גיאולוגיה

המינרלוגיה עוסקת בתורת המינרלים, שהם אבני הבניין של הסלעים שעל פני כדור הארץ. חלק גדול משטחו של כדור הארץ בנוי סלעי משקע, ובחקר מבנם והתלכדותם בשכבות עוסקת הסדימנטולוגיה.

הסטרטיגרפיה (תורת השכבות), עוסקת בחקר שכבות כדור הארץ השונות, בחוקיות המתקיימת בהן, בריכוזן ליחידות סלע גדולות יותר, ביחידות זמן השונות בהן נוצרו ובפענוח ממצאים מאובנים. כאן משתלבים גם ענפי הפליאונטולוגיה (תורת המאובנים) והגיאולוגיה ההיסטורית.

להגדלה - לחצו על הטבלה

ענף הגיאולוגיה ההיסטורית עוסק בחלוקה ואיפיון תולדות כדור הארץ ליחידות זמן גיאולוגיות שונות: על-עידנים (לדוגמה פנארוזואיקון), עידנים (לדוגמה קינוזואיקון), תקופות (לדוגמה ניאוגן), תורים (לדוגמה הולוקן) וכדומה. לצורך זה מסתייעת הגיאולוגיה בשיטות שונות של תיארוך. ניתוח התהליכים הגיאולוגים בעבר הרחוק מאפשר לגיאולוגים לפענח טוב יותר תופעות גיאולוגיות המתרחשות בימינו (לדוגמה רעשי אדמה ו התפרצויות געשיות), ומסייע להם בחתירה לפיתוח שיטות סייסמולוגיות שיאפשרו (בין היתר) לחזות במידה מסוימת את התרחשותן העתידית של תופעות אלו.

הפליאונטולוגיה עוסקת בחקר צורות חיים קדומות, שהשתמרו בעיקר בצורת מאובנים, ומהווה לפיכך תחום של חפיפה בין הגיאולוגיה והביולוגיה. היא תורמת תרומה חשובה לשאר ענפי הגיאולוגיה, ובייחוד להיסטורית, בכך שהיא מסייעת לתארך סלעים ושכבות לפי המאובנים המצויים בהם.

הטקטוניקה עוסקת בפעילותם ובתנועתם של לוחות קרום כדור הארץ ובשינויים שחלים בהם, ובחקר הכוחות הגיאולוגיים המחוללים אותם.

תהליך נדידת היבשות החל מלפני 270 מיליון שנה ועד לימינו

המחקר הגיאולוגי המודרני מבוסס על שלוש הנחות יסוד מרכזיות: על פי ההנחה הראשונה (טקטוניקת הלוחות) מורכבת הקליפה החיצונית של כדור הארץ (הליתוספירה) מפסיפס של לוחות קשיחים, הנבנים ונהרסים בהדרגה. לוחות אלה שרויים בתנועה מתמדת (אטית מאוד, במושגים אנושיים) על פני המעטפת הנוזלית שמתחת להם.

על פי ההנחה השנייה (מחזורים גיאולוגים), מרבית התהליכים הגיאולוגיים הם מחזוריים ומעגליים. בהתאם לכך יוצרים תהליכים אלה השתנות חוזרת על עצמה של סלעים, מבנים גיאולוגים וכו'. על בסיס הנחה זו יכול הגיאולוג להניח כי מקור החומרים הגיאולוגיים בעולמנו (למעט חומר מטאוריטי, שהגיע אליו מן החלל לאחר היווצרותו הראשונית) הוא בהשתנות שעבר חומר כלשהו על פני כדור הארץ.

על פי ההנחה השלישית (אקטואליזם, שאינה ייחודית לגיאולוגיה), החוקים והעקרונות שהוכחו כתקפים במחקר הגיאולוגי המודרני תקפים גם לגבי העבר הרחוק של כדור הארץ. כפועל יוצא של הנחה זו אפשר לקבוע כי תהליכים גיאולוגיים אשר התקיימו במהלך התפתחות כדור הארץ ניתנים לזיהוי ואבחון בממצאים גיאולוגיים בני זמננו.

הבסיס המחקרי המרכזי של הגיאולוגיה הוא ניתוח ממצאים גיאולוגיים (סלעים, מאובנים וכדומה) מתקופות שונות בתולדות כדור הארץ. מקור אחר הוא פיתוח דגמים תיאורטיים על בסיס חוקים גיאולוגיים שנמצאו תקפים והפעלתם, בין השאר, גם על תקופות שונות שמהן אין בידי החוקרים ממצאים רבים.

