miniatura|O Grand Canyon, no Arizona, em março de 2013 Geologia é um ramo das ciências naturais que estuda a Terra e outros corpos celestes, as rochas que os compõem e os processos que os transformam. O nome vem do grego antigo γῆ, gê, "terra", e -λογία, -logía, "estudo" ou "discurso". A geologia tem muitos pontos em comum com as demais ciências da Terra, incluindo a hidrologia, e se integra à ciência do sistema terrestre e à planetologia.
A geologia estuda a estrutura da Terra, na superfície e em seu interior, e os processos que a formaram. Os geólogos examinam a composição mineralógica das rochas para compreender como elas se formaram. A geologia determina as idades relativas das rochas de um local, e a geoquímica, um de seus ramos, determina suas idades absolutas. Com métodos da petrologia, da cristalografia e da paleontologia, os geólogos reconstituem a história geológica da Terra como um todo. Parte desse trabalho consiste em determinar a idade da Terra. A geologia também fornece os dados que sustentam a tectônica de placas, a história evolutiva da vida e o conhecimento dos climas do passado.
Os geólogos estudam as propriedades e os processos da Terra e de outros planetas terrestres. Para compreender a estrutura e a evolução do planeta, realizam trabalhos de campo, análises de rochas, investigações geofísicas, análises químicas, experimentos físicos e modelagem numérica. A geologia tem aplicações na pesquisa e na extração de recursos minerais e hidrocarbonetos, na avaliação de recursos hídricos, no estudo de perigos naturais, na recuperação de áreas com problemas ambientais e na compreensão das mudanças climáticas do passado. É uma disciplina acadêmica que fundamenta a engenharia geológica e também é aplicada à engenharia geotécnica.
Materiais geológicos
A maior parte dos dados geológicos vem da pesquisa de materiais sólidos da Terra. Meteoritos e outros materiais naturais extraterrestres também são estudados por métodos geológicos.
Minerais
Os minerais são elementos e compostos naturais com composição química homogênea e definida e um arranjo atômico ordenado. Substâncias amorfas semelhantes a minerais às vezes recebem o nome de mineraloides, embora haja exceções, como a georgeíta e a autunita. Algumas substâncias amorfas formadas por processos geológicos são classificadas como minerais quando a substância original era um mineral antes da metamictização.
Cada mineral tem propriedades físicas próprias, que podem ser determinadas por testes. Esses testes são usados com frequência para reconhecer os minerais. As amostras podem ser examinadas quanto às seguintes propriedades. Cor. Os minerais são agrupados pela cor, que geralmente auxilia na identificação, embora impurezas possam alterá-la. Traço. A amostra é riscada sobre uma placa de porcelana. A cor do traço ajuda a reconhecer o mineral. Dureza. É a resistência do mineral a riscos ou à penetração de um objeto em sua superfície. Forma de ruptura. O mineral pode apresentar fratura, com superfícies irregulares, ou clivagem, com ruptura ao longo de planos paralelos próximos entre si. Brilho. É a qualidade da luz refletida pela superfície do mineral, que pode ter brilho metálico, nacarado, ceroso ou fosco. Densidade relativa. É o peso de um determinado volume do mineral. Efervescência. O teste consiste em pingar ácido clorídrico sobre o mineral para observar se há formação de bolhas. Magnetismo. Um ímã é usado para verificar se o mineral apresenta propriedades magnéticas. Sabor. Alguns minerais têm sabor característico, como a halita, que tem gosto de sal de cozinha.
Rochas miniatura|upright=1.4|O ciclo das rochas apresenta as relações entre rochas ígneas, sedimentares e metamórficas.
Uma rocha é uma massa sólida ou um agregado de minerais ou mineraloides formado na natureza. Grande parte da pesquisa geológica se dedica às rochas, que guardam a maior parte das informações sobre o passado geológico da Terra. Há três tipos principais de rocha, as ígneas, as sedimentares e as metamórficas. O ciclo das rochas apresenta as relações entre elas, como mostra o diagrama.
Quando uma rocha se solidifica ou se cristaliza a partir de material fundido, magma ou lava, ela é uma rocha ígnea. O escoamento de rocha fundida é estudado em detalhe pela vulcanologia, e a petrologia ígnea procura reconstituir a formação das rochas ígneas desde o material fundido de origem até a cristalização final.
As rochas podem sofrer intemperismo e erosão, ser redepositadas e passar pela litificação, formando uma rocha sedimentar. As rochas sedimentares são divididas principalmente em quatro grupos, arenitos, folhelhos, carbonatos e evaporitos. Essa classificação considera o tamanho das partículas sedimentares no caso dos arenitos e folhelhos, e a mineralogia e os processos de formação, carbonatação e evaporação, nos demais grupos. O calor e a pressão podem transformar rochas ígneas e sedimentares em rochas metamórficas, alterando sua composição mineral e produzindo uma trama característica. Os três tipos podem voltar a se fundir, formando novo magma, do qual pode se solidificar outra rocha ígnea. Materiais orgânicos, como carvão, betume, petróleo e gás natural, ocorrem principalmente em rochas sedimentares ricas em matéria orgânica.
Para estudar os três tipos de rocha, os geólogos avaliam os minerais que as compõem e outras propriedades físicas, como a textura e a trama.
Materiais não litificados Os geólogos estudam os materiais não litificados, chamados de depósitos superficiais, que recobrem a rocha de base. Esse campo costuma receber o nome de geologia do Quaternário, em referência ao Quaternário, o período mais recente do tempo geológico.
