La geologia è la scienza che tratta della composizione, struttura, storia ed evoluzione della crosta terrestre e indaga i processi che l'hanno plasmata.
I fenomeni geologici (terremoti, eruzioni di vulcani, fenomeni di erosione, alluvioni, ecc..) hanno da sempre condizionato l'umanità, talvolta manifestandosi con effetti vistosi o catastrofici. La prima traccia di un interesse dell'uomo per i processi geologici è una pittura murale che mostra un'eruzione vulcanica del Neolitico, avvenuta a Çatal Hüyük (Turchia) e risalente al VI millennio a.C. L'antichità si preoccupa poco di geologia e, quando lo fa, i suoi scritti non hanno un'influenza diretta sulla fondazione della geologia moderna del XVIII secolo; l'erosione e il trasporto fluviale dei sedimenti sono tuttavia conosciuti già dai greci. La nozione di strato appare esplicitamente solo brevemente durante il periodo arabo classico e in maniera più approfondita in Cina, ma questi apporti non influenzano affatto la nascita della geologia moderna. La stessa situazione perdura durante il Medioevo e il Rinascimento; nessun paradigma emerge, gli eruditi restano divisi sull'importante questione dell'origine dei fossili.
La nascita della geologia moderna è di difficile datazione. Descartes è il primo a pubblicare nella quarta parte dei Principia philosophiae del 1644 una teoria della Terra. Nel 1657 Mikkel Pederssøn Escholt a seguito di un terremoto in Norvegia pubblica il Geologia Norvegica e Niccolò Stenone nel 1669 pubblica a Firenze il De solido intra solidum naturaliter contento Dissertationis Prodromus in cui descrive i principi fondamentali della stratigrafia. James Hutton pubblica nel 1795 Teoria della terra, con prove ed illustrazioni (Theory of the Earth, with Proofs and Illustrations). William Smith, Georges Cuvier e Alexandre Brongniart nel 1800 fondano la biostratigrafia. Charles Lyell scrive nel 1830 i Principi di geologia. Verso il 1750 la geologia non è ancora formata in quanto scienza, mentre già dal 1830 è definitivamente stabilita e possiede le sue proprie società sapienti e pubblicazioni scientifiche.
Geologia prescientifica I greci e i romani Parecchie teorie, dove si mescolano credenze religiose e osservazioni, nascono in quest'epoca, in Grecia e dopo nell'Impero romano, in India, in Cina. La mineralogia e la vulcanologia per gli antichi non hanno nessun rapporto fra loro. Presso i greci, la geologia non è una scienza separata come l'astronomia ma fa parte della geografia, ciò che Karl Alfred von Zittel riassume con un laconico «Non esiste la geologia antica»Karl Alfred von Zittel, Geschichte der Geologie und Palaeontologie bis Ende des 19 Jahrhunderts. Tuttavia qualche valida intuizione esiste, talvolta correttamente o almeno razionalmente fondata.
Aristotele introducendo la nozione di ciclo, a proposito del corso dei fiumi, considera che i continenti possono diventare mari e viceversa e soprattutto che la concatenazione di piccole cause per i lunghi periodi può produrre grandi effettipp. 17-18. La cattiva interpretazione della presenza di fossili, per Teofrasto, un seguace di Aristotele, resta comunemente avallata fino alla rivoluzione scientifica del XVII secolo. L'opera di questo antico greco sapiente, tradotta in latino e in altre lingue, servirà da riferimento per circa duemila anni.
Stratone di Lampsaco effettua un'analisi dei fenomeni d'erosione e dei trasporti fluviali dei sedimenti agli estuarip. 22. Ancora più notevole dal lato metodologico è l'esistenza di veri dibattiti secondo cui la Terra è esistita dall'eternità. L'argomento dell'erosione è osteggiato da Zenone di Cizio: «se la Terra non aveva mai avuto un inizio [...] tutti o monti sarebbero stati appianati allo stesso livello, tutte le colline sarebbero state riportate allo stesso livello delle pianure»p. 30.
