התאוריה שלו על אבולוציה של מינים 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, הפילוסוף הרומאי לוקרטיוס, 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 הבולטים בהם היו 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 משנת 1791 "הגנים הבוטניים" (Botanic Gardens) כתב על החיים שנוצרו בים והתפתחו בהדרגה. ספרו המוכר והחשוב ביותר של ארסמוס דרווין נקרא "זונומיה, חוקי החיים האורגניים" (Zoonomia, the Laws of Organic Life) והוא יצא לאור בשני כרכים (ב־1792 וב־1796), העוסקים במחקר רפואי שערך. ארסמוס טען כי מיליוני שנים לפני שנוצר המין האנושי נוצרו כל בעלי החיים מיצור חד־תאי שממנו התפתחו איברים נוספים. במקום אחר כתב כי כל הצמחייה ובעלי החיים הקיימים היום נוצרו באופן ספונטני מצורות חיים מיקרוסקופיות שחיו באוקיינוס. כשהיה בן 18 קרא צ'ארלס דרווין את "זוּנומיה", ואף שניסה להתכחש לספרו של סבו כאשר ספג ביקורות קשות על דעותיו, למרבית כתביו של צ'ארלס דרווין יש מקבילות בכתביו של הסב ארסמוס.

המאה ה־20: גילוי נדידת היבשות

פיזור מאובנים ביבשות השונות

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. תיארוך רדיומטרי קבע את גילם של מינרלים וסלעים – מידע הנחוץ לקביעת גיל הארץ, ובמחצית 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.

בידיעת סדר השכבות הנכון טמונה תועלת כלכלית. אחד הראשונים שגילה זאת היה האנס מרנסקי, גאולוג דרום אפריקאי. למרנסקי – שעסק בגילוי מחצבים – נודע על מחשוף המכיל פלטינה בריכוז בעל ערך כלכלי. הוא חישב מחשופים ידועים של אותה יחידה סטרטיגרפית, בחר את הרחוק בהם – 40 ק"מ מן הראשונה – וגילה גם בו בצר פלטינה. 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 – 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", אך עברו כמעט חמישים שנה עד שרעיונותיו של וגנר התקבלו בעולם המדע.

בשנת 1960 נמצאו ההוכחות שתמכו בתאוריית נדידת היבשות, והיא התחלפה בתפישת הלוחות הטקטוניים שנשענה על מידע מוצק. עד לסופו של אותו עשור כבר נתמכה תאוריה זו על ידי מרבית הגאולוגים. עדויות אלו הציגו תנועה צידית של יבשות והוכיחה כי הקרום האוקייני צעיר מן הקרום היבשתי. עדויות אלו גם תמכו 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 חדש. התרחשות כזו ניתן לראות ברכס המרכז־אטלנטי, שבאחת מן הפסגות הבולטות שלו נמצא האי האיסלנדי. תאוריה נוספת שנתמכה באותן עדויות היא הפלאומגנטיזם, שהוצעה על ידי הגאופיזיקאי הבריטי סטנלי קית רנקורן והצביעה 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. בשנת 1969, עם נחיתתו של האדם הראשון על הירח, נולד תחום גאולוגי חדש: גאולוגיה פלנטרית. חקר הגאולוגיה של הירח היה משימתו הראשונה של תחום זה, ומדענים כיוג'ין שומייקר נטלו אותו בלילה אחד מידיהם של האסטרונאוטים. 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 סלע 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 אך נכון מספיק, להוציא שיכוב 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 השכבה העליונה צעירה משכבת הסלע 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 – מכמה מטרים למאות קילומטרים, תלוי בתנאי ההשקעה. כתוצאה מכך, סלעים דומים זה לזה – שכעת מופרדים באמצעות עמק או הר – יכולים 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 והם עשויים, לפיכך, 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 כי המרכיבים של סלעים קלאסטיים קדומים 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 נמצאים 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 קרום כדור הארץ הנמצא מתחת לאוקיינוס, 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 יווני 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 הארץ ומחוצה לה. 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 – המדע 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 מאפשר לקבוע את גילו היחסי – למשל, הסלע שיכיל מאובנים פרימיטיביים יהיה קדום לסלע שיכיל מאובנים של בעלי חיים וצמחים מתקדמים. כאן עושים שימוש בעקרונות הסטרטיגרפיה ומשתמשים במאובנים 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 – כלומר בעזרת התכונות המגנטיות ש"התאבנו" בסלע. בסלעים מסוימים ישנם מינרלים ברזליים שמצביעים 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 בתארוך 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 להגדיר את גילם של אתרים ארכאולוגיים בעזרת קביעת גילן של תצורות, סלעים וקרקעות באותם אתרים, כמו גם לקבוע איזה תהליכים גאולוגיים התרחשו באתר בעבר, כגון יצירת קרקע ושינוי האדמה והמסלע עקב פעילות האדם (למשל, על ידי בעירה). לעיתים ניתן להתחקות אחר רעידות אדמה או התפרצויות געשיות באתר הארכאולוגי בשיטות אלה.
• 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, למשל של סכרים וגשרים, ולתת מענה לבעיות המתעוררות במהלך העבודה.
• גאולוגיה כלכלית – העולם המודרני צורך כמויות גדולות של אנרגיה המופקת בעיקר מנפט ופחם. אלה – 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 שאיבה וכרייה שלהם.
• 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 וגבול בין לוחות טקטוניים, כמו למשל סדקים בסלעים והעתקים בין לוחות.
• גאולוגיה פלנטרית – עוסקת בגאולוגיה של גופים במערכת השמש: כוכבי לכת, ירחים ואף גופים 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 מספיק כדי להוות שטח מחקר עצמאי, העוסק בשני תחומים עיקריים:

• תכונותיהם של קרחונים והקשר ההדדי בינם לבין תופעות אקלימיות, תוך יצירת מרחב מחקר משותף לגאולוגיה ולקלימטולוגיה – 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 למשל 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 – כמו למשל הכבידה וחקר השדה המגנטי של כדור הארץ והיפוך קטביו
• תהליכים – דוגמת זרמי הערבול, טקטוניקה ורעידות אדמה

• וולקנולוגיה – 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 ואופטיים. במינרלוגיה שני תחומי משנה עיקריים:

• קריסטלוגרפיה – תחום העוסק בקביעת סידור האטומים במוצקים, אשר על פי ההגדרה הקודמת שלו עסק במחקר המדעי של גבישים
• גמולוגיה – 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 (lithostratigraphy) – מיון לפי סוגי הסלעים המרכיבים את השכבה, במטרה למיין את הסלעים לפי קבוצות בעלות משמעות כחבורות ותצורות
• מיון ביוסטרטיגרפי (biostratigraphy) – מיון לפי המאובנים שנמצאו בשכבות, 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 למשל גורמים געשיים, טקטוניים, אוקייניים, אטמוספיריים ומעשי ידי אדם
• ספלאולוגיה – חקר מערות ותופעות קרסטיות 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 לשלושת סוגי 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 (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.

1. בתקופת 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.
2. מחזורים של עלית וירידת גובה פני הים היחסי השקיעו בישראל סלעי משקע רבים בליווי בליה וסחיפה של חלקם.
3. מסוף הטורון ועד הנאוגן כאשר הלוח האפריקאי החל להתנגש בלאוראסיה ליצירת האורוגן האלפיני, בישראל משטר המאמצים יצר קמטים.
4. כאשר בקע ים המלח החל לפעול הקמטים המזרחיים החלו לנוע צפונה וכך נוצרה הקשת הסורית שכיום מאופיינת את האנטיקלינות והסינקלינות בנגב (על חלקן התפתחו מכתשים אירוזיביים), את הרי יהודה ואת הר החרמון. בנוסף עם בקע ים המלח נוצרו גם אגם החולה, ים הכנרת, נהר הירדן, בקעת הירדן, ים המלח ומפרץ אילת

בקע ים המלח

ערך מורחב – בקע ים המלח

ישראל נמצאת באזור פעיל מבחינה גאולוגית, בעיקר בשל הימצאותה באזור מפגש של שלושה לוחות טקטוניים – הלוח האירואסייתי, הלוח הערבי והלוח האפריקאי. למעשה נמצאת ישראל 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 בסוריה. 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, שנוצרה 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 הגיע קניון באר שבע-עזה, שהחל להיווצר מעט קודם לכן, לשיא עומקו.

ראו גם

• 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

• 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