לגיאולוגיה קשר הדוק לענפי מדע אחרים. גיאולוגיה מתימטית היא מקצוע מודרני העוסק בפיתוחים מתמטיים ובגיוס המחשב לשירות הגיאולוגיה. מקצוע משותף לגיאולוגיה ולכימיה הוא הגיאוכימיה, העוסקת בכימיה של קרום כדור הארץ ובשיטות גיאוכימיות לתיארוך סלעים. ענף הגיאופיסיקה עוסק בחקר כלל התהליכים הפיסיקליים המתרחשים בכדור הארץ וכן ביחסיו עם שכבות המים והאוויר והמערכות הביולוגיות המתקיימות בו. ענף הגיאומורפולוגיה עוסק בתהליכים המעצבים את צורות הנוף על פני כדור הארץ ומשלב בין חקר הגיאולוגיה למחקר הגיאוגרפי.

הגיאולוגיה היא מקצוע שימושי המסייע בקיום החברה האנושית המודרנית. פיתוח מקורות מים (הידרולוגיה), חיפושי נפט (פטרולוגיה) ומינרלים, הטמנת פסולת - כל אלה הם בתחום עיסוקו של הגיאולוג. הידע הגיאולוגי על מבנה השכבות ויציבותן חיוני, למשל לצרכי תכנון בנייה בהיבט הצר (בניית מבנה) ובהיבט הרחב (תכנון עירוני למשל).

אין פלא איפוא שהתפתחות הגיאולוגיה קיבלה תנופה נמרצת אחרי פרוץ המהפכה התעשייתית, שהגדילה פלאים את הביקוש למחצבים (בראש ובראשונה פחם), וגרמה לפתיחת מכרות ומחצבות ברחבי אירופה. הכורים והחוצבים נתקלו בעבודתם בשלדים מאובנים של יצורים מופלאים, שאין כדוגמתם עלי אדמות, והחלו שואלים שאלות.

רמיזות לתופעות גיאולוגיות שונות מצויות בספרי הקודש של עמים רבים. בתנ"ך נזכרות פעמים רבות תופעות של רעש וגעש; יש סבורים שמעבר בני ישראל את הירדן (יהושע ג' ט"ז) התאפשר עקב התמוטטות גדות הנהר בגלל רעש אדמה. אחרים מעניקים "הסבר" גיאולוגי אפילו לקריעת ים סוף. בספר זכריה מסופר על הר הזיתים אשר נבקע לשניים: "ומש חצי ההר צפונה וחציו נגבה" (יד, ד), תיאור המעלה על הדעת תהליך גיאולוגי. הפילוסופים של יוון העתיקה עסקו במידת מה בתיאורים ובתצפיות גיאולוגיות. תלס ממילטוס, לדוגמה, תיאר תהליך של התרוממות הרים מתוך הים, ואת התבלותם בפעולת המים והרוח.

התפתחות הגיאולוגיה כמדע מודרני עמדה במשך שנים רבות בצל הסתירה שבין האמירה המקראית המפורשת בדבר בריאת העולם לפני זמן קצר יחסית (במאה ה-17 קבע איש דת בריטי כי העולם נברא בשעות אחה"צ של 22 באוקטובר, שנת 4004 לפנה"ס, בדיוק נמרץ), לבין הצטברותם של ממצאים שהצביעו על מועד בריאה הרבה יותר מוקדם. כאמור, כבר באותה עת הכירו חוקרי הטבע מאובנים של יצורים שנכחדו, ואפילו במצב הידע דאז היה ברור כי התאבנותם היתה תהליך ממושך, והצטברות השכבות מעליהם נמשכה זמן רב עוד יותר. כך החל העימות בין הגיאולוגיה לבין הבריאתנות, שעודנו נמשך עד ימינו, שכן חוגים מסוימים עדיין מחזיקים בדעה שגיל כדור הארץ נופל מ-6,000 שנה.

הגיאולוגיה נעשתה מדע ברשות עצמו במחצית השנייה של המאה ה-18, כשהחלו חוקרי טבע מזה ומהנדסי מכרות מזה להתעניין בתהליכים שהביאו את קרום כדור הארץ למצבו הנוכחי, ובמשמעות השרידים המצויים בו. בין אלה יש להזכיר את שמותיהם של האנגלי ויליאם סמית (1769 - 1839), "אבי הסטרטיגרפיה", שהבחין כי שכבות דומות מאוד בצורה ובהרכב מצויות במקומות מרוחקים זה מזה, ומכאן הסיק כי כוחות אחידים אחראים לעיצובן, והגרמני א"ג ורנר (1750 - 1819), שניסח לראשונה את התיאוריה הנפטוניסטית, ולפיה כל התצורות הגיאולוגיות היבשתיות הן משקעים ששקעו בימים קדמוניים.

