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2. Storia del pensiero Geologico
Gli antichi consideravano le varie forme e i processi geologici come opera degli dei, e guardavano l'ambiente naturale con timore e meraviglia. I sumeri e i babilonesi, ad esempio, pur avendo raggiunto un buon livello di conoscenza sia in matematica sia in astronomia, non avevano saputo interpretare o spiegare la natura e le caratteristiche dei processi geologici.
Le leggende irlandesi, per citare un secondo esempio, narrano come i giganti fossero responsabili di vari fenomeni naturali, come le formazioni di basalti colonnari, ora conosciute appunto come "Selciato del gigante". Spiegazioni mitologiche dello stesso tenore erano comuni anche tra le civiltà del Nuovo Mondo: ad esempio i solchi sul fianco della cosiddetta Torre del Diavolo, nel Wyoming, erano interpretati come unghiate lasciate da un gigantesco orso. neomeds.net

Antichità e Medioevo
In modo analogo, nelle civiltà greca e romana, vi era un'identificazione tra molte divinità e i fenomeni naturali. Ad esempio, le eruzioni vulcaniche in Sicilia erano attribuite al dio Vulcano. Il filosofo greco Talete di Mileto, nel VI secolo a. C., fu il primo a mettere in discussione la mitologia tradizionale e a considerare i fenomeni geologici come eventi naturali che era possibile esaminare alla luce della ragione. Democrito mosse un passo ulteriore in questa visione naturalistica, ipotizzando che tutta la materia fosse composta da atomi. Sulla base della teoria atomistica, egli elaborò spiegazioni razionali di tutti i processi geologici: terremoti, eruzioni vulcaniche, ciclo dell'acqua, erosione e sedimentazione. Aristotele, il più influente filosofo della natura dell'antichità, riconobbe nel IV secolo a.C. che i fossili di conchiglie rinvenuti in strati di rocce sedimentarie erano del tutto analoghi alle conchiglie che si potevano trovare lungo le spiagge; da questa osservazione egli dedusse che le posizioni relative del mare e della terraferma dovevano essere variate nel passato, e che questi cambiamenti potevano avere richiesto lunghi periodi di tempo. Teofrasto, discepolo di Aristotele, contribuì al pensiero geologico scrivendo il primo trattato di mineralogia, un'opera che ebbe grande influenza per tutto il corso del Medioevo e oltre.

Il Rinascimento
Il Rinascimento segnò letteralmente l'inizio di una nuova era per le scienze della Terra: si riprese a osservare i fenomeni geologici con interesse e metodo scientifico. Leonardo da Vinci, ad esempio, comprese come i fenomeni di erosione modificassero le forme del paesaggio e come i fossili presenti nei calcari dell'Appennino fossero resti di organismi marini vissuti sul fondo di un mare che in tempi remoti si estendeva sull'Italia. Sulla scorta di Leonardo, il filosofo francese Bernard Palissy svolse studi scientifici sui suoli, le acque di falda e i fossili. Nello stesso periodo il tedesco Georgius Agricola scrisse trattati sui minerali e sui fossili destinati a rimanere classici: De natura fossilium (1546) e De re metallica (1556); egli raccolse in queste sue opere i più recenti sviluppi di geologia, mineralogia, arte mineraria e metallurgia.

Il XVII secolo
Il danese Niels Stensen, meglio conosciuto col nome latinizzato di Stenone, spicca tra gli scienziati che nel XVII secolo si interessarono ai fenomeni geologici. Nel 1669 egli mostrò che gli angoli tra le facce dei cristalli di quarzo erano costanti, indipendentemente dalla forma e dalle dimensioni del cristallo e che ciò, per estensione, doveva valere anche per altre specie cristalline: studiando le varie forme cristalline, pose le basi della moderna cristallografia. Le osservazioni di Stenone sulla natura degli strati rocciosi lo condussero a formulare inoltre la legge di sovrapposizione, uno dei principi basilari della stratigrafia (vedi oltre).

