La discordance angulaire de Siccar Point (Écosse) où des couches peu pentées de grès rouges du Dévonien recouvrent les formations verticalisées de grauwackes du Silurien.

La géologie (du grec ancien gê, la Terre, et logos, le discours) est la science dont le principal objet d'étude est la Terre, et plus particulièrement la lithosphère. Discipline majeure des sciences de la Terre, elle se base en premier lieu sur l'observation, puis elle établit des hypothèses permettant d'expliquer l'agencement des roches et des structures les affectant afin d'en reconstituer l'histoire. La géologie est également l'ensemble des caractéristiques géologiques d'une région et s'étend à l'étude des astres..

La géologie de notre planète a vécu un tournant théorique fondamental avec le développement dans les années soixante du modèle dynamique global de la tectonique des plaques.

La géologie est une science comprenant de nombreuses spécialités, elle fait appel aux connaissances de domaines scientifiques variés, tels que la biologie, la physique (mécanique des fluides, pétrochimie...), la chimie, la science des matériaux, la cosmologie, la climatologie, l'hydrologie. La géologie appliquée est un ensemble de techniques mises en place dans de nombreux domaines économiques et industriels, comme l'exploitation de matières premières, le génie civil, la gestion des ressources en eau, la gestion de l'environnement ou la prévention des risques naturels.

Disciplines de la géologie et disciplines associées

Études des roches et de leur histoire

Pétrographie et pétrologie

La pétrographie désigne l'étude descriptive des roches ; selon le type de roche étudiée, on parle de « pétrographie magmatique », de « pétrographie sédimentaire » ou de « pétrographie métamorphique ». Une étude pétrographique consiste à décrire les différentes caractéristiques d'une roche (texture, assemblage minéralogique, porosité…) par le biais d'observations directes, macroscopiques comme microscopiques, et d'acquisition de données par soumission des échantillons à différentes méthodes d'analyses (diffractométrie de rayons X, microsonde…).

Si la pétrographie ne cherche qu'à décrire les roches, la pétrologie est la discipline dont l'objectif est de déterminer les mécanismes de formation et d'évolution d'une roche. Une étude pétrologique est expérimentale et cherche à modéliser les conditions de la formation et de l'évolution d'une roche au cours de son histoire, en se basant sur les données issues de diverses analyses (pétrographique, chimique…). On distingue la pétrologie exogène, qui s'intéresse aux processus de formation des roches sédimentaires à la surface de la Terre, de la pétrologie endogène, qui est axée sur les processus de formation des roches magmatiques et sur les processus métamorphiques au sein de la lithosphère.

Minéralogie

Branche associée à la fois à la chimie et à la géologie, la minéralogie désigne l'étude et la caractérisation des minéraux, substances solides et homogènes généralement inorganiques, dont l'assemblage forme les roches. En conséquence des nombreuses caractéristiques et propriétés chimiques et physiques des minéraux, ainsi que leur très grande diversité, la minéralogie s'appuie sur de nombreuses sous-disciplines, comme la cristallographie (structure), la physique (propriétés optiques, radioactivité…) ou encore la chimie (formule chimique…). La place des minéraux étant primordiale en géologie, la minéralogie est une discipline quasi-incontournable au sein de toute étude géologique et permet de renseigner sur de nombreux paramètres (dureté, clivage, cassure, chimie…) des différentes phases minérales et sur leurs interactions.

Stratigraphie

Les couches géologiques se superposent normalement de la plus ancienne (bas) à la plus récente (haut)

La stratigraphie, parfois nommée géologie historique, est une branche pluri-disciplinaire étudiant l'agencement des différentes couches géologiques afin d'en tirer des informations temporelles. Elle se base sur plusieurs types d'études différentes, comme la lithostratigraphie (étude de la lithologie), la biostratigraphie (étude des fossiles et des biofaciès) ou la magnétostratigraphie (études magnétiques), dont la corrélation des informations permet de dater les couches géologiques de façon relative entre elles et de les placer de manière précise sur l'échelle des temps géologiques. Ces études reposent sur un certain nombre de principes qui permettent d'expliquer la logique de l'agencement des couches géologiques : le principe de superposition, le principe de continuité, le principe d'identité paléontologique, le principe d'uniformitarisme…

La stratigraphie trouve de nombreuses applications, aussi bien scientifiques qu'industrielles. L'élaboration de l'échelle des temps géologiques s'effectue par le biais des différentes informations stratigraphiques acquises tout autour du globe ; c'est ce que l'on nomme la chronostratigraphie. L'utilisation des méthodes sismiques permet aussi d'étudier des séquences de dépôts à la bordure des bassins sédimentaires, où les successions de séquences sont contrôlées par les variations du niveau marin et les variations tectoniques ; on parle alors de stratigraphie séquentielle. Les études de ces agencements de couches sont par ailleurs utiles dans la recherche d'hydrocarbures.