Estrutura da Terra
Tectônica de placas
miniatura|upright=1.35|As principais placas tectônicas da Terra
Na década de 1960, descobriu-se que a litosfera terrestre, formada pela crosta e pela porção rígida mais externa do manto superior, está dividida em placas tectônicas. Elas se movem sobre uma porção sólida do manto superior que se deforma plasticamente, a astenosfera. Essa teoria se apoia em observações como a expansão do fundo oceânico e a distribuição das montanhas e da atividade sísmica pelo planeta.
O movimento das placas na superfície está intimamente acoplado à convecção do manto, a transferência de calor provocada pelo movimento lento das rochas dúcteis do manto. As porções oceânicas das placas e as correntes de convecção adjacentes do manto se movem sempre na mesma direção, pois a litosfera oceânica é a camada limite térmica rígida superior do manto em convecção. Esse acoplamento entre as placas rígidas que se movem na superfície terrestre e o manto em convecção recebe o nome de tectônica de placas.
A tectônica de placas deu uma base física a muitas observações sobre a Terra sólida. Longas faixas lineares de estruturas geológicas correspondem aos limites entre placas. miniatura|A convergência entre uma placa oceânica e uma continental produz subducção e arcos vulcânicos, um dos efeitos da tectônica de placas. As dorsais oceânicas, elevações do fundo do mar com fontes hidrotermais e vulcões, correspondem a limites divergentes, onde duas placas se afastam. Os arcos de vulcões e terremotos correspondem, na teoria, a limites convergentes, onde uma placa mergulha sob outra, em um processo de subducção. Nos limites transformantes, como o sistema da falha de Santo André, as placas deslizam horizontalmente uma ao lado da outra.
A tectônica de placas forneceu um mecanismo para a teoria da deriva continental de Alfred Wegener, na qual os continentes se deslocam pela superfície terrestre ao longo do tempo geológico. Também explicou a força que provoca a deformação da crosta e deu uma nova base às observações da geologia estrutural. A capacidade de reunir essas observações em uma única teoria sobre o movimento da litosfera acima do manto em convecção fez da tectônica de placas uma "grande teoria unificadora da geologia".
Estrutura interna
miniatura|esquerda|upright=0.8|As camadas da Terra. 1, núcleo interno. 2, núcleo externo. 3, manto inferior. 4, manto superior. 5, litosfera. 6, crosta, a parte mais externa da litosfera. Os avanços da sismologia, da modelagem computacional e da mineralogia e cristalografia em altas temperaturas e pressões permitem compreender a composição e a estrutura internas da Terra.
miniatura|upright=1.3|Trajetórias de ondas sísmicas como estas permitiram aos primeiros sismólogos compreender a estrutura em camadas da Terra. Os sismólogos usam os tempos de chegada das ondas sísmicas para produzir imagens do interior terrestre. Os primeiros avanços nessa área mostraram a existência de um núcleo externo líquido, no qual as ondas de cisalhamento não se propagam, e de um núcleo interno sólido e denso. Essas descobertas levaram a um modelo da Terra dividido em camadas, com a litosfera, incluindo a crosta, na parte mais externa, o manto abaixo dela, com descontinuidades sísmicas a 410 e 660 km de profundidade, e os núcleos externo e interno mais abaixo. Desde a década de 1970, técnicas como a inversão sísmica da forma de onda completa permitem criar imagens detalhadas das velocidades das ondas no interior da Terra, de modo semelhante à tomografia computadorizada usada na medicina. Essas imagens ampliaram o detalhamento do interior terrestre e permitiram substituir o modelo simplificado de camadas por outro muito mais dinâmico.
Os mineralogistas combinam dados de pressão e temperatura obtidos por estudos sísmicos e de modelagem com o conhecimento da composição elementar da Terra. Com isso, reproduzem essas condições em experimentos e medem as mudanças na estrutura cristalina. Esses estudos explicam as mudanças químicas nas principais descontinuidades sísmicas do manto e permitem determinar as estruturas cristalográficas esperadas no núcleo interno da Terra.
Tempo geológico
A escala de tempo geológico abrange a história da Terra. Seu limite mais antigo corresponde às idades dos primeiros materiais do Sistema Solar, de 4,567 bilhões de anos, e à formação da Terra, há 4,54 bilhões de anos, que dá início ao Hadeano, uma divisão do tempo geológico. No outro extremo da escala está o presente, na época do Holoceno.
Escala de tempo da Terra
As cinco linhas do tempo abaixo apresentam a escala geológica em proporção. A primeira vai da formação da Terra ao presente, mas deixa pouco espaço para o éon mais recente. A segunda amplia esse éon. A terceira amplia a era mais recente, a quarta amplia o período mais recente e a quinta amplia a época mais recente.
Acontecimentos na Terra miniatura|upright=1.35|O tempo geológico em um diagrama chamado relógio geológico, com a duração relativa dos éons e das eras da Terra Há 4,567 Ga, ou bilhões de anos, formação do Sistema Solar. Há 4,54 Ga, acreção, ou formação, da Terra. Há 4,5 Ga, impacto proposto para explicar a formação da Lua. Há cerca de 4 Ga, fim do intenso bombardeio tardio e primeiras formas de vida. Há cerca de 3,5 Ga, início da fotossíntese. Entre 3,2 e 2,3 Ga, transição da crosta de um regime de tampa estagnada para a tectônica de placas. Há cerca de 2,3 Ga, oxigenação da atmosfera e primeiro episódio de Terra bola de neve. Entre 1,8 e 1,5 Ga, supercontinente Colúmbia. Entre 1.100 e 750 Ma, ou milhões