XVIII e XIX secolo
Il pensiero geologico durante il XVIII secolo fu caratterizzato da dibattiti fra scuole contrastanti. Ai cosiddetti plutonisti, i quali sostenevano che le rocce della Terra si fossero tutte formate per solidificazione da una massa fusa e per alterazione successiva, si opponevano i nettunisti, il cui maggior esponente era il geologo tedesco Abraham Gottlob Werner. Questi ipotizzava che la crosta terrestre fosse costituita da una serie di strati prodotti dal processo di sedimentazione meccanica e chimica in un vasto oceano, in sequenza regolare, come gli strati di una cipolla. Viceversa, il geologo scozzese James Hutton e i plutonisti distinguevano le rocce sedimentarie da quelle intrusive di origine ignea. Nel 1785 Hutton introdusse il concetto di attualismo, secondo il quale la storia della Terra può essere interpretata solamente sulla base di processi geologici familiari agli osservatori moderni: la maggior parte di questi processi, operando con la stessa lentezza con cui si svolgono attualmente, avrebbe dunque impiegato milioni di anni per produrre le forme geologiche da noi conosciute. Questa teoria lo mise in contrasto con le opinioni teologiche del suo tempo, che assegnavano alla Terra un'età di soli 4000 anni. Gli antagonisti di Hutton, tra i quali il naturalista francese Georges Cuvier, credevano invece che responsabili delle caratteristiche geologiche della Terra fossero violenti e bruschi cambiamenti, come terremoti e inondazioni. Per questa ragione, essi erano denominati catastrofisti.
Il dibattito che ebbe luogo tra queste due scuole cominciò a volgere in favore degli attualisti con la pubblicazione da parte di Charles Lyell dei Principles of Geology (1830-1833). Nato nel 1797, lo stesso anno della morte di Hutton, Lyell fu tra i padri delle moderne teorie geologiche, in quanto attaccò coraggiosamente i pregiudizi teologici riguardo l'età della Terra e respinse i tentativi di interpretare la geologia alla luce delle Scritture.
Oltre al lavoro di Lyell, i principali sviluppi del XIX secolo furono i seguenti: nuove reazioni ai concetti geologici tradizionali; l'abbozzo della teoria glaciale; gli esordi della geomorfologia; le teorie orogenetiche; l'avvento delle esplorazioni marine e lo sviluppo della cosiddetta scuola strutturalista (vedi oltre).

Teoria glaciale
La teoria glaciale si fonda sul lavoro di Lyell e di molti altri. Proposta per la prima volta intorno al 1840, essa interpretava alcuni tipi di deposito come dovuti a ghiacciai e coltri glaciali presenti in epoca pleistocenica fino a latitudini inferiori rispetto alle attuali. Il naturalista svizzero Horace Bénédict de Saussure fu tra i primi a riconoscere nei ghiacciai alpini i responsabili del trasporto di massi erratici. Il naturalista svizzero-statunitense Louis Agassiz interpretò correttamente l'impatto di questi agenti di erosione e trasporto e, con i suoi collaboratori, accumulò un gran numero di prove a sostegno del concetto di avanzata e ritiro dei ghiacciai continentali e montani.

Stratigrafia
Grandi progressi in stratigrafia sono dovuti al geologo britannico William Smith, che definì gli strati dell'Inghilterra e li riportò su una carta geologica rimasta fino ai nostri giorni sostanzialmente invariata. Dopo lo sviluppo della teoria evoluzionistica di Charles Darwin, verso la fine del secolo scorso le conoscenze di Smith condussero al principio di successione faunistica, secondo il quale la vita di ogni periodo della storia terrestre ha caratteristiche peculiari. Pertanto, attraverso lo studio dei fossili, è possibile giungere alla ricostruzione di una sequenza cronologica completa della storia terrestre, nota come scala dei tempi geologici.