Paléontologie

Trilobita, un taxon caractéristique du Paléozoïque.

La paléontologie est une discipline conjointe à la géologie et à la biologie, dont le champ d'étude se concentre sur les êtres vivants disparus, à partir de l'analyse de fossiles, pour en tirer des conclusions sur leur évolution au cours des temps géologiques ; dans le cas de l'étude de fossiles microscopiques, on parle de micro-paléontologie. Les objectifs de la paléontologie sont de décrire les espèces fossilisées, afin d'en déduire des conclusions phylogéniques, et de déterminer la relation entre les êtres vivants disparus et actuels pour réfléchir à propos de leur évolution.

La paléontologie se raccorde à la géologie par le fait que l'utilisation de fossiles caractéristiques, nommés fossiles stratigraphiques, permet de dater précisément une couche géologique. Les types d'espèces présentes au sein de ces couches permet également de reconstituer le paléoenvironnement correspondant à l'époque du dépôt de la couche étudiée. Par l'étude de l'évolution des espèces de fossiles, les chercheurs peuvent aussi obtenir des informations sur les variations des milieux et du climat au cours des temps géologiques.

Études de la dynamique terrestre

Géodynamique

Tectonique

La tectonique est la branche traitant des déformations au sein de la croûte terrestre ; elle se focalise principalement sur la relation entre les structures géologiques et les mouvements et les forces qui sont à l'origine de leur formation. La tectonique s'applique aux déformations à toutes les échelles d'espace et de temps au sein du globe terrestre. Selon l'échelle de l'objet étudié, on parle de micro-tectonique, pour les structures microscopiques, ou de tectonique globale, pour les structures de plusieurs milliers de kilomètres.

Cette discipline fait appel à de nombreuses notions de physique des matériaux et de mécanique des milieux continus qui permettent d'étudier la nature des contraintes sur une roche ou un ensemble de roches et d'étudier la réponse de ces dernières aux contraintes qu'elles subissent. Ces études permettent de localiser spatialement et temporellement les contraintes et les déformations qu'elles induisent ; par extension, elles permettent de renseigner sur les conditions de formation des roches, qui sont souvent conditionnées par le contexte tectonique.

Sédimentologie

Études des structures géologiques

Géomorphologie

Géologie structurale

Parfois utilisée comme synonyme de « tectonique » dans la littérature française, la géologie structurale se démarque de sa consœur par une approche plus géométrique des déformations. Bien que les objets d'étude de la tectonique soient communs avec ceux de la géologie structurale, cette dernière reste sur une description purement géométrique des structures géologiques. Les études structurales, réalisées à partir de données acquises sur le terrain, permettent de déterminer la géométrie des différents types de déformation (pendage d'une faille, plongement d'un axe de pli…). Ces résultats permettent de déterminer la direction des contraintes principales et fournissent des informations utiles dans le cadre d'une étude tectonique.

Volcanologie

Glaciologie

Disciplines associées

Géophysique

Géochimie

Spéléologie

Études de l'atmosphère et de l'hydrosphère

Géologie planétaire

Histoire de la géologie

Cette science de la Terre connaît ses prémices vers 1660 dans les pays du Nord avec les premiers travaux du géologue danois Niels Stensen, connu en français sous le nom de Nicolas Sténon, aussitôt suivis par l'Angleterre et les régions britanniques, puis plus tardivement en France vers 1700. En 1750, c'est une science établie en Europe occidentale. Dans son acception actuelle, le terme géologie est d'ailleurs utilisé pour la première fois en français en 1751 par Diderot, à partir du mot italien créé en 1603 par Aldrovandi. Le mot géologue est communément employé dans son essai de 1797 Nouveaux Principes de géologie par Philippe Bertrand et en 1799 par Jean André Deluc ; il est fixé l’année suivante par Horace-Bénédict de Saussure. Au début du XIX siècle, la science géologique prend son essor et se constitue dans ses fondements, échelle de temps en croissance et cartes de plus en plus précises, observations de terrain, coupes stratigraphiques et analyses pétrologiques en progrès.

