Khác biệt giữa bản sửa đổi của “Địa chất học”

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Nội dung được xóa Nội dung được thêm vào
Dòng 125: Dòng 125:


==Các phương pháp nghiên cứu ==
==Các phương pháp nghiên cứu ==
Các nhà địa chất sử dụng các phương pháp thực địa, phân tích trong phòng thí nghiệm, và mô hình số để giải mã lục sử Trái đất và hiểu các quá trình xảy ra trên Trái đất. Trong các cuộc khảo sát địa chất, các nhà địa chất thường dùng các thông tin nguyên thủy liên quan đến [[thạch học]] (nghiên cứu về các loại đá), [[địa tầng học]] (nghiên cứu các lớp trầm tích), và [[địa chất cấu tạo]] (nghiên cứu về thế nằm và sự biến dạng của đá). Trong một số trường hợp, các nhà địa chất cũng nghiên cứu [[đất]], [[sông]], [[địa hình]], và [[băng hà]]; khảo sát sự sống hiện tại và quá khứ và các con đường [[địa hóa]], và sử dụng các phương pháp [[địa vật lý]] để khảo sát phần bên dưới mặt đất.
===Các phương pháp thực địa===
===Các phương pháp thực địa===
[[File:USGS 1950s mapping field camp.jpg|400px|thumb|right|Cắm trại tại khu vực đo vẽ bản đồ của [[USGS]] thập niên 1950.]]
[[File:PDA Mapping.jpg|thumb|right|Today, [[máy tính xách tay]] kèm với [[GPS]] và phần mềm [[hệ thống thông tin địa lý]] thường được sử dụng trong công tác khảo sát thực tế.]]

Công việc khảo sát địa chất thực tế hay thực địa thay đổi tùy theo nhiệm vụ được giao (đặt ra). Các công việc thông thường bao gồm:
* Lập [[bản đồ địa chất]]
** Bản đồ cấu trúc: xác định các vị trí của các thành tạo đá chính và các đứt gãy, nếp uốn tác động lên (tạo ra) nó.
** Bản đồ địa tầng: Xác định các vị trí của các [[tướng trầm tích]] ([[tướng thạch học]] và [[tướng sinh học]]) hoặc lập bản đồ [[đẳng dày]] của các lớp đá trầm tích
** Bản đồ Surficial: Xác định vị trí của các loại đất và các tích tụ surficial
* Khảo sát các đặc điểm địa hình
** Tạo ra [[bản đồ địa hình]]
** Khảo sát sự thay đổi của địa hình cảnh quan bao gồm:
*** Các dạng [[xói mòn]] và [[tích tụ (địa chất)|tích tụ]]
*** Thay đổi lòng sông tạo ra [[khúc uốn]] và thay đổi[[mực xâm thực cơ sở]] (avulsion)?
*** Các quá trình sườn
* Lập bản đồ dưới bề mặt bằng phương pháp [[địa vật lý]].
** Các phương pháp bao gồm:
*** Khảo sát bằng [[sóng địa chấn]] ở độ sâu nông
*** [[Thẩm thấu radar mặt đất]] (GPR)
*** [[Ảnh điện trở]]
** Các phương pháp được sử dụng trong:
*** [[Địa vật lý thăm dò|Tìm kiếm hydrocacbon]]
*** Tìm [[nước ngầm]]
*** [[Địa vật lý khảo cổ|Xác định vị trí các kiến trúc cổ bị chôn vùi]]
* Địa tầng học phân giải cao
** Đo đạc và mô tả các mặt cắt địa tầng trên bề mặt
** Khoan giếng và [[đo đạc trong giếng]]
* [[Sinh địa hóa học]] và [[vi sinh địa học]]
** Thu thập mẫu để:
*** Xác định các [[đường sinh hóa]]
*** Xác định các tổ hợp [[loài]] mới
*** Xác định các hợp chất hóa học mới
** Và sử dụng các phát hiện này để
*** Hiểu sự sống trước đây trên Trái đất và nó thực hiện chức năng và trao đổi chất như thế nào
*** Tìm kiếm các hợp chất quan trọng để sử dụng trong dược phẩm.
* [[Cổ sinh vật học]]: khai quật các vật liệu [[hóa thạch]]
** Dùng nghiên cứu sự sống trong quá khứ và [[sự tiến hóa]]
** Dùng trưng bày trong [[bảo tàng]] và giáo dục
* Thu thập mẫu để nghiên cứu [[Niên đại địa chất]] và [[Niên đại chính xác]] (thermochronology) ?
* [[Băng hà học]]: đo đạc các đặc điểm của băng hà và sự di chuyển của chúng
===Các phương pháp trong phòng thí nghiệm===
===Các phương pháp trong phòng thí nghiệm===
[[Image:lecia dmrx.jpg|thumb|200px|right|Kính hiển vi nghiên cứu thạch học, gồm [[kính hiển vi quang học]] với tấm lọc [[ánh sáng phân cực]], là [[lăng kính lồi]], và cái bù dùng phân tích tinh thể học.]]
====Thạch học====
====Thạch học====
{{main|Thạch học}}

In addition to the field identification of rocks, petrologists identify rock samples in the laboratory. Two of the primary methods for identifying rocks in the laboratory are through [[optical microscopy]] and by using an [[electron microprobe]]. In an [[optical mineralogy]] analysis, [[thin section]]s of rock samples are analyzed through a [[petrographic microscope]], where the minerals can be identified through their different properties in plane-polarized and cross-polarized light, including their [[birefringence]], [[pleochroism]], [[Crystal twinning|twinning]], and interference properties with a [[Conoscopy|conoscopic lens]].<ref>{{cite book|isbn=0195060245|author=William D. Nesse.|year=1991|publisher=Oxford University Press|location=New York|title=Introduction to optical mineralogy}}</ref> In the electron microprobe, individual locations are analyzed for their exact chemical compositions and variation in composition within individual crystals.<ref>{{cite journal|doi=10.1111/j.1365-3091.1985.tb00470.x|title=A new approach to provenance studies: electron microprobe analysis of detrital garnets from Middle Jurassic sandstones of the northern North Sea|year=1985|author=Morton, ANDREW C.|journal=Sedimentology|volume=32|pages=553}}</ref> [[Stable isotope|Stable]]<ref>{{cite journal|doi=10.1016/S0012-8252(02)00133-2|title=Stable isotope geochemistry of ultrahigh pressure metamorphic rocks from the Dabie–Sulu orogen in China: implications for geodynamics and fluid regime|year=2003|author=Zheng, Y|journal=Earth-Science Reviews|volume=62|pages=105}}</ref> and [[radioactive isotope]]<ref>{{cite journal|doi=10.1016/0012-821X(95)00052-E|title=Magma dynamics at Mt Etna: Constraints from U-Th-Ra-Pb radioactive disequilibria and Sr isotopes in historical lavas|year=1995|author=Condomines, M|journal=Earth and Planetary Science Letters|volume=132|pages=25}}</ref> studies provide insight into the [[Geochemistry|geochemical]] evolution of rock units.