Cicli di attività geologica
Molti geologi del XIX secolo giunsero a comprendere che la Terra è un pianeta attivo dal punto di vista termico e dinamico, internamente ed esternamente. I cosiddetti strutturalisti o neocatastrofisti sostenevano che avvenimenti catastrofici potessero spiegare la formazione delle caratteristiche topografiche della Terra. Pertanto, il geologo britannico William Buckland e i suoi seguaci postularono frequenti cambiamenti del livello del mare per spiegare la presenza di discontinuità nelle sequenze stratigrafiche. Viceversa Hutton vedeva la storia della Terra in termini di cicli successivi di attività geologica. Le fasce di rocce interessate da molteplici fenomeni di ripiegamento erano per Hutton l'esito di una sequenza di questi cicli: egli le chiamò fasce orogenetiche, e diede il nome di orogenesi al processo di ripiegamento e sollevamento che conduce alla formazione delle catene montuose. Altri geologi sostennero successivamente questo concetto, e vennero distinte quattro orogenesi principali: l'huroniana (alla fine del Precambriano); la caledoniana (nella prima parte del Paleozoico); l'ercinica (alla fine del Paleozoico) e l'alpina (alla fine del Cretaceo).

Il XX secolo
I progressi tecnologici realizzati nel XX secolo hanno fornito ai geologi nuovi e sofisticati strumenti, tali da consentire misurazioni precise dei processi che avvengono sulla Terra. In termini di teoria di base, la geologia ha visto una profonda rivoluzione con l'introduzione e lo sviluppo dell'ipotesi della tettonica a zolle, secondo la quale la crosta terrestre è suddivisa in un determinato numero di placche che nel corso dei tempi geologici si spostano, entrano in collisione e si frammentano. Le grandi placche crostali hanno origine in corrispondenza delle dorsali medio-oceaniche o in altre dorsali che fungono da centri di espansione (producendo nuova crosta).

3. Storia Geologica
Le testimonianze sulla storia geologica sono fornite da diversi tipi principali di roccia, ognuno prodotto da una differente attività crostale: 1) l'erosione e la sedimentazione producono sequenze di strati di rocce sedimentarie; 2) la roccia fusa, spinta verso la superficie a partire da camere magmatiche situate in profondità, si raffredda e dà luogo a formazioni ignee nella parte superiore della crosta terrestre, che costituiscono una testimonianza di attività vulcanica; 3) le strutture prodotte in rocce preesistenti rimangono a testimonianza di deformazione crostale.

Cambriano
Durante il Cambriano, da 570 a circa 500 milioni di anni fa, varie forme di vita popolarono i mari, ma non le terre emerse. La vita animale era costituita interamente da invertebrati e gli animali più comuni erano trilobiti, una forma di artropodi attualmente estinta. Le collisioni multiple fra le placche della crosta terrestre diedero origine al primo supercontinente: Gondwana.

Ordoviciano
Durante l'Ordoviciano, che si estende da 500 a circa 430 milioni di anni fa, fecero la loro comparsa molti importanti gruppi di organismi, quali coralli, crinoidi e briozoi. Si diffusero anche i più antichi vertebrati noti, particolari pesci dotati di corazza e privi di mandibola.

Siluriano
Nel corso del Siluriano, tra i 430 e i 395 milioni di anni fa, si svilupparono le prime forme di vita su terraferma; comparvero le psilofite, semplici piante dotate di un sistema vascolare, e animali simili a scorpioni e affini agli euripteridi (artropodi marini attualmente estinti). Le trilobiti cominciarono a declinare sia in numero sia in varietà. Nei mari si diffusero le scogliere coralline, i cefalopodi e i pesci dotati di mandibola.