La géologie moderne prend forme à partir du XVII siècle, du désir de comprendre la structure de la Terre et d'un certain nombre de mécanismes à l'origine de phénomènes naturels. L'évolution des théories de la géologie est très liée à l'évolution des théories de la cosmologie et de la biologie, mais aussi à l'amélioration croissante des techniques et des outils utilisables à partir de la fin du XIX siècle. Le XX siècle est le siècle de la mise en place des grandes théories régissant la géologie moderne, avec le développement du modèle de la tectonique des plaques dans les années 1960, mais aussi de l'amélioration des techniques d'observation, qui permettent de nombreuses avancées, et du développement de l'application de la géologie dans les domaines de l'économie et de l'industrie.

Temps géologiques

Échelle des temps géologiques

Les temps géologiques résumés sur une horloge de 24 h

L'échelle des temps géologiques est une classification temporelle utilisée principalement en géologie, mais également dans d'autres sciences, pour situer les événements de l'histoire de la Terre de sa formation (4,54 Ga) jusqu'à la période actuelle. Cette échelle est subdivisée en quatre éons (Hadéen, Archéen, Protérozoïque et Phanérozoïque), eux-mêmes subdivisés en ères, dont la durée moyenne est de quelques centaines de millions d'années ; leurs limites correspondent à de grands bouleversements dans la biosphère et/ou dans la lithosphère et l'atmosphère. Au sein des ères, on retrouve des subdivisions (périodes, époques et étages) qui correspondent à des modes de sédimentation globaux dans les océans et qui sont définis par des stratotypes. Le découpage de l'échelle est détaillé sur le dernier éon, le Phanérozoïque, qui correspond aux 542 derniers millions d'années. La période antérieure, correspondant aux trois autres éons, est également nommée le Précambrien.

Les principaux événements ayant marqués l'histoire de la Terre sont souvent utilisés comme limite entre deux subdivisions de l'échelle :

4,57 Ga : formation du système solaire

4,54 Ga : formation de la Terre

3,8 Ga : apparition de la vie, limite Hadéen – Archéen

542 Ma : explosion cambrienne, début du Phanérozoïque

251 Ma : extinction Permien-Trias, limite Paléozoïque – Mésozoïque

66 Ma : extinction Crétacé-Tertiaire, limite Mésozoïque – Cénozoïque

Datation des événements géologiques

Datation relative

La datation relative sert à hiérarchiser a priori les âges de strates voisines les unes par rapport aux autres. Elle permet de rapidement établir une chronologie du terrain étudié. Elle se résume en quelques principes :

Les couches sédimentaires supérieures sont postérieures à celles qui leur sont inférieures. Autrement dit, la couche sédimentaire qui en recouvre une autre est plus jeune que celle recouverte.

Tout événement géologique qui en recoupe un autre lui est postérieur.

Une strate a le même âge sur toute son étendue.

Deux terrains présentant les mêmes fossiles stratigraphiques sont du même âge.

Datation absolue

La datation absolue permet d'établir plus ou moins précisément l'âge d'une roche. Elle est très utile dans le cadre de la chronostratigraphie et dans l'élaboration d'une échelle des temps géologiques, mais aussi dans l'étude de l'histoire et de l'évolution des roches.

L'une des manières les plus courantes fait usage de la géologie isotopique. Une infime fraction des atomes présents dans les roches sont dans une forme isotopique instable. Cet isotope est voué à se transformer par le biais d'une émission radioactive en un autre élément, qui peut être lui-même sous la forme d'un isotope instable ou radioactif. Ces émissions radioactives ont lieu à une fréquence aléatoire que l'on peut statistiquement déterminer. L'idée est d'alors mesurer la proportion du premier élément (l'élément père), puis du second (l'élément fils) : au cours du temps, l'élément père va voir sa proportion diminuer, et l'élément fils va voir la sienne augmenter. Par conséquent, une roche où l'élément père est très présent est une roche récente, et inversement une roche où l'élément fils est très présent est une roche ancienne. Par le calcul et la comparaison par rapport aux modèles établis en laboratoire, on va pouvoir alors estimer l'âge de la roche avec une précision de l'ordre du million d'année.