Petrologists use [[Fluid inclusions|fluid inclusion]] data<ref>{{cite book|isbn=0412006014|author=T.J. Shepherd, A.H. Rankin, D.H.M. Alderton.|year=1985|publisher=Blackie|location=Glasgow|title=A practical guide to fluid inclusion studies}}</ref> and perform high temperature and pressure physical experiments<ref>{{cite journal|doi=10.1007/BF00375521|title=Experimental petrology of alkalic lavas: constraints on cotectics of multiple saturation in natural basic liquids|year=1987|author=Sack, Richard O.|journal=Contributions to Mineralogy and Petrology|volume=96|pages=1}}</ref> to understand the temperatures and pressures at which different mineral phases appear, and how they change through igneous<ref>{{cite book|isbn=9780763734480|author=Alexander R. McBirney.|year=2007|publisher=Jones and Bartlett Publishers|location=Boston|title=Igneous petrology}}</ref> and metamorphic processes. This research can be extrapolated to the field to understand metamorphic processes and the conditions of crystallization of igneous rocks.<ref>{{cite book
| isbn = 9780939950348
| author = Frank S. Spear
| year = 1995
| publisher = Mineralogical Soc. of America
| location = Washington, DC
| title = Metamorphic phase equilibria and pressure-temperature-time paths}}</ref> This work can also help to explain processes that occur within the Earth, such as [[subduction]] and [[magma chamber]] evolution.
====Địa chất cấu tạo====
====Địa chất cấu tạo====
[[File:Orogenic wedge.jpg|thumb|left|300px|A diagram of an orogenic wedge. The wedge grows through faulting in the interior and along the main basal fault, called the [[Decollement|décollement]]. It builds its shape into a [[critical taper]], in which the angles within the wedge remain the same as failures inside the material balance failures along the décollement. It is analagous to a bulldozer pushing a pile of dirt, where the bulldozer is the overriding plate.]]

{{main|Structural geology}}
Structural geologists use microscopic analysis of oriented [[thin section]]s of geologic samples to observe the [[fabric (geology)|fabric]] within the rocks which gives information about strain within the crystal structure of the rocks. They also plot and combine measurements of geological structures in order to better-understand the orientations of faults and folds in order to reconstruct the history of rock deformation in the area. In addition, they perform analog and numerical experiments of rock deformation in large and small settings.

The analysis of structures is often accomplished by plotting the orientations various features onto [[stereographic projection|stereonet]]s. A stereonet is a stereographic projection of a sphere onto a plane, in which planes are projected as lines and lines are projected as points. These can be used to find the locations of [[Fold (geology)|fold axes]], relationships between several faults, and relationships between other geologic structures.

Among the most well-known experiments in structural geology are those involving [[orogenic wedge]]s, which are zones in which [[mountain]]s are built along [[convergent boundary|convergent]] tectonic plate boundaries.<ref>{{cite journal|doi=10.1146/annurev.ea.18.050190.000415|title=Critical Taper Model of Fold-And-Thrust Belts and Accretionary Wedges|year=1990|author=Dahlen, F A|journal=Annual Review of Earth and Planetary Sciences|volume=18|pages=55}}</ref> In the analog versions of these experiments, horizontal layers of sand are pulled along a lower surface into a back stop, which results in realistic-looking patterns of faulting and the growth of an [[critical taper|critically-tapered]] (all angles remain the same) orogenic wedge.<ref>{{cite journal|doi=10.1016/S0191-8141(97)00096-5|title=Material transfer in accretionary wedges from analysis of a systematic series of analog experiments|year=1998|author=Gutscher, M|journal=Journal of Structural Geology|volume=20|pages=407}}</ref> Numerical models work in the same way as these analog models, though they are often more sophisticated and can include patterns of erosion and uplift in the mountain belt.<ref>{{cite journal|doi=10.1146/annurev.ea.23.050195.002111|title=Modeling the Topographic Evolution of Collisional Belts|year=1995|author=Koons, P O|journal=Annual Review of Earth and Planetary Sciences|volume=23|pages=375}}</ref> This helps to show the relationship between erosion and the shape of the mountain range. These studies can also give useful information about pathways for metamorphism through pressure, temperature, space, and time.<ref>Dahlen, F. A., Suppe, J. & Davis, D. J. geophys. Res. 89, 10087−10101 (1983).</ref>
====Địa tầng học====
====Địa tầng học====
[[File:Exploration geologist.jpg|thumb|right|300px|Exploration geologists examining a freshly-recovered drill core. [[Chile]], 1994.]]

{{main|Stratigraphy}}
In the laboratory, stratigraphers analyze samples of stratigraphic sections that can be returned from the field, such as those from [[drill core]]s.<ref>{{cite journal|doi=10.1029/94PA01838|title=Magnetostratigraphic, Biostratigraphic, and Stable Isotope Stratigraphy of an Upper Miocene Drill Core from the Salé Briqueterie (Northwestern Morocco): A High-Resolution Chronology for the Messinian Stage|year=1994|author=Hodell, David A.|journal=Paleoceanography|volume=9|pages=835}}</ref> Stratigraphers also analayze data from geophysical surveys that show the locations of stratigraphic units in the subsurface.<ref>{{cite book|isbn=0891810331|author=edited by A.W. Bally.|year=1987|publisher=American Association of Petroleum Geologists|location=Tulsa, Okla., U.S.A.|title=Atlas of seismic stratigraphy}}</ref> Geophysical data and [[well log]]s can be combined to produce a better view of the subsurface, and stratigraphers often use computer programs to do this in three dimensions.<ref>{{cite journal|doi=10.1306/02260403062|title=Three-dimensional reconstruction of geological surfaces: An example of growth strata and turbidite systems from the Ainsa basin (Pyrenees, Spain)|year=2004|author=Fernández, O.|journal=AAPG Bulletin|volume=88|pages=1049}}</ref> Stratigraphers can then use these data to reconstruct ancient processes occurring on the surface of the Earth,<ref>{{cite journal|doi=10.1130/0016-7606(1998)110<1105:TDSEOT>2.3.CO;2|title=Three-dimensional stratigraphic evolution of the Miocene Baltimore Canyon region: Implications for eustatic interpretations and the systems tract model|year=1998|author=Poulsen, Chris J.|journal=Geological Society of America Bulletin|volume=110|pages=1105}}</ref> interpret past environments, and locate areas for water and hydrocarbon extraction.