כנגדו הציג הסקוטי ג'יימס הטון (Hutton, חי 1726 - 1797) את התיאוריה הפלוטוניסטית, או הוולקניסטית, שייחסה את הכוח המעצב לפעילות געשית (חלק מתיאוריות אלו התפרסמו ב-1795 בספר "תיאוריה של כדור הארץ", המהווה למעשה את התיאוריה הגיאולוגית הגורפת הראשונה). הביולוג הצרפתי, הרוזן דה ביפון, היה החשוב מבין חוקרי המאובנים הראשונים.

בשנות ה-30 של המאה ה-19 פרסם סר צ'רלס לייל את ספרו הקלסי "עקרונות הגיאולוגיה", שהציג לראשונה את התחום כולו באורח מדעי שיטתי ומסודר. לייל קיבל מהטון את העמדה הקרויה "אוּניפוֹרמיטריאניזם", שקבעה כי התהליכים הגיאולוגיים התנהלו בקצב אחיד פחות או יותר לכל אורך הזמן הגיאולוגי, ופעולתם הצטיינה בהדרגתיות ובאטיות. אחרים, וביניהם חוקר הטבע הצרפתי ז'ורז' קיוויה, החזיקו בתיאוריה מנוגדת שנקראה "קטסטרופיזם", ולפיה התחוללו מפעם לפעם בעבר שואות גדולות, ששינו כליל את פני עולם הדומם ועולם הטבע כאחד.

לייל לא פסל כליל את הקטסטרופיזם, אך אמר כי אירועים דרמטיים מעין אלה שדיברו עליהם הקטסטרופיסטים התרחשו רק לעתים נדירות, ובמשך רוב הזמן היתה פעולת הכוחות הגיאולוגיים אוניפורמית - אחידה. הוא היה הראשון שקבע באורח נחרץ שגיל כדור הארץ צריך להימדד במיליוני שנים, ולא באלפים. התפתחות חדשה אחרת בתקופה זו של אמצע המאה ה-19 היתה עבודתו של ז'ן-לואי אגסי, שהצביע על חשיבות הקרחונים בעיצוב פני השטח של עולמנו, ועל התפקיד המרכזי שמילאו תקופות הקרח בגיאולוגיה של מאות אלפי השנים האחרונות.

כאשר פרסם צ'רלס דרווין את תורת האבולוציה, השתמע ממנה כי משך קיומו של העולם רב אפילו מכפי ששיער לייל, שכן הזמן הדרוש לאבולוציה של החיים לפי תורת דרווין היה צריך להימדד במאות מיליוני שנים, אם לא במיליארדים. כאן התעוררה בעיה, כי חישובי הפיסיקאים של המאה ה-19 (על סמך ההנחה שכדור הארץ היה לוהט כמו השמש בראשית דרכו, והלך והצטנן מאז) הצביעו על גיל של כמה עשרות מיליוני שנים "בלבד". אולם עם גילוי הרדיואקטיביות בפרוס המאה ה-20, כאשר התברר כי חומרים רדיואקטיביים בליבת כדור הארץ אחראים חלקית לחום האגור בה, יושבה המחלוקת בין הגיאולוגיה והפיסיקה.

בארץ ישראל מתקיים מגוון רב של תופעות גיאולוגיות מעניינות. אחת התופעות היותר מרתקות היא בקע הירדן וים המלח. זהו בקע פעיל (אף כיום), והוא מהווה חלק ממערכת בקעים עולמית (הבקע הסורי-אפריקני). המכתשים באיזור מצפה רמון הם תופעה גיאולוגית וגיאומורפולוגית חריגה ומרהיבה ביופייה. שלל הצבעים של סלעי אילת ואבן החול הססגונית בנגב משמשים אף הם נושא למחקר בתחום הגיאולוגיה. ראו על כך ביתר הרחבה בערך ארץ ישראל.

במאה ה-20 התפתחה הגיאולוגיה והסתעפה, הודות לפיתוחם של מכשירי מחקר חדשים, להתקדמות בתחומים סמוכים כמו כימיה וביולוגיה, ולהופעת רעיונות חדשים ומעניינים. המחלוקת הישנה בין הנפטוניסטים והוולקניסטים, ובגרסתה המאוחרת יותר, בין האוניפורמיטריאנים והקטסטרופיסטים, באה על יישובה משהוברר כי אלה כמו אלה צדקו - קרום כדור הארץ אכן השתנה בהדרגה, אולם ההדרגתיות נקטעה מפעם לפעם באירועים דרמטיים כמו פגיעת המטאוריט בצ'יקשולוב (Chixculub), בחצי-האי יוקטן במקסיקו, שהכחידה את הדינוזאורים. ב-1912 הניח אלפרד וגנר את יסודותיה של טקטוניקת הלוחות. במרוצת המאה התפתחו במרץ רב תחומיה המעשיים יותר של הגיאולוגיה, עקב הצורך ההולך וגובר במחצבים לתעשייה ובדלק.