Les couples classiques d'éléments père/fils étudiés sont le rubidium/strontium (le rubidium est présent à l'état de trace dans la muscovite, la biotite, le feldspath...) et potassium/argon, ou plus spécifiquement uranium/plomb et uranium/thorium.

Principes et théories

Tectonique des plaques

Structure interne de la Terre

Coupe schématique à l'échelle de la structure de la Terre.

La Terre interne est constituée d'enveloppes successives de propriétés pétrographiques et physiques différentes, délimitées entre elles par des discontinuités. Ces enveloppes peuvent être regroupées en trois principaux ensembles, de la surface vers le centre de la planète, nommés : la croûte, le manteau et le noyau. Dans les 670 km les plus externes, la lithosphère et l'asthénosphère forment deux ensembles déterminés par des propriétés essentiellement mécanique, où la lithosphère forme un ensemble rigide flottant sur l'ensemble plastique de l'asthénosphère. Cette structuration s'est effectuée à l'Hadéen, peu de temps après l'événement d'accrétion à l'origine de la Terre primitive, où les éléments chimiques constitutifs de la toute jeune planète (alors dans un état de fusion complète) se sont différenciés pour d'abord constituer deux couches chimiques : un noyau ferro-nickelifère et un manteau alumino-silicaté.

Caractéristiques principales des enveloppes internes

Les caractéristiques des enveloppes inaccessibles directement par l'Homme (manteau et noyau principalement) ont été déduites à partir de l'analyse des ondes sismiques. Ces dernières traversent le globe en se déplaçant avec des vitesses variant selon les couches qu'elles franchissent et subissent des phénomènes de réfraction et de réflexion au niveau des discontinuités. La corrélation des données obtenues par les stations de mesure disposées tout autour du globe a principalement permis de déterminer l'épaisseur, les caractéristiques physiques et la constitution générale du manteau et du noyau. D'autres méthodes géophysiques ont par la suite approfondies la connaissance de la structure interne de la Terre et des mécanismes en jeu, comme la tomographie sismique ou la gravimétrie.

Tableau récapitulatif des enveloppes de la Terre interne et de leurs principales caractéristiques Enveloppe Profondeur km Densité g/cm Pétrographie dominante Éléments chimiques Croûte continentale océanique 0 – 35 0 – 10 2,7 – 3,0 2,9 – 3,2 Granite et gneiss Basalte, gabbro et péridotite Si et Al Si, Al et Mg Manteau supérieur lithosphérique et asthénosphère zone de transition 35/10 – 670 35/10 – 400 400 – 670 3,4 – 4,4 Olivine, Pyroxène et Grenat Wadsleyite → Ringwoodite et Grenat Si, Mg et Ca Manteau inférieur 670 – 2890 4,4 – 5,6 Pérovskite et Ferropériclase Si, Mg, Fe et Ca Noyau externe 2890 – 5100 9,9 – 12,2 — Fe, Ni et S (état liquide) Noyau interne 5100 – 6378 12,8 – 13,1 — Fe, Ni et S (état solide)

Croûte

La croûte terrestre (aussi parfois appelée « écorce terrestre ») est l'enveloppe la plus externe de la Terre interne, en contact direct avec l'atmosphère et l'hydrosphère à la surface, mais aussi la moins épaisse et la moins dense. Elle est distinguée en deux entités de nature différente : la croûte continentale, de composition acide, et la croûte océanique, de composition basique.

La croûte océanique se forme au niveau des dorsales océaniques, par fusion partielle des péridotites du manteau sous-jacent ; le magma remonte vers la surface et cristallise pour donner des roches basiques (basaltes et gabbros essentiellement). Au fur et à mesure qu'elle s'éloigne de la dorsale, la croûte océanique s'épaissit, se refroidit et devient plus dense ; lorsque la densité générale de la lithosphère océanique (dont fait partie la croûte océanique) dépasse celle du manteau asthénosphérique, le processus de subduction s'engage et la lithosphère pénètre dans le manteau où elle est progressivement recyclée.