In the laboratory, [[biostratigraphy|biostratigraphers]] analyze rock samples from outcrop and drill cores for the fossils found in them.<ref name=hodell>{{cite journal|doi=10.1029/94PA01838|title=Magnetostratigraphic, Biostratigraphic, and Stable Isotope Stratigraphy of an Upper Miocene Drill Core from the Salé Briqueterie (Northwestern Morocco): A High-Resolution Chronology for the Messinian Stage|year=1994|author=Hodell, David A.|journal=Paleoceanography|volume=9|pages=835}}</ref> These fossils help scientists to date the core and to understand the [[Sedimentary depositional environment|depositional environment]] in which the rock units formed. Geochronologists precisely date rocks within the stratigraphic section in order to provide better absolute bounds on the timing and rates of deposition.<ref>{{cite journal|doi=10.1016/S0277-3791(98)00077-8|title=Submerged Late Pleistocene reefs on the tectonically-stable S.E. Florida margin: high-precision geochronology, stratigraphy, resolution of Substage 5a sea-level elevation, and orbital forcing.|year=1999|author=Toscano, M|journal=Quaternary Science Reviews|volume=18|pages=753}}</ref> Magnetic stratigraphers look for signs of magnetic reversals in igneous rock units within the drill cores.<ref name="hodell" /> Other scientists perform stable isotope studies on the rocks to gain information about past climate.<ref name="hodell" />

==Địa chất ứng dụng ==
==Địa chất ứng dụng ==
===Kinh tế địa chất===
===Kinh tế địa chất===

Phiên bản lúc 09:26, ngày 16 tháng 3 năm 2009

Các tỉnh địa chất trên thế giới
Vỏ đại dương
  0-20 Ma
  20-65 Ma
  >65 Ma
Vỏ lục địa
  Khiên
  Nền
  Tỉnh đá xâm nhập lớn
  Vỏ đại dương mở rộng

Địa chất học là một ngành thuộc các khoa học Trái Đất, là môn khoa học nghiên cứu về các vật chất rắn và lỏng cấu tạo nên Trái Đất, đúng ra là nghiên cứu thạch quyển bao gồm cả phần vỏ Trái Đất và phần cứng của manti trên. Địa chất học tập trung nghiên cứu: cấu trúc, đặc điểm vật lý, động lực, và [[lịch sử Trái đất|lịch sử của các vật liệu trên trái đất, kể cả các quá trình hình thành, vận chuyển và biến đổi của các vật liệu này.

Nguyên từ học

Lịch sử

Các nguyên lý quan trọng trong địa chất học

Có nhiều nguyên lý quan trọng được phát triển từ khi sơ khai đến khi nó trở thành một ngành khoa học chính thức. Một số trong các nguyên lý này liên quan đến sự định tuổi tương đối trong quan hệ địa tầng khi các tầng này được hình thành. Các nguyên lý này vẫn được áp dụng cho đến ngày nay theo cách mà nó cung cấp thông tin về lịch sử địa chất và thời gian diễn ra các sự kiện địa chất.

Nguyên tắc quan hệ xâm nhập, khi đá mácma xâm nhập lên bề mặt đất nó xuyên cắt qua các tầng nằm bên trên nó, thường là các tầng đá trầm tích. Khi đó dựa trên quan hệ này có thể xác định được các đá mác ma trẻ hơn các đá trầm tích bị nó cắt qua. Có một số kiểu xâm nhập khác nhau như laccolith, batholith, silldike.

Nguyên tắc quan hệ cắt theo mặt cắt, đề cập đến các đứt gãy và tuổi của đứt gãy. Đứt gãy trẻ hơn đá mà chúng cắt qua; nếu các đứt gãy này cắt qua hai hay nhiều loại đá theo thứ tự địa tầng, nếu chúng phát triển liên tục trên đá này mà không phát triển trên đá kia thì các đá bị cắt có tuổi cổ hơn đứt gãy, còn các đá không bị cắt có tuổi trẻ hơn đứt gãy. Tìm các dấu hiệu này trên đá có thể xác định được loại đứt gãy đó là đứt gãy thường hay đứt gãy sâu (trong toàn vỏ Trái đất).

Nguyên tắc bắt tù hay chứa, thường dùng trong đá trầm tích, khi mà một loại đá ngoại lai có mặt trong đá trầm tích, thì nó có tuổi cổ hơn tuổi đá trầm tích. Tương tự, trong đá mácma, khi một loại đá bị bao bọc bởi một đá mácma khác thì đá bị bao bọc có tuổi cổ hơn tuổi đá mácma chứa nó.

Nguyên tắc tương tự đề cập đến các quá trình địa chất diễn ra trong trong hiện tại cũng giống với các quá trình diễn ra trong quá khứ. Nguyên tắc này được phát triển từ nguyên tắc của nhà vật lý và địa chất học James Hutton thế kỷ 18, là "hiện tại là chìa khóa mở cách cửa quá khứ" nguyên văn: "the past history of our globe must be explained by what can be seen to be happening now" (Lịch sử trong quá khứ có thể được giải thích giống như những gì xảy ra trong hiện tại).

Nguyên tắc lớp nằm ngang nguyên thủy đề cập đến các lớp trầm tích tồn tại trong môi trường ở dạng đá gốc nằm ngang. Quan sát các lớp trầm tích hiện đại (đặc biệt là trầm tích biển) ở nhiều môi trường khác nhau cũng chứng minh cho nguyên tắc này (mặc dù trong tự nhiên các lớp này hơi nghiêng, nhưng xu hướng chung là nó nằm ngang).