Devoniano
Nel Devoniano, periodo che durò da circa 395 a 345 milioni di anni fa, i pesci cominciarono ad adattarsi anche alla vita in acqua dolce. Comparvero varietà corazzate dotate o meno di mandibola, squali primitivi e pesci ossei probabilmente antenati degli anfibi. Su terraferma si diffusero le felci giganti.

Carbonifero
Il Carbonifero, che durò da circa 345 a 280 milioni di anni fa, fu caratterizzato dall'estinzione quasi completa delle trilobiti e dalla ampia diffusione di coralli, crinoidi, brachiopodi e, in generale di varie specie di molluschi. Il clima caldo e umido favorì il grande sviluppo di foreste in zone palustri, dove si sarebbero formati i più imponenti giacimenti di carbone dei giorni nostri. Le piante dominanti erano forme arboree di licopodiali, equisetine e pteridosperme (felci ora estinte). Gli anfibi si diffusero dando origine ai rettili, i primi vertebrati completamente adattati alla vita su terraferma; comparvero alcuni insetti alati, simili a enormi libellule.

Permiano
Nel corso del Permiano, da 280 a 225 milioni di anni fa, le terre emerse si aggregarono in una singola massa continentale, che i geologi chiamarono Pangea. Comparvero nell'emisfero settentrionale le prime vere conifere, che presero il posto della foresta tipica del periodo precedente. I cambiamenti climatici causati dalla ridistribuzione delle terre emerse provocarono la più grande estinzione di massa di tutti i tempi.

Triassico
L'inizio dell'era mesozoica, circa 225 milioni di anni fa, è contrassegnato dalla ricomparsa di Gondwana, dovuta alla spaccatura di Pangea in due supercontinenti: uno settentrionale (Laurasia) e uno meridionale. Le forme di vita cambiarono nettamente: comparvero i primi mammiferi, ma soprattutto i dinosauri e le tartarughe, che valsero al Mesozoico il nome di "era dei rettili". Nel regno vegetale, apparvero nuove famiglie di pteridosperme, conifere, cicadine e ginkgoali.

Giurassico
Il Giurassico, che si concluse circa 136 milioni di anni fa, vide la riframmentazione di Gondwana, l'espansione dell'Atlantico settentrionale e la nascita di quello meridionale. I dinosauri giganti dominavano la terraferma, mentre aumentava il numero di rettili marini, come ittiosauri e plesiosauri. Comparvero uccelli primitivi e coralli di tipo moderno. Tra gli artropodi si evolvettero animali simili a granchi e ad aragoste.

Cretaceo
Durante il Cretaceo, che si estende da circa 136 a 65 milioni di anni fa, i dinosauri evolvettero in forme altamente specializzate, ma scomparvero improvvisamente al termine del periodo, insieme a molte altre forme di vita. I cambiamenti che ebbero luogo nel regno vegetale sono i più cospicui mai verificatisi nel mondo organico in tutta la storia della Terra. Nell'ultima parte del periodo comparvero le angiosperme (piante con fiore).

Terziario
Il Terziario, concluso circa 1,8 milioni di anni fa, fu caratterizzato da forme di vita marine e terrestri più simili a quelle dei nostri giorni. La vegetazione erbacea ebbe una grande diffusione, e ciò determinò netti cambiamenti nella dentatura degli erbivori. Con la scomparsa della maggior parte dei rettili alla fine dell'era precedente, i mammiferi divennero le forme di vita dominanti; si svilupparono piccoli animali simili a cavalli, e rinoceronti, tapiri, ruminanti, balene e i predecessori degli elefanti. Nell'Oligocene apparvero membri delle famiglie dei canidi e dei felidi, come pure alcune specie di scimmie. Nel Miocene si diffusero i marsupiali e comparvero le prime scimmie antropomorfe. Nel Pliocene i mammiferi placentati raggiunsero il loro apice in quanto a numero e varietà di specie.