Manteau

Le manteau terrestre est la plus importante enveloppe de la Terre, représentant plus 60 % du volume de la planète. Il est constitué de roches ultrabasiques, dont le type change avec la profondeur, principalement du fait de la hausse de la pression et de la température qui réorganise le système cristallin des minéraux. Le manteau est partiellement étudié de façon « directe » grâce aux inclusions de roches mantelliques préservées présentes dans certains complexes magmatiques affleurement aujourd'hui à la surface (pipes kimberlitiques…). Cependant, aucun échantillon n'a une provenance supérieure à 400 km de profondeur ; au-delà de cette valeur, l'étude du manteau se fait exclusivement par des techniques géophysiques et de la modélisation.

Noyau

Le noyau est constitué en très grande majorité de fer, ce qui le différencie chimiquement des autres enveloppes (croûte et manteau) qui sont parfois regroupées sous le nom de « Terre silicatée » pour souligner le contraste chimique entre ces dernières et le noyau. Le noyau externe et le noyau interne (aussi appelé la graine) sont chimiquement très semblable et se démarquent surtout par l'état de la matière qui est liquide dans la partie externe et solide dans la partie interne. Le noyau interne se forme au détriment du noyau externe où la matière en fusion cristallise ; cette réaction émet de la chaleur qui induit des mouvements de convection dans le noyau externe qui sont à l'origine du champ magnétique terrestre.

Structures géologiques et géodynamique

Représentations dans les arts

Voyage au centre de la Terre, roman de science-fiction de l'écrivain français Jules Verne paru en 18**, a pour personnages principaux un géologue allemand, le professeur Lidenbrock, et son neveu Axel. Leur voyage dans les profondeurs de la Terre est l'occasion pour l'écrivain d'évoquer les théories scientifiques de l'époque, notamment sur la composition de l'intérieur de la Terre et sur sa température, mais aussi sur l'évolution des espèces et l'apparition des hominidés, par l'intermédiaire de découvertes de fossiles (puis d'animaux fossiles vivants).

地球外观

地质学（法语，德语: Geologie；英语：Geology；拉丁语，西班牙语: Geologia；原于希腊语 γῆ 和 λoγία）是对地球的起源、历史和结构进行研究的学科。主要研究地球的物质组成、内部构造、外部特征、各圈层间的相互作用和演变历史。在现阶段，由于观察、研究条件的限制，主要以岩石圈为研究对象，并涉及水圈、大气圈、生物圈和岩石圈下更深的部位，以及涉及其他行星和卫星的太空地质学（Astrogeology）。