Nguyên tắc xếp chồng để chỉ các lớp đá trầm tích trẻ hơn nằm trên các các lớp đá trầm tích cổ trong vùng yên tĩnh kiến tạo. Nguyên tắc này dùng để phân tích quan hệ của các lớp trầm tích trong cùng một mặt cắt đứng, theo đó có thể phân tích sự gián đoạn trầm tích trong toàn cột địa tầng.

Nguyên tắc động vật hóa thạch dựa trên sự xuất hiện của hóa thạch trong các đá trầm tích. Khi các loài xuất hiện cùng thời điểm trên toàn thế giới, sự có mặt hoặc không có mặt (thỉnh thoảng) của chúng có thể cung cấp tuổi tương đối của các hệ tầng chứa chúng. Dựa trên nguyên tắc của William Smith, đã ra đời trước thuyết tiến hóa của Charles Darwin gần 100 năm, nguyên tắc này phát triển độc lập với thuyết tiến hóa. Nguyên tắc trở nên khá phức tạp, tuy nhiên đã đưa ra được sự hóa thạch của các loài dễ biến đổi và hóa thạch địa phương dựa trên sự thay đổi theo chiều đứng trong môi trường sống (các loài thay đổi trong cột địa tầng trầm tích), và không phải tất cả hóa thạch có thể được tìm thấy trên toàn thế giới trong cùng một thời điểm.

Địa chất hiện đại

Phân hủy phóng xạ và tuổi của Trái đất

Một sự kiện lớn của ngành địa chất trong thế kỷ 20 là khả năng sử dụng tỷ lệ đồng vị phóng xạ để xác định khoảng thời gian mà đá chịu tác động bởi một nhiệt độ cụ thể. Các phương pháp này đo đạc thời gian từ lúc một hạt khoáng vật cụ thể lạnh đi ở nhiệt độ kết thúc của nhó, tại điểm này các đồng vị phóng xạ khác nhau không còn khuếch tán trong các cấu trúc tinh thể.[1][2]

Việc sử dụng định tuổi đồng vị đã làm thay đổi các hiểu biết về thời gian địa chất. Trước đây, các nhà địa chất chỉ có thể sử dụng hóa thạch để định tuổi trong các mặt cắt của đá trong mối quan hệ với các mặt cắt khác. Trong khi đó, định tuổi đồng vị, có thể định tuổi chính xác, và tuổi chính xác này có thể được ứng dụng đối với các chuỗi hóa thạch trong các vật liệu đã được định tuổi, đổi từ tuổi tương đối thành tuổi tuyệt đối.

Các nhà địa chất đã dùng phân rã phóng xạ để xác định tuổi của Trái đất vào khoảng 4.54 tỉ năm (4.5x109)[3][4] và tuổi của các vật liệu tạo thành hành tinh cổ nhất (các thiên thạch Carbonaceous Chondrite) là 4.567 tỉ năm.[5]

Tập tin:Oceanic-continental convergence Fig21oceancont.svg
Sự hút chìm của vỏ đại dương và vỏ lục địa tạo ra đới dùt chìmvòng cung núi lửa minh họa cho tác động của kiến tạo mảng.

Kiến tạo mảng

Vào thập niên 1960, một phát hiện quan trọng nhất đó là sự tách giãn đáy đại dương[6][7]. Theo đó, thạch quyển của Trái đất bao gồm vỏ và phần trên cùng của manti trên, bị chia tách thành các mảng kiến tạo và di chuyển trên manti trên ở dạng rắn, dẽo, dễ biến dạng hay trên quyển astheno. Đây là sự chuyển động cặp đôi giữa các mảng trên mặt và dòng đối lưu manti: sự di chuyển mảng và các dùng đối lưu manti lúc nào cũng cùng hướng. Sự dịch chuyển cặp đôi của các mảng trên bề mặt của Trái đất và đóng đối lưu manti được gọi là kiến tạo mảng.

Các phần hút chìm có màu lam, rìa lục địa và ranh giới mảng có màu đỏ. Đốm màu lam trên các đường cắt là mảng Farallonbán tưởng tượng, nó đã bị hút chìm bên dưới Bắc Mỹ. Phần còn lại của nó trên bề mặt Trái đất là mảng Juan de Fucamảng Explorer ở tây bắc Hoa Kỳ/tây nam Canada, và mảng Cocos ở bờ biển tây Mexico.

Sự phát triển của kiến tạo mảng cung cấp những kiến thức vật lý cơ bản cho việc quan sát Trái đất rắn. Các khu khực dạng tuyến kéo dài trên Trái đất có thể được giải thích đó là ranh giới giữa các mảng.[8] Các sống núi giữa đại dương, là các khu vực cao trong đáy biển, tại đây tồn tại các quá trình thủy nhiệt và hoạt động núi lửa cũng được giải thích đó là ranh giới tách giãn. Các vòng cung núi lửa và các trận động đất cũng được giải thích đó là ranh giới hội tụ, nơi mà một mảng bị hút chìm dưới một mảng. Ranh giới chuyển dạng, như hệ thống đứt gãy San Andreas, tạo ra các trận động đất mạnh và thường xuyên. Kiến tạo mảng cũng góp phần làm sáng tỏ cơ chế thuyết trôi dạt lục địa của Alfred Wegener[9], theo đó, các lục địa di chuyển trên mặt Trái đất trong suốt thời gian địa chất. Kiến tạo mảng cũng nêu ra các tự tác động làm biến dạng và trạng thái mới của vỏ Trái đất trong việc nghiên cứu địa chất cấu tạo. Điểm mạnh của thuyết kiến tạo mảng là hợp thức hóa việc kết hợp các học thuyết riêng lẻ về cách thức mà thạch quyển di chuyển trên các dòng đối lưu của manti.

Cấu tạo của trái đất

Cấu tạo các lớp của Trái đất. (1) nhân trong; (2) nhân ngoài; (3) manti dưới; (4) manti trên; (5) thạch quyển; (6) vỏ
Cấu tạo các lớp của Trái đất. Các đường đi của sóng đặc biệt từ các trận động đất theo quan điểm của các nhà địa chấn học trước đây trong cấu tạo lớp của Trái đất

Các tiến bộ về địa chấn học, mô hình trên máy tính, và khoáng vật học-tinh thể học ở nhiệt độ và áp suất cao cũng đã cho bức tranh về thành phần và cấu tạo bên trong của Trái đất.