Quaternario
Nel corso del Quaternario, iniziato circa 1,8 milioni di anni fa, coltri glaciali continentali intermittenti ricoprirono gran parte dell'emisfero settentrionale. I resti fossili testimoniano inoltre la presenza di specie preumane in Africa centromeridionale, in Cina, e nell'isola di Giava, durante il Pleistocene inferiore e medio. La specie umana moderna (Homo sapiens) comparve alla fine del Pleistocene. Alla fine dell'ultimo ritiro glaciale ha inizio l'ultima suddivisione della scala dei tempi geologici: l'Olocene.

4. Campi di studio geologico
La geologia si occupa della storia terrestre, compresa la storia della vita, e di tutti i processi fisici che si svolgono in superficie e nella crosta; essa può essere suddivisa in due grandi settori: la geologia "fisica" e la geologia "storica". La prima comprende campi come la geofisica, la petrologia e la mineralogia, e si interessa ai processi e alle forze che danno forma all'esterno della Terra e operano al suo interno. La geologia storica si occupa invece principalmente dell'evoluzione attraverso il tempo della superficie terrestre e delle sue forma di vita, e comprende ricerche di paleontologia, stratigrafia, paleogeografia e geocronologia.

Geofisica
Scopo della geofisica è dedurre le proprietà fisiche della Terra e la sua composizione interna attraverso lo studio di vari fenomeni fisici. Ad esempio, i geofisici studiano il campo geomagnetico, il paleomagnetismo di rocce e suoli, i flussi di calore attraverso le rocce, la forza di gravità e le modalità di propagazione delle onde sismiche (vedi Sismologia). Come sottodisciplina, la geofisica applicata si interessa a fenomeni di piccola scala e ai dettagli strutturali delle zone poco profonde della crosta terrestre, come duomi salini, sinclinali e faglie. La prospezione geofisica si avvale di informazioni geofisiche e geologiche per risolvere problemi pratici connessi alla ricerca di petrolio e gas, per individuare acquiferi, per rilevare la presenza di mineralizzazioni metallifere e per varie applicazioni di ingegneria civile.

Geochimica
La geochimica riguarda in generale la chimica della Terra, ma si suddivide in diverse sottodiscipline, come la geochimica sedimentaria, la geochimica organica, la geochimica ambientale e molte altre. Di grande interesse in questo campo sono l'origine e l'evoluzione degli elementi presenti in natura e la classificazione di rocce e minerali, nonché la distribuzione e l'abbondanza degli elementi chimici nei minerali, nelle rocce, nei suoli, nelle forme di vita, nell'acqua e nell'atmosfera. La conoscenza del ciclo degli elementi in natura – ad esempio i cicli del carbonio, dell'azoto, del fosforo e dello zolfo – ha un grande significato pratico, come pure lo studio della distribuzione e dell'abbondanza degli isotopi e della loro stabilità. La prospezione geochimica è l'applicazione pratica dei principi teorici della geochimica all'esplorazione mineraria.

Petrologia
La petrologia tratta dell'origine, della distribuzione, della struttura e della storia delle rocce, in particolare delle rocce ignee e delle rocce metamorfiche (lo studio dei sedimenti e delle rocce sedimentarie è conosciuto più specificamente come petrologia sedimentaria). La petrografia, una disciplina correlata, si occupa invece della descrizione e delle caratteristiche delle rocce cristalline esaminate al microscopio polarizzatore. I petrologi studiano i cambiamenti che si producono spontaneamente in masse rocciose quando il magma di origine solidifica, quando la roccia solida fonde in parte o completamente, o quando sedimenti subiscono trasformazioni chimiche o fisiche. Chi lavora in questo campo si occupa specificamente della cristallizzazione di minerali e della solidificazione di vetri da materiali fusi ad alte temperature (processi ignei), della ricristallizzazione di minerali ad alte temperature anche in assenza di fusione (processi metamorfici), dello scambio di ioni tra minerali e rocce solide e fasi fluide migranti (processi metasomatici e diagenetici) e infine dei processi sedimentari, che comprendono alterazione, trasporto e deposizione.

Mineralogia
La mineralogia studia la natura dei minerali presenti nella crosta terrestre, nei campioni di rocce lunari e nelle meteoriti; comprende la cristallografia che si occupa specificamente della forma e della struttura interna di cristalli naturali e artificiali. I mineralisti studiano la formazione, la distribuzione, le proprietà chimiche e fisiche, la composizione e la classificazione dei minerali.

Geologia strutturale
Originariamente interessata all'analisi delle deformazioni degli strati sedimentari, la geologia strutturale studia ora le deformazioni delle rocce in generale. La cosiddetta geologia strutturale comparata si occupa delle deformazioni a grande scala, in contrasto con gli approcci teoretico e sperimentale, che si avvalgono dello studio microscopico di granuli di minerali in rocce deformate. I geologi impegnati nella ricerca di carbone e petrolio devono normalmente avvalersi di conoscenze di geologia strutturale, infatti l'individuazione di trappole strutturali che possono trattenere il petrolio è un'informazione di fondamentale importanza per la scoperta di giacimenti petroliferi.

Sedimentologia
La sedimentologia è lo studio dei depositi sedimentari marini o terrestri, antichi e recenti, in particolare delle loro faune, flore, mineralizzazioni, e della loro evoluzione nel tempo e nello spazio. I sedimentologi si interessano alle caratteristiche di rocce dalla diversa consistenza, nelle loro naturali sequenze di deposizione, cercando di ricostruire gli antichi ambienti terrestri. Lo studio delle rocce sedimentarie si avvale di dati e metodi di altri rami della geologia, come la stratigrafia, la geologia marina, la geochimica, la mineralogia e la geologia ambientale.

Paleontologia
La paleontologia si occupa delle forma di vita del passato e comprende lo studio degli animali (paleozoologia) e delle piante fossili (paleobotanica). L'esame di fossili microscopici (micropaleontologia) prevede tecniche diverse da quelle impiegate per i campioni più grandi. Si chiama paleontografia la descrizione formale sistematica dei fossili animali e vegetali.

Geomorfologia
La geomorfologia ha lo scopo di fornire un modello operativo per la ricerca sulla parte esterna della Terra. I geomorfologi spiegano le forme della superficie terrestre in termini di principi teorici riguardanti l'azione dei ghiacciai, i processi fluviali, il trasporto eolico, l'erosione e l'alterazione superficiale. Le principali sottodiscipline si concentrano sulle influenze tettoniche (morfotettonica), su quelle del clima (geomorfologia climatica) e sulla misurazione e analisi statistica di parametri morfologici (geomorfologia quantitativa).

Geologia economica
La geologia economica è rivolta all'analisi, all'esplorazione e allo sfruttamento di materiali di origine geologica (combustibili fossili, minerali metallici e non metallici), dell'acqua e dell'energia geotermica.

Geologia applicata e ambientale
Costituisce l'applicazione dei principi della geologia alla ricerca e allo studio dei materiali naturali, del suolo, delle rocce, delle acque superficiali e di falda, la cui analisi è preliminare a qualsiasi progetto di ingegneria civile (realizzazione di dighe, ponti, autostrade, oleodotti e gasdotti, edifici residenziali e discariche per rifiuti). La geologia ambientale prevede la raccolta e l'analisi di dati geologici al fine di risolvere problemi generati dall'uso umano dell'ambiente naturale. Tra questi problemi vi sono i rischi per la vita umana e le proprietà, comportati dalla costruzione di case e altre strutture in aree soggette a rischio geologico, in particolare a terremoti, frane, erosione costiera e inondazioni. Il campo di studio della geologia ambientale è estremamente ampio e comprende scienze come la geochimica e l'idrologia, così come cognizioni di scienze biologiche, di geografia antropica e di ingegneria.

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