地质学的时间

4.567 Ga：太阳系形成

4.54 Ga：地球吸积

约 4 Ga：后期重轰炸期的结束，出现第一个生命

约 3.5 Ga：开始光合作用

约 2.3 Ga：有含氧的大气，第一个雪球地球

730–635 Ma（百万年前）：第二个雪球地球

542 ± 0.3 Ma：寒武纪大爆发－硬件的生命大量出现，最丰富的化石，古生代开始

约 380 Ma：第一个两栖进入地面

250 Ma：二叠纪－三叠纪灭绝事件 – 90%的陆地生物死亡，古生代结束，中生代开始

66 Ma：白垩纪－第三纪灭绝事件 – 恐龙死亡，中生代结束，新生代开始

约 7 Ma：人族生物出现

3.9 Ma：智人的直接祖先南方古猿出现

200 ka（千年前）：第一个现代的智人在东非出现。

历史

威廉·史密斯的英格兰、威尔士和南苏格兰地质图。1815年完成，是最早的国家级地质图，以及那个时代最精确的地质图。 对地球的物质成分的研究最早至少可以追溯到古希腊泰奥弗拉斯托斯的著作《论岩石》（Peri Lithon）。在古罗马时期，老普林尼详细的描述了常用的一些矿物和金属，还正确的解释了琥珀的来源。 一些现代学者（如菲尔丁·赫德森·加里森）认为，现代地质学开始于中世纪伊斯兰世界。比鲁尼就是最早的穆斯林地质学家之一， 他的著作有最早的叙述印度地质的文章，提出了印度次大陆曾经是海洋的假设。伊斯兰学者伊本·西那对山脉的形成，地震的原因，以及其他一些现代地理学的论题给出了详细的解释，这些内容为日后地质学的发展提供了基础。在中国，博学家沈括（1031–1095）提出陆地形成的假说。他在一个离海洋几百公里远的山中的看到，在一个地质地层里有贝壳类生物化石。由此他推论，陆地是由山脉的侵蚀和淤泥的沉积所形成的。 很早以前，地质学的知识比较零星分散。关于这方面的知识，如从地中开采金属、黏土、煤和盐的一些知识，早已为矿工和有关的人们所知晓，而自然哲学家们则大都脱离这些实践，独立形成自己的思辨性的地质理论。 地质学在18世纪开始成为一门独立的科学，并在19世纪早期达到成熟阶段。 1790年至1830年这一段时期被称为“地质学的英雄时代”。在这个时期，在考察岩层顺序以及岩层所含矿物和化石上，人们做了大量工作。在现阶段，由于观察、研究条件的限制，主要以岩石圈为研究对象，并涉及水圈、大气圈、生物圈和岩石圈下更深的部位，以及涉及其他行星和卫星的太空地质学（Astrogeology）。 。工作方法的一大进步表现在用根据化石内容来进行岩层分类。 地质学史上有三场著名的争论。 其一为水成论与火成论之争，发生在18世纪末。争论的焦点在于岩石的形成理论，一方以德国科学家亚伯拉罕·戈特洛布·维尔纳（Abraham G. Werner）为代表，强调形成岩石过程中的水的作用；另一方以苏格兰科学家赫屯（James Hutton）为代表，强调火的作用。现今已经知道，岩石主要由三大类构成，除了水成为主的沉积岩和火成为主的岩浆岩，还存在一类变质岩。水成过程和火成过程在岩石的形成中都扮演了重要角色。 其二为灾变论与渐变论（也称均变论）之争，发生在19世纪早期。持灾变论观点的学者认为，地球历史上曾发生过多次大的灾难，是灾难导致了旧的物种的灭绝和新物种的再创造。持渐变论观点的学者认为，物种演化的动力来自于微弱的地质作用在地球演变过程中的长期积累，不依靠大型的灾难也能够发生。 第三场争论是固定论与活动论之争。固定论学说认为地壳的位置是永远不变的，其运动方式以垂直运动为主。传统的地槽、地台学说就是一种固定论学说。活动论学说认为地壳的运动是以水平运动为主的，垂直运动虽然存在，但是是水平运动过程中派生出来的（比如两地块水平挤压处地壳向上隆起）。活动论随着板块构造学说的发展，逐渐被学者所认同。

分支学科

基础学科 矿物学 岩石学 矿床学 地球化学

矿物学

岩石学

矿床学

地球化学

地质史 古生物学 地层学 历史地质学 古地理学 地质年代学 区域地质学 天文地质学 地球深部地质学

古生物学

地层学

历史地质学

古地理学

地质年代学

区域地质学

天文地质学

地球深部地质学

应用地质学 水文地质学 工程地质学 军事工程地质学 环境地质学 灾害地质学 金属矿产地质学 非金属矿产地质学 石油地质学 煤地质学 找矿勘探地质学 矿山地质学

水文地质学

工程地质学

军事工程地质学

环境地质学

灾害地质学

金属矿产地质学

非金属矿产地质学

石油地质学

煤地质学

找矿勘探地质学

矿山地质学

其他 地球物理勘探 地球化学勘查 矿业工程 数学地质学 第四纪地质学 冰川地质学（古冰川学） 宇宙地质学（空间地质学） 构造地质学 海洋地质学 地震地质学 火山地质学 前寒武纪地质学 农业地质学 动力地质学 实验地质学 野外地质学 同位素地质学 月质学 军事地质学 轨道地质学 地层地质学 海底地质学 地表地质学 工程地质学

地球物理勘探

地球化学勘查

矿业工程

数学地质学

第四纪地质学

冰川地质学（古冰川学）

宇宙地质学（空间地质学）

构造地质学

海洋地质学

地震地质学

火山地质学

前寒武纪地质学

农业地质学

动力地质学

实验地质学

野外地质学

同位素地质学

月质学

军事地质学

轨道地质学

地层地质学

海底地质学

地表地质学

工程地质学

经典著作

地质学原理（可以作为地质学例证的地球与它的生物的近代变化）