Các nhà địa chấn học có thể sử dụng thời gian đến của các sóng địa chất phản hồi để hình dung cấu tạo bên trong của Trái đất. Các khám phá trước đây trong lĩnh vực này cũng đã cho thấy nhân ngoài ở thể lỏng (tại đây [[sóng cắt (S) không thể truyền qua) và nhân trong ở thể rắn đặc sít. Các phát hiện này đã phát triển mô hình lớp của Trái đất gồm lớp vỏthạch quyển ở trên cùng, manti ở dưới (được phân chia bởi sự gián đoạn sóng địa chấn ở độ sâu 410 đến 660 km), và nhân ngoài và nhân trong ở bên dưới. Gần đây, các nhà địa chấn có thể tạo ra các bức ảnh chi tiết về tốc độ truyền sóng trong trái đất giống như các bức ảnh mà bác sĩ chụp cơ thể người bằng máy quét CT. Các bức ảnh này cho nhiều thông tin chi tiết về cấu tạo của Trái đất và có thể thay thế mô hình lớp được đơn giản bằng mộ mô hình mang tính động lực hơn.

Các nhà khoáng vật học cũng có thể sử dụng dữ liệu áp suất và nhiệt độ từ các nghiên cứu về địa chấn và mô hình cùng với sự hiểu biết về thành phần nguyên tố của Trái đất bằng cách tái tạo các điều kiện này bằng thực nghiệm và đo đạc các biến đổi trong cấu trúc tinh thể. Các nghiên cứu này giải thích các biến đổi hóa học liên quan đến sự gián đoạn địa chấn quan trọng trong manti, và cho thấy các cấu trúc tinh thể học dự đoán trong nhân trong của Trái đất.

Địa chất học hành tinh

Bề mặt Sao Hỏa được chụp bởi Viking 2 ngày 9 tháng, 1977.

Với sự tiến bộ về khám phá không gian trong thế kỷ 20, các nhà địa chất đã bắt đầu nghiên cứu đến các hành tinh khác có dạng giống như trái đất. Các nghiên cứu này đã sinh ra nhánh địa chất học hành tinh, đôi khi còn được gọi là địa chất học vũ trụ, theo đó các nguyên tắc địa chất học được áp dụng để nghiên cứu các hành tinh khác trong hệ mặt trời.

Mặc dù đầu ngữ geo theo tiếng gốc Hi Lạp có nghĩa là Trái đất, "địa chất" thường được sử dụng chung với tên của các hành tinh khác khi mô tả thành phần và các quá trình nội sinh của chúng như: "địa chất Sao Hỏa" và "địa chất mặt trăng". Các thuật ngữ đặc biệt như selenology (nghiên cứu mặt trăng), areology (của Sao Hỏa) cũng được sử dụng.

Mặc dù các nhà địa chất học hành tinh cũng quan tâm đến bề mặt của các hành tinh, nhưng chỉ chú ý đến sự sống trong quá khức và hiện tại của các thế giới khác. Điều này đã đặt ra một số nhiệm vụ với mục tiêu (một trong những mục tiêu) là tìm hiểu sự sống trên các hành tinh. Tàu Phoenix lander đã phân tích đất ở cực Martian (Sao Hỏa) để tìm kiếm nước và các hợp chất hóa học và khoáng vật liên quan đến các quá trình sinh học.

Thời gian địa chất

Thời gian địa chất trong sơ đồ được gọi là đồng hồ địa chất, thể hiện các giai đoạn tương đối của các kỷ trong lịc sử Trái đất.

The geologic time-scale encompasses the history of the Earth, from solar system formation at 4.567 Ga (gigaannum: billion years ago) to present.[10]

Các mốc quan trọng

Tóm lược thang địa thời

Dòng thứ 2 và 3 là phần mở rộng của các phần được đánh dấu sao.

Bản mẫu:Thang thời gian địa chất

Holocen (thế cuối cùng) rất nhỏ nên thể hiện không rõ trên thang này.

Tiến hóa địa chất khu vực

Các lớp đá trầm tích nguyên thủy bị ảnh hưởng bởi hoạt động mácma. Bên dưới bề mặt là lò mácma và các thể xạm nhập lớn. Lò mácma cung cấp mácma cho núi lửa, và kết tinh thành các dike và sill. Mácma cũng dâng lên tạo thành các dạng đá xâm nhập. Sơ đồ minh họa của nón núi lửa phun tro và núi lửa hỗn hợp phun cả dung nham và tro.

Địa chất khu vực liên quan đến thời gian khi các đơn vị đá được tích tụ và bị xâm nhập cũng như các quá trình biến dạng làm thay đổi hình dạng và vị trí của chúng.

Các đơn vị đá đầu tiên được hình thành hoặc bởi sự tích tụ trên bề mặt hoặc xâm nhập vào trong các lớp đá khác. Sự tích tụ có thể xảy ra khi trầm tích lắng đọng trên bề mặt Trái đất và sau đó hóa đá tạo thành đá trầm tích, hoặc khi vật liệu núi lửa như tro núi lửa hoặc các dòng dung nham phủ lên bề mặt. Đá xâm nhập như batholith, laccolith, dike, và sill, xâm nhập vào các đá, và kết tinh tại đó.

Hình minh họa ba loại đứt gãy. Các đứt gãy trượt bằng dùng để chỉ các đá trượt tương đối nhau trên mặt phẳng, đứt gãy thuận chỉ các đá chịu lực tác động căng giản theo phương ngang, còn đứt gãy nghịch xuất hiện khi các đá chịu ứng suất nép ép theo phương ngang.

Sau khi một chuỗi các đá ban đầu được tạo ra, các đá này có thể bị biến dạngbiến chất. Sự biến dạng tạo ra bởi sự căng giãn (địa chất) căng giãn, sự nén ép (địa chất) nén ép, hoặc trượt bằng. Các cơ chế này liên quan đến các ranh giới hội tụ, ranh giới phân kỳ, và ranh giới chuyển dạng giữa các mảng kiến tạo.

Sơ đồ minh họa các nếp uốn, gồm nếp uốn lồinếp uốn đổ.