Strabone nella sua Geografia, libro XII, cap. 2 e 4, parla di corrispondenza delle «sporgenze e rientranze in perfetta opposizione» in un canyon nel fondo del quale scorre un fiume, per sporgenze e rientranze egli vuole significare i letti tagliati dal fiume ma senza includere la nozione di letto. Nello medesimo passaggio riconosce l'esistenza del trasporto del limo da parte dei fiumi e l'avanzare delle terre che possono risultare nei loro estuarip. 40. Strabone rifiuta anche la teoria d'Eratostene che spiega la causa della presenza dei fossili derivata da un livello più elevato del Mar Mediterraneo che esisteva quando in un passato mitico lo stretto di Gibilterra era chiusop. 16. Strabone invoca una causa attuale e osservabile, i terremoti, per spiegare l'innalzamento dei fondi marini che condussero alla presenza di fossili nei luoghi elevati. Questa introduzione di causa osservabile per spiegare fenomeni anteriori è una delle innovazioni apportate dai greci che, senza spiegarli, considerano che si siano potuti produrre in una maniera più violenta in passato; per loro l'osservazione di un terremoto conduce a pensare all'innalzamento di un'isola, convalidando implicitamente l'esistenza di un sisma ben più violento che avrebbe sollevato zone molto più estesepp. 17-18. Questa teoria dei greci è dunque differente dal principio dell'attualismo scoperto nel XVIII secolo.
La geologia antica non è affatto inesistente, ma gli errori sono numerosi, in parte aggiunti da compilatori come Plinio il Vecchio, autore di un'opera di qualità molto discontinuapp. 341-342, in parte durante il Medioevo. Questi errori e l'utilizzazione dei testi greco-romani durante il Medioevo come argomento d'autorità dà a questa scienza una reputazione solforosa; la geologia moderna del XVIII secolo non eredita direttamente dalla geologia anticapp. 63-69.
I Padri della Chiesa I Padri della Chiesa si consacrano prima di tutto alla difesa della fede cristiana. Se si parla di geologia dunque, è solo con lo scopo di corroborare quando è scritto nella Bibbia. Molti di loro, Tertulliano, Eusebio di Cesarea..., riconoscevano i fossili di conchiglie e di pesci come animali pietrificati, concludendo ed avvalorando la veridicità del Diluvio universale. Gli apporti dei greci e dei romani vengono modificati per farli corrispondere alla Bibbia. L'idea dei lunghi tempi geologici è abbandonata da Isidoro di Siviglia ma l'applicazione della creazione del mondo in sei giorni in geologia non diventa influente se non nel XVII secolopp. 73-76.
La Cina
I fossili sono conosciuti in Cina dal I secolo a.C. ma non sono sempre correttamente identificati con le specie moderne; i resti di un mollusco sono presi per ali d'uccello, le vene nelle rocce sono confuse con dei fossilip. 241. L'erudito Shen Kuo (1031–1095) osserva dei fossili nei differenti strati geologici della montagna T'ai-hang Shan, deducendo che l'erosione e il deposito di limo abbiano rimodellato i terreni e che queste montagne furono a un tempo situate a livello del mareNeedham, volume 3 pp. 603–604.. Shen Kuo pensa similmente che le piante fossili erano la prova dei cambiamenti graduali avvenuti nel clima.
La Cina è frequentemente devastata dai terremoti e la sismologia viene studiata senza che una teoria concernente le loro cause sia mai stata emessa. L'apporto principale è tecnologico con l'invenzione del primo sismografo. L'apparecchio è composto da una massa pesante in equilibrio in una giara capace d'indicare la direzione generale del sisma; Sono stati costruiti molti sismografi di questo tipopp. 244-245.
Il lavoro dei cinesi non sarà conosciuto in Europa che molto tempo dopo la nascita della geologia moderna.
Il periodo arabo classico Il periodo arabo classico è principalmente influenzato dagli autori greci, direttamente o indirettamente dalla traduzione del greco in siriaco o tramite l'intermediazione dei Persianip. 414; benché le connessioni con la scienza cinese siano conosciute in certi luoghi, la sua influenza è piuttosto debole o inesistente per quanto riguarda la geologia.
Le Rasâ’il al-Ikhwân al-Safâ’ -- Le epistole dei Fratelli della Purezza, contengono una descrizione completa di un ciclo geologico: l'erosione prodotta dai sedimenti trasportati dai fiumi al mare che poco a poco si riempie. Questa descrizione si avvicina a quella di Aristotele ma in modo più dettagliato, apportando una nuova idea importante: la stratificazione degli strati sedimentari nel fondo dei mari, arrivando a un tentativo di spiegare l'orogenesi: «[i mari] depositano sabbia, argilla e ciottoli sul suo fondo, strato su strato [...] ammucchiando gli uni sugli altri formano così nel fondo dei mari montagne e colline»p. 79. I Fratelli della Purezza introdussero l'idea di un'asimmetria nella forma della Terra; i mari e le terre sono due sfere aventi centri distinti e non possono dunque mai interamente ricoprire le terrep. 81.
Avicenna è più influente dei Fratelli della Purezza, tuttavia i suoi apporti son meno interessanti; inoltre il suo testo è conosciuto in Occidente attraverso una traduzione di Alfred de Sareshel verso il 1200 che taglia il testo. Questo testo, De mineralibus, sarà prima attribuito ad Aristotele ed è spesso utilizzato nel Medioevo dagli alchimisti sebbene Avicenna nell'originale lo condanni. De mineralibus contiene due parti concernenti la geologia, Della congelazione delle pietre e Della causa delle montagne. I fossili vi sono descritti come l'inclusione di animali e vegetali convertiti in pietre da una virtù pietrificante dei terreni sassosi. La parte esplicativa del fenomeno, "le terre contenenti i fossili marini che una erano volta immersi", è mancante nel testo latino. Avicenna spiega le montagne tramite due cause: i terremoti che sollevano il suolo e in misura inferiore l'erosione che lascia intatti i rilievi più duri. Avicenna conosce anche la stratificazione spiegandola come formata dalle progressioni e regressioni successive dei mari, ed ogni strato è dovuto a uno di queste progressioni. Questa porzione del testo è anch'essa mancante nella versione latina di Sareshelpp. 81-84.
Il Medioevo europeo Malgrado una certa censura da parte della Chiesa il carattere della scienza medievale è relativamente libero. Se le autorità religiose propendono talvolta verso il dogma con l'interdizione di certe tesi di Aristotele verso il 1210, revocata nel 1234 per poi di nuovo essere condannate nel 1277pp. 360-365, alcuni pensatori considerano che la scienza non sia incompatibile con la fede cristiana. Questa scienza trova il suo apogeo nella creazione delle prime università in occidente con l'avvento della scolastica. Eruditi come Roberto Grossatesta, Ruggero Bacone, Tommaso d'Aquino o Guglielmo d'Ockham sono degli scienziatipp. 353-366. La condanna del 1277 è la premessa di una separazione della fede e della scienza, avallando così la dottrina della doppia verità, una concernente la fede e l'altra la ragione, verità che possono essere in contraddizionepp. 359-366p. 91.
Alberto Magno riprende una parte delle idee di Aristotele e di Avicenna. Nell'ambito della geologia studia i fossili del bacino parigino ma sembra incerto sulla loro origine, da un lato cita Avicenna attribuendo loro un'origine animale, dall'altro evoca la possibilità che i fossili siano creati direttamente dalle pietre senza che abbiano un'origine biologicapp. 87-90. Questa ambiguità è condivisa da altri autori del Medioevo. Ristoro d'Arezzo arriva a pensare ad una origine organica dei fossili, Pietro d'Abano al contrario considera che siano generati nel suolo dall'azione degli astri pp. 92-97. Ristoro d'Arezzo emette anche una teoria sull'origine delle montagne: una forma d'attrazione da parte delle stelle tende a sollevare la superficie della Terra. Curiosamente egli considera questa forza proporzionale alla distanza, al contrario della forza esercitata da una calamita o dalla gravitazione che rimane ancora da scoprirep. 32.