La geologia è la scienza il cui principale oggetto di studio è la Terra , in particolare la litosfera . Grande disciplina delle scienze della Terra , si basa prima di tutto sull'osservazione, poi stabilisce ipotesi per spiegare la disposizione delle rocce e delle strutture che le interessano al fine di ricostruirne la storia e i processi coinvolti.Il termine "geologia" designa anche tutte le caratteristiche geologiche di una regione, e si estende allo studio delle stelle .
Geologia moderna prende forma dal XVII ° secolo, il desiderio di capire la struttura della Terra e una serie di meccanismi che stanno dietro i fenomeni naturali. L'evoluzione delle teorie della geologia è strettamente legata all'evoluzione delle teorie della cosmologia e della biologia , ma anche un tecniche e strumenti sempre avanzando usato dalla fine del XIX ° secolo. Il XX ° secolo è il secolo della creazione di maggiori teorie che regolano geologia moderna, con il modello di sviluppo della tettonica a placche negli anni 1960 , ma ha anche migliorato tecniche di osservazione, che permettono molti progressi, e lo sviluppo dell'applicazione della geologia nella campi dell'economia e dell'industria .
La geologia è una scienza che comprende molte specialità e fa appello a conoscenze provenienti da vari campi scientifici, come la biologia , la fisica (meccanica dei fluidi, petrolchimica, ecc.) , la chimica , la scienza dei materiali , la cosmologia , la climatologia , l' idrologia ... I metodi di studio e le conoscenze geologiche si applicano in molti campi sociali, economici e industriali, come lo sfruttamento delle materie prime , l'ingegneria civile , la gestione delle risorse idriche, la gestione dell'acqua , l' ambiente o la prevenzione dei rischi naturali .
Il termine geologia deriva dal greco antico : γῆ (gễ, "terra") e λογία (logía, "studio").
La petrografia si riferisce allo studio descrittivo delle rocce. A seconda del tipo di roccia studiata, si parla di “petrografia magmatica ”, “petrografia sedimentaria ” o “petrografia metamorfica ”. Uno studio petrografico consiste nel descrivere le diverse caratteristiche di una roccia (tessitura, assemblaggio mineralogico, porosità, ecc.) attraverso osservazioni dirette, sia macroscopiche che microscopiche, e l'acquisizione di dati sottoponendo i campioni a diversi metodi di analisi ( diffrattometria a raggi X , microsonda …).
Se la petrografia cerca solo di descrivere le rocce, la petrologia è la disciplina il cui obiettivo è determinare i meccanismi di formazione ed evoluzione di una roccia. Uno studio petrologico è sperimentale e cerca di modellare le condizioni per la formazione e l'evoluzione di una roccia nel corso della sua storia, sulla base dei dati provenienti da varie analisi (petrografiche, chimiche, ecc.). Viene fatta una distinzione tra petrologia esogena, che si occupa dei processi di formazione delle rocce sedimentarie sulla superficie terrestre, e petrologia endogena, che si concentra sui processi di formazione delle rocce magmatiche e dei processi metamorfici all'interno della litosfera.
MineralogiaUn ramo associato sia alla chimica che alla geologia, la mineralogia si riferisce allo studio e alla caratterizzazione dei minerali , sostanze solide e omogenee generalmente inorganiche, il cui assemblaggio forma rocce. In conseguenza delle numerose caratteristiche e proprietà chimiche e fisiche dei minerali, nonché della loro grande diversità, la mineralogia si basa su molte sotto-discipline, come la cristallografia (struttura), la fisica (proprietà ottiche, radioattività, ecc.) o addirittura chimica (formula chimica, ecc.). Poiché il posto dei minerali è essenziale in geologia, la mineralogia è una disciplina quasi essenziale in qualsiasi studio geologico e fornisce informazioni su molti parametri (durezza, sfaldatura, frattura, chimica, ecc.) delle varie fasi minerali e delle loro interazioni.
StratigrafiaLa stratigrafia, a volte chiamata geologia storica, è una branca multidisciplinare che studia la disposizione di diversi strati geologici al fine di ricavare informazioni temporali. Si basa su diversi tipi di studi, come la litostratigrafia (studio della litologia), la biostratigrafia (studio dei fossili e delle biofacies) o la magnetostratigrafia (studi magnetici), la cui correlazione di informazioni consente di datare gli strati geologici relativi a ciascuno altro e collocarli con precisione sulla scala dei tempi geologici . Questi studi si basano su un certo numero di principi che permettono di spiegare la logica della disposizione degli strati geologici: il principio di sovrapposizione, il principio di continuità, il principio di identità paleontologica, il principio dell'uniformitarismo….
La stratigrafia ha molte applicazioni, sia scientifiche che industriali. Lo sviluppo della scala temporale geologica viene effettuato mediante le varie informazioni stratigrafiche acquisite in tutto il globo; questa si chiama cronostratigrafia . L'utilizzo di metodi sismici consente inoltre di studiare sequenze di depositi ai margini di bacini sedimentari, dove le successioni di sequenze sono controllate da variazioni del livello del mare e variazioni tettoniche; si parla poi di stratigrafia sequenziale . Gli studi di queste disposizioni a strati sono inoltre utili nella ricerca di idrocarburi.
PaleontologiaLa paleontologia è una disciplina congiunta con la geologia e la biologia , il cui campo di studio si concentra sugli esseri viventi estinti, dall'analisi dei fossili , per trarre conclusioni sulla loro evoluzione nel tempo geologico.; nel caso dello studio dei fossili microscopici si parla di micro-paleontologia. Gli obiettivi della paleontologia sono descrivere le specie fossilizzate, al fine di dedurre conclusioni filogenetiche , e determinare la relazione tra esseri viventi estinti e presenti per riflettere sulla loro evoluzione.
La paleontologia è legata alla geologia dal fatto che l'uso di fossili caratteristici, detti fossili stratigrafici , permette di datare con precisione uno strato geologico. Le tipologie di specie presenti all'interno di questi strati consentono inoltre di ricostituire il paleoambiente corrispondente all'epoca di deposito dello strato studiato. Studiando l'evoluzione delle specie fossili, i ricercatori possono anche ottenere informazioni sulle variazioni degli ambienti e del clima nel tempo geologico.
La geodinamica non è una disciplina scientifica, ma un approccio il cui obiettivo è caratterizzare le forze ei fenomeni coinvolti nell'evoluzione generale del sistema Terra e le loro mutue interazioni.
tettonicaLa tettonica è la branca che si occupa delle deformazioni all'interno della crosta terrestre ; si concentra principalmente sulla relazione tra le strutture geologiche ei moti e le forze che sono all'origine della loro formazione. La tettonica si applica alle deformazioni a tutte le scale dello spazio e del tempo all'interno del globo. A seconda della scala dell'oggetto studiato, si parla di microtettonica, per strutture microscopiche, o tettonica globale, per strutture di diverse migliaia di chilometri.
Questa disciplina fa appello a molte nozioni di fisica dei materiali e di meccanica dei mezzi continui che consentono di studiare la natura delle sollecitazioni su una roccia o un insieme di rocce e di studiare la risposta di queste ultime alle sollecitazioni a cui sono sottoposte . . Questi studi consentono di localizzare spazialmente e temporalmente le sollecitazioni e le deformazioni che esse inducono; per estensione forniscono informazioni sulle condizioni di formazione delle rocce, spesso condizionate dal contesto tettonico.
sedimentologiaA volte usata come sinonimo di "tettonica" nella letteratura francese, la geologia strutturale differisce dalla sua controparte per un approccio più geometrico alle deformazioni. Sebbene gli oggetti di studio della tettonica siano comuni con quelli della geologia strutturale, quest'ultima rimane su una descrizione puramente geometrica delle strutture geologiche. Gli studi strutturali, effettuati a partire dai dati acquisiti sul campo, consentono di determinare la geometria dei diversi tipi di deformazione (dip di una faglia, dip di un asse di piega, ecc.). Questi risultati consentono di determinare la direzione delle principali sollecitazioni e forniscono informazioni utili nell'ambito di uno studio tettonico.
vulcanologia glaciologiaQuesta scienza della Terra sembra conoscere i suoi inizi intorno al 1660 nei paesi del Nord con le prime opere del geologo danese Niels Stensen , noto in francese con il nome di Nicolas Sténon, subito seguito dall'Inghilterra e dalle regioni britanniche, poi in seguito in Francia intorno al 1700. Tuttavia, spesso dimenticato da autori e scienziati, il francese Bernard Palissy (1510? -1590) appare come un precursore della geologia moderna con, tra gli altri, i suoi studi sui fossili del Lutétien o delle saline della Charente. Nel 1750, è una scienza stabilita nell'Europa occidentale. Nella sua accezione attuale, il termine geologia viene utilizzato per la prima volta anche in francese nel 1751 da Diderot , dalla parola italiana creata nel 1603 da Aldrovandi . La parola geologo è comunemente usata nel suo saggio del 1797 Nuovi principi di geologia di Philippe Bertrand e nel 1799 di Jean André Deluc ; è stato fissato l'anno successivo da Horace-Bénédict de Saussure . Agli inizi del XIX ° secolo , la scienza geologica decolla ed è nei suoi fondamenti, la scala e la crescita grafici in tempo più accurate, osservazioni sul campo, sezioni stratigrafiche e analisi petrologica in corso.
La scala temporale geologica è una classificazione temporale utilizzata principalmente in geologia, ma anche in altre scienze, per localizzare eventi nella storia della Terra dalla sua formazione (4,54 Ga ) fino al tempo presente. Questa scala è suddivisa in quattro eoni ( Adeano , Archeano , Proterozoico e Fanerozoico ), a loro volta suddivisi in ere , la cui durata media è di poche centinaia di milioni di anni; i loro limiti corrispondono a grandi sconvolgimenti nella biosfera e/o nella litosfera e nell'atmosfera . All'interno delle ere troviamo suddivisioni ( periodi , epoche e stadi ) che corrispondono alle modalità di sedimentazione globale negli oceani e che sono definite da stratotipi . La divisione della scala è dettagliata sull'ultimo eone, il Fanerozoico, che corrisponde agli ultimi 542 milioni di anni. Il periodo precedente, corrispondente agli altri tre eoni, è chiamato anche Precambriano .
I principali eventi che hanno segnato la storia della Terra sono spesso usati come limite tra due suddivisioni della scala:
La datazione relativa viene utilizzata per dare la priorità alle età degli strati vicini l'uno rispetto all'altro. Permette di istituire rapidamente una cronologia del terreno studiato. Si può riassumere in alcuni principi:
La datazione assoluta permette di stabilire più o meno precisamente l'età di una roccia. È molto utile nel contesto della cronostratigrafia e nello sviluppo di una scala temporale geologica , ma anche nello studio della storia e dell'evoluzione delle rocce.
Uno dei modi più comuni è usare la geologia degli isotopi . Una piccola frazione degli atomi presenti nelle rocce è in una forma isotopica instabile. Questo isotopo è destinato a trasformarsi attraverso l'emissione radioattiva in un altro elemento, che può essere esso stesso sotto forma di isotopo instabile o radioattivo. Queste emissioni radioattive si verificano a una frequenza casuale che può essere determinata statisticamente. L'idea è quindi quella di misurare la proporzione del primo elemento (l'elemento padre), poi del secondo (l'elemento figlio): nel tempo, l'elemento padre vedrà diminuire la sua proporzione e l'elemento figlio vedrà aumentare. Di conseguenza, una roccia dove l'elemento genitore è molto presente è una roccia recente, e viceversa una roccia dove l'elemento figlio è molto presente è una roccia vecchia. Attraverso il calcolo e il confronto con modelli stabiliti in laboratorio, potremo quindi stimare l'età della roccia con una precisione dell'ordine del milione di anni.
Le classiche coppie di elementi padre/figlio studiate sono rubidio/stronzio (il rubidio è presente in tracce in muscovite , biotite , feldspato, ecc.) e potassio/argon , o più precisamente uranio/piombo e uranio/torio .
La Terra interna è costituita da involucri successivi di differenti proprietà petrografiche e fisiche, delimitati tra loro da discontinuità. Questi involucri possono essere raggruppati in tre insiemi principali, dalla superficie al centro del pianeta, denominati: la crosta , il mantello e il nucleo . Nei 670 km più esterni , la litosfera e l'astenosfera formano due insiemi determinati da proprietà essenzialmente meccaniche, dove la litosfera forma un insieme rigido "fluttuante" sull'insieme plastico che è l'astenosfera. Questa strutturazione è avvenuta in stile adeano, poco dopo l'evento di accrescimento all'origine della Terra primitiva, dove gli elementi chimici costituenti il giovanissimo pianeta (allora in stato di completa fusione) si differenziano per costituire dapprima due strati chimici: un ferro - nichelifera nucleo ed un allumino - silicato manto .
Principali caratteristiche delle buste interneLe caratteristiche degli involucri inaccessibili direttamente all'uomo (mantello e nucleo principalmente) sono state dedotte dall'analisi delle onde sismiche. Questi ultimi attraversano il globo muovendosi con velocità variabili a seconda degli strati che attraversano e subiscono fenomeni di rifrazione e riflessione a livello di discontinuità. La correlazione dei dati ottenuti dalle stazioni di misura dislocate in tutto il globo ha consentito principalmente di determinare lo spessore, le caratteristiche fisiche e la costituzione generale del mantello e del nucleo. Altri metodi geofisici hanno successivamente approfondito la conoscenza della struttura interna della Terra e dei meccanismi coinvolti, come la tomografia sismica o la gravimetria .
Busta | Profondità km |
Densità g/cm 3 |
Petrografia dominante | Elementi chimici |
---|---|---|---|---|
Crosta oceanica continentale |
0 - 35 0 - 10 |
2,7 - 3,0 2,9 - 3,2 |
Granito e gneiss Basalto, gabbro e peridotite |
Si e Al Si, Al e Mg |
Manto litosferico superiore e zona di transizione dell'astenosfera |
35/10 - 670 35/10 - 400 400 - 670 |
3.4 - 4.4 |
Olivina , pirosseno e granato Wadsleyite → Ringwoodite e granato |
Si, Mg e Ca |
mantello inferiore | 670 - 2890 | 4.4 - 5.6 | Perovskite e Ferropericlasio | Si, Mg, Fe e Ca |
Nucleo esterno | 2890 - 5100 | 9,9 - 12,2 | - | Fe, Ni e S (stato liquido) |
Nucleo interno | 5100 - 6378 | 12,8 - 13,1 | - | Fe, Ni e S (stato solido) |
La crosta terrestre (a volte chiamata anche "crosta terrestre") è l'involucro più esterno della Terra interna, a diretto contatto con l' atmosfera e l' idrosfera in superficie, ma anche il più sottile e meno denso. Si distingue in due entità di diversa natura: la crosta continentale, di composizione acida, e la crosta oceanica, di composizione basica.
La crosta continentale è caratterizzata da una struttura complessa e da una forte eterogeneità litologica. Tuttavia, è costituito principalmente da rocce acide magmatiche e metamorfiche, formatesi principalmente durante episodi di subduzione e collisione continentale . La sua parte superficiale è costituita irregolarmente da rocce sedimentarie e suoli . Le parti profonde di questa crosta possono essere portate affioranti, grazie alla costituzione, quindi allo smantellamento di una catena montuosa . La crosta continentale è anch'essa suddivisa in tre entità, determinate dalle loro caratteristiche meccaniche: la crosta superiore (da 0 a 10 km ), la crosta media (da 10 a 20 km ) e la crosta inferiore (da 20 a 35 km ).
La crosta oceanica si forma a livello delle dorsali oceaniche, per parziale fusione delle peridotiti del mantello sottostante; il magma sale in superficie e si cristallizza per dare rocce basiche (principalmente basalti e gabbri). Allontanandosi dalla dorsale, la crosta oceanica si ispessisce, si raffredda e diventa più densa; quando la densità generale della litosfera oceanica (di cui fa parte la crosta oceanica) supera quella del mantello astenosferico, inizia il processo di subduzione e la litosfera entra nel mantello dove viene gradualmente riciclata. La crosta oceanica può essere esumata per obduzione , dove si sovrappone alla crosta continentale, o per collisione continentale , dove si possono conservare e affiorare frammenti di crosta oceanica.
CappottoIl mantello terrestre è l'involucro più importante della Terra, rappresentando l'82% del volume e il 65% della massa del pianeta. È costituito da rocce ultrabasiche, il cui tipo cambia con la profondità, principalmente a causa dell'aumento della pressione e della temperatura che riorganizza il sistema cristallino dei minerali. Il mantello è parzialmente studiato in modo “diretto” grazie alle inclusioni di rocce mantellari conservate presenti in alcuni complessi magmatici ora affioranti in superficie (tubi kimberlitici , ecc.). Tuttavia, nessun campione ha una provenienza superiore a 400 km di profondità; oltre questo valore, lo studio del mantello viene svolto esclusivamente mediante tecniche e modelli geofisici.
NucleoIl nucleo è costituito prevalentemente da ferro, che lo differenzia chimicamente da altri involucri (crosta e mantello) che a volte vengono raggruppati sotto il nome di “terra silicata” per sottolineare il contrasto chimico tra quest'ultimo e il nucleo. Il nucleo esterno e il nucleo interno (chiamato anche seme) sono chimicamente molto simili e si distinguono principalmente per lo stato della materia, che è liquida nella parte esterna e solida nella parte interna. Il nucleo interno si forma a scapito del nucleo esterno dove cristallizza il materiale fuso; questa reazione emette calore che induce movimenti di convezione nel nucleo esterno che sono all'origine del campo magnetico terrestre .
Viaggio al centro della terra , romanzo di fantascienza dello scrittore francese Jules Verne pubblicato nel 1864, ha come protagonisti un geologo tedesco, il professor Lidenbrock, e suo nipote Axel. Il loro viaggio nelle profondità della Terra è un'occasione per lo scrittore di discutere le teorie scientifiche dell'epoca, in particolare sulla composizione dell'interno della Terra e sulla sua temperatura, ma anche sull'evoluzione delle specie e sulla comparsa degli ominidi, attraverso la scoperta di fossili (quindi di animali fossili viventi).
Nella maggior parte dei paesi del mondo esiste un ente pubblico di riferimento per le Scienze della Terra. In Francia, è il Bureau of Geological and Mining Research (BRGM) che è posto sotto la supervisione di diversi ministeri.
Su scala europea, EuroGeoSurveys (EGS, The Geological Surveys of Europe ) è un'associazione di diritto belga che riunisce 37 studi geologici europei.
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