Khi đá chịu tác động bởi lực nén ngang, chúng trở nên ngắn và dày hơn. Bởi vì các đá ít bị biến dạng về thể tích, và ứng xử theo hai cách là tạo thành đứt gãyuốn nếp. Trong các phần nông của vỏ trái đất, thường xảy ra biến dạng giòn, hình thành các đứt gãy nghịch, đây là trường hợp các đá ở sâu di chuyển lên trên các đá ở trên. Các đá ở sâu thường cổ hơn, theo nguyên tắc chồng lớp, lại di chuyển lên nằm trên các đá trẻ hơn. Sự dịch chuyển dọc theo đứt gãy có thể tạo ra nếp uốn, hoặc do các đứt gãy không có mặt phẳng?, hoặc do các lớp đá trượt dọc theo nó, tạo thành các nếp uốn kéo?, khi trượt xuất hiện dọc theo đứt gãy. Các đá nằm sâu hơn trong lòng đất thì có ứng xử như vật liệu dẻo, và tạo ra nếp uốn thay vì đứt gãy. Các nếp uốn này có thể hoặc là nếp uốn lồi nếu lõ của nếp uốn trồi lên hoặc nếp uốn lõm khi lõi bị hạ thấp. Nếu một số phần của nếp uốn bị sụt xuống, thì cấu trúc này được gọi là nếp lồi đảo hoặc nếp lõm đảo.

Khi đá chịu nép ép ở nhiệt độ và áp suất cao hơn có thể gây uốn nếp và biến chất đá. Sự biến chất có thể làm thay đổi thành phần khoáng vật của đá; sự phân phiến liên quan đến các khoáng vật được phát triển khi chịu nén; và vó thể làm mất đi cấu tạo ban đầu của đá, như đá gốc trong đá trầm tích, dạng dòng chảy của dung nham, và cấu tạo kết tinh của đá kết tinh.

Căng giãn làm cho các đá trở nên dài và mỏng hơn, và thường tạo ra các đứt gãy thuận. Sự căng giãn làm các đá mỏng hơn: như ở vùng nếp uốn và đai đứt gãy nghịch Maria, được cấu tạo toàn bộ là trầm tích của Grand Canyon có thể quan sát được chiều dài nhỏ hơn 1m. Các đá ở độ sâu dễ bị kéo giãn cũng thường bị biến chất. Các đá bị kéo giãn cũng có thể tạo thành dạng thấu kính, được gọi là boudin, sau này tiếng Pháp gọi là "xúc xích", vì chúng nhìn giống nhau.

Khi các đá bị dịch chuyển tương đối nhau theo mặt phẳng thì gọi là đứt gãy trượt bằng, các đứt gãy này phát triển trong các khu vực nông, và trong đới cắt ở sâu hơn khi đá bị biến dạng dẻo.

Mặt cắt địa chất của Núi Kittatinny. Mặt cắt này hiển thị các đá biến chất, bị phủ bởi các đá trầm tích trẻ hơn sau khi biến chất xảy ra. Các đá này sau đó bị uốn nếp và đứt gãy trong quá trình nâng lên thành núi.

Sự thêm vào các đơn vị đá mới, cả tích tụ và xâm nhập, thường tạo ra sự biến dạng. Tạo ra đứt gãy và các quá trình biến dạng khác tạo ra sự phân dị địa hình, từ đó xuất hiện sự xâm thực dọc theo sườn và các dòng chảy. Các trầm tích này lại được lắng đọng và nhấn chìm. Sự dịch chuyển liên tục dọc theo đứt gãy duy trì sự tăng liên tục gradient địa hình mặc cho sự di chuyển các trầm tích, và tiếp tục tạo ra các khoảng không gian cho trầm tích lắng đọng. Các sự kiện biến dạng thường liên quan đến các hoạt động xâm nhập và núi lửa. Tro núi lửa và dung nham lắng đọng trên bề mặt, còn sự xâm nhập thì tạo thành các đá nằm bên dưới mặt đất. Dike là sự xâm nhập theo mặt phẳng và kéo dài, và thường hình thành ở quy mô rộng lớn đang bị biến dạng. Loại này có thể quan sát ở khiên Canada, hay vòng dike xung quanh ống dung nham núi lửa.

Tất cả các quá trình này không nhất thiết phải xảy ra trong một môi trường, và không xuất hiện riêng lẻ. Quầnn đảo Hawaii, là một ví dụ gồm hầu hết là dung nham bazan. Các loạt trầm tích giữa lục địa ở Hoa Kỳ và vùng Grand Canyon ở tây nam Hoa Kỳ còn sót lại các ống khói bằng đá trầm tích hầu như không bị biến dạng có tuổi Cambri. Các khu vực khác có đặc điểm địa chất phức tạp hơn: ở vùng tây nam Hoa Kỳ, các đá trầm tích, đá núi lửa và đá xâm nhập đều bị biến chất, đứt gãy, và uốn nếp. Thậm chí các đá có tuổi cổ hơn như đá gơnai Acasta thuộc Slave craton ở tây bắc Canada, đá cổ nhất trên thế giới đã bị biến chất tại điểm mà nguồn gốc của nó không thể nhận ra được bằng các phân tích trong phòng thí nghiệm. Thêm vào đó, các quá trình này có thể xảy ra trong nhiều giai đoạn. Ở một vài nơi, Grand Canyon ở tây nam Hoa Kỳ là một ví dụ đơn giản nhất, các đá nằm bên đưới bị biến chất và biến dạng, và sau đó sự biến dạng kết thúc; còn phần trên, các đá không bị biến dạng thì được tích tụ. Mặc dù số lượng các đá được thay thế và biến dạng có thể xảy ra và chúng có thể xuất hiện nhiều lần, thì các khái niệm này vẫn cung cấp những hiểu biết về lịch sử của một khu vực.

Các phương pháp nghiên cứu

Các nhà địa chất sử dụng các phương pháp thực địa, phân tích trong phòng thí nghiệm, và mô hình số để giải mã lục sử Trái đất và hiểu các quá trình xảy ra trên Trái đất. Trong các cuộc khảo sát địa chất, các nhà địa chất thường dùng các thông tin nguyên thủy liên quan đến thạch học (nghiên cứu về các loại đá), địa tầng học (nghiên cứu các lớp trầm tích), và địa chất cấu tạo (nghiên cứu về thế nằm và sự biến dạng của đá). Trong một số trường hợp, các nhà địa chất cũng nghiên cứu đất, sông, địa hình, và băng hà; khảo sát sự sống hiện tại và quá khứ và các con đường địa hóa, và sử dụng các phương pháp địa vật lý để khảo sát phần bên dưới mặt đất.

Các phương pháp thực địa

Cắm trại tại khu vực đo vẽ bản đồ của USGS thập niên 1950.
Today, máy tính xách tay kèm với GPS và phần mềm hệ thống thông tin địa lý thường được sử dụng trong công tác khảo sát thực tế.

Công việc khảo sát địa chất thực tế hay thực địa thay đổi tùy theo nhiệm vụ được giao (đặt ra). Các công việc thông thường bao gồm:

Các phương pháp trong phòng thí nghiệm

Kính hiển vi nghiên cứu thạch học, gồm kính hiển vi quang học với tấm lọc ánh sáng phân cực, là lăng kính lồi, và cái bù dùng phân tích tinh thể học.

Thạch học

In addition to the field identification of rocks, petrologists identify rock samples in the laboratory. Two of the primary methods for identifying rocks in the laboratory are through optical microscopy and by using an electron microprobe. In an optical mineralogy analysis, thin sections of rock samples are analyzed through a petrographic microscope, where the minerals can be identified through their different properties in plane-polarized and cross-polarized light, including their birefringence, pleochroism, twinning, and interference properties with a conoscopic lens.[11] In the electron microprobe, individual locations are analyzed for their exact chemical compositions and variation in composition within individual crystals.[12] Stable[13] and radioactive isotope[14] studies provide insight into the geochemical evolution of rock units.

Petrologists use fluid inclusion data[15] and perform high temperature and pressure physical experiments[16] to understand the temperatures and pressures at which different mineral phases appear, and how they change through igneous[17] and metamorphic processes. This research can be extrapolated to the field to understand metamorphic processes and the conditions of crystallization of igneous rocks.[18] This work can also help to explain processes that occur within the Earth, such as subduction and magma chamber evolution.

Địa chất cấu tạo

A diagram of an orogenic wedge. The wedge grows through faulting in the interior and along the main basal fault, called the décollement. It builds its shape into a critical taper, in which the angles within the wedge remain the same as failures inside the material balance failures along the décollement. It is analagous to a bulldozer pushing a pile of dirt, where the bulldozer is the overriding plate.

Structural geologists use microscopic analysis of oriented thin sections of geologic samples to observe the fabric within the rocks which gives information about strain within the crystal structure of the rocks. They also plot and combine measurements of geological structures in order to better-understand the orientations of faults and folds in order to reconstruct the history of rock deformation in the area. In addition, they perform analog and numerical experiments of rock deformation in large and small settings.

The analysis of structures is often accomplished by plotting the orientations various features onto stereonets. A stereonet is a stereographic projection of a sphere onto a plane, in which planes are projected as lines and lines are projected as points. These can be used to find the locations of fold axes, relationships between several faults, and relationships between other geologic structures.

Among the most well-known experiments in structural geology are those involving orogenic wedges, which are zones in which mountains are built along convergent tectonic plate boundaries.[19] In the analog versions of these experiments, horizontal layers of sand are pulled along a lower surface into a back stop, which results in realistic-looking patterns of faulting and the growth of an critically-tapered (all angles remain the same) orogenic wedge.[20] Numerical models work in the same way as these analog models, though they are often more sophisticated and can include patterns of erosion and uplift in the mountain belt.[21] This helps to show the relationship between erosion and the shape of the mountain range. These studies can also give useful information about pathways for metamorphism through pressure, temperature, space, and time.[22]

Địa tầng học

Exploration geologists examining a freshly-recovered drill core. Chile, 1994.

In the laboratory, stratigraphers analyze samples of stratigraphic sections that can be returned from the field, such as those from drill cores.[23] Stratigraphers also analayze data from geophysical surveys that show the locations of stratigraphic units in the subsurface.[24] Geophysical data and well logs can be combined to produce a better view of the subsurface, and stratigraphers often use computer programs to do this in three dimensions.[25] Stratigraphers can then use these data to reconstruct ancient processes occurring on the surface of the Earth,[26] interpret past environments, and locate areas for water and hydrocarbon extraction.

In the laboratory, biostratigraphers analyze rock samples from outcrop and drill cores for the fossils found in them.[27] These fossils help scientists to date the core and to understand the depositional environment in which the rock units formed. Geochronologists precisely date rocks within the stratigraphic section in order to provide better absolute bounds on the timing and rates of deposition.[28] Magnetic stratigraphers look for signs of magnetic reversals in igneous rock units within the drill cores.[27] Other scientists perform stable isotope studies on the rocks to gain information about past climate.[27]

Địa chất ứng dụng

Kinh tế địa chất

Địa chất mỏ

Địa chất dầu khí

Cơ học đất và địa kỹ thuật

Các vấn đề về nước và môi trường

Các tai biến tự nhiên

Các lĩnh vực liên quan

Địa chất khu vực

Theo dãy núi

Theo quốc gia

Theo hành tinh

Tham khảo

Xem thêm

Liên kết ngoài

Có thể bao gồm các môn khoa học sau:



Tham khảo

Võ Năng Lạc - Địa chất đại cương

           Khoa Địa chất và Dầu khí ĐHBKtpHCM - Địa chất cơ sở.
  1. ^ Hugh R. Rollinson (1996). Using geochemical data evaluation, presentation, interpretation. Harlow: Longman. ISBN 9780582067011.
  2. ^ Gunter Faure. (1998). Principles and applications of geochemistry : a comprehensive textbook for geology students. Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall. ISBN 9780023364501.
  3. ^ a b Patterson, C., 1956. “Age of Meteorites and the Earth.” Geochimica et Cosmochimica Acta 10: p. 230-237.
  4. ^ a b G. Brent Dalrymple (1994). The age of the earth. Stanford, Calif.: Stanford Univ. Press. ISBN 0804723311.
  5. ^ a b Amelin, Y; Krot, An; Hutcheon, Id; Ulyanov, Aa (2002). “Lead isotopic ages of chondrules and calcium-aluminum-rich inclusions”. Science (New York, N.Y.). 297 (5587): 1678–83. doi:10.1126/science.1073950. ISSN 0036-8075. PMID 12215641. Đã bỏ qua tham số không rõ |month= (trợ giúp)Quản lý CS1: nhiều tên: danh sách tác giả (liên kết)
  6. ^ H. H. Hess, "History Of Ocean Basins" (November 1, 1962). IN: Petrologic studies: a volume in honor of A. F. Buddington. A. E. J. Engel, Harold L. James, and B. F. Leonard, editors. [New York?]: Geological Society of America, 1962. pp. 599-620.
  7. ^ Kious, Jacquelyne (tháng 2 năm 1996). “Developing the Theory”. This Dynamic Earth: The Story of Plate Tectonics (bằng tiếng English). Kiger, Martha, Russel, Jane . Reston, Virgina, USA: United States Geological Survey. ISBN 0-16-048220-8. Truy cập ngày 13 tháng 3 năm 2009. Đã bỏ qua tham số không rõ |coauthors= (gợi ý |author=) (trợ giúp)Quản lý CS1: ngôn ngữ không rõ (liên kết)
  8. ^ Kious, Jacquelyne (tháng 2 năm 1996). “Understanding Plate Motions”. This Dynamic Earth: The Story of Plate Tectonics (bằng tiếng English). Kiger, Martha, Russel, Jane . Reston, Virgina, USA: United States Geological Survey. ISBN 0-16-048220-8. Truy cập ngày 13 tháng 3 năm 2009. Đã bỏ qua tham số không rõ |coauthors= (gợi ý |author=) (trợ giúp)Quản lý CS1: ngôn ngữ không rõ (liên kết)
  9. ^ Origin of continents and oceans. S.l.: Dover Pub. 1999. ISBN 0486617084.
  10. ^ International Commission on Stratigraphy
  11. ^ William D. Nesse. (1991). Introduction to optical mineralogy. New York: Oxford University Press. ISBN 0195060245.
  12. ^ Morton, ANDREW C. (1985). “A new approach to provenance studies: electron microprobe analysis of detrital garnets from Middle Jurassic sandstones of the northern North Sea”. Sedimentology. 32: 553. doi:10.1111/j.1365-3091.1985.tb00470.x.
  13. ^ Zheng, Y (2003). “Stable isotope geochemistry of ultrahigh pressure metamorphic rocks from the Dabie–Sulu orogen in China: implications for geodynamics and fluid regime”. Earth-Science Reviews. 62: 105. doi:10.1016/S0012-8252(02)00133-2.
  14. ^ Condomines, M (1995). “Magma dynamics at Mt Etna: Constraints from U-Th-Ra-Pb radioactive disequilibria and Sr isotopes in historical lavas”. Earth and Planetary Science Letters. 132: 25. doi:10.1016/0012-821X(95)00052-E.
  15. ^ T.J. Shepherd, A.H. Rankin, D.H.M. Alderton. (1985). A practical guide to fluid inclusion studies. Glasgow: Blackie. ISBN 0412006014.Quản lý CS1: nhiều tên: danh sách tác giả (liên kết)
  16. ^ Sack, Richard O. (1987). “Experimental petrology of alkalic lavas: constraints on cotectics of multiple saturation in natural basic liquids”. Contributions to Mineralogy and Petrology. 96: 1. doi:10.1007/BF00375521.
  17. ^ Alexander R. McBirney. (2007). Igneous petrology. Boston: Jones and Bartlett Publishers. ISBN 9780763734480.
  18. ^ Frank S. Spear (1995). Metamorphic phase equilibria and pressure-temperature-time paths. Washington, DC: Mineralogical Soc. of America. ISBN 9780939950348.
  19. ^ Dahlen, F A (1990). “Critical Taper Model of Fold-And-Thrust Belts and Accretionary Wedges”. Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 18: 55. doi:10.1146/annurev.ea.18.050190.000415.
  20. ^ Gutscher, M (1998). “Material transfer in accretionary wedges from analysis of a systematic series of analog experiments”. Journal of Structural Geology. 20: 407. doi:10.1016/S0191-8141(97)00096-5.
  21. ^ Koons, P O (1995). “Modeling the Topographic Evolution of Collisional Belts”. Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 23: 375. doi:10.1146/annurev.ea.23.050195.002111.
  22. ^ Dahlen, F. A., Suppe, J. & Davis, D. J. geophys. Res. 89, 10087−10101 (1983).
  23. ^ Hodell, David A. (1994). “Magnetostratigraphic, Biostratigraphic, and Stable Isotope Stratigraphy of an Upper Miocene Drill Core from the Salé Briqueterie (Northwestern Morocco): A High-Resolution Chronology for the Messinian Stage”. Paleoceanography. 9: 835. doi:10.1029/94PA01838.
  24. ^ edited by A.W. Bally. (1987). Atlas of seismic stratigraphy. Tulsa, Okla., U.S.A.: American Association of Petroleum Geologists. ISBN 0891810331.Quản lý CS1: văn bản dư: danh sách tác giả (liên kết)
  25. ^ Fernández, O. (2004). “Three-dimensional reconstruction of geological surfaces: An example of growth strata and turbidite systems from the Ainsa basin (Pyrenees, Spain)”. AAPG Bulletin. 88: 1049. doi:10.1306/02260403062.
  26. ^ Poulsen, Chris J. (1998). “Three-dimensional stratigraphic evolution of the Miocene Baltimore Canyon region: Implications for eustatic interpretations and the systems tract model”. Geological Society of America Bulletin. 110: 1105. doi:10.1130/0016-7606(1998)110<1105:TDSEOT>2.3.CO;2.
  27. ^ a b c Hodell, David A. (1994). “Magnetostratigraphic, Biostratigraphic, and Stable Isotope Stratigraphy of an Upper Miocene Drill Core from the Salé Briqueterie (Northwestern Morocco): A High-Resolution Chronology for the Messinian Stage”. Paleoceanography. 9: 835. doi:10.1029/94PA01838.
  28. ^ Toscano, M (1999). “Submerged Late Pleistocene reefs on the tectonically-stable S.E. Florida margin: high-precision geochronology, stratigraphy, resolution of Substage 5a sea-level elevation, and orbital forcing”. Quaternary Science Reviews. 18: 753. doi:10.1016/S0277-3791(98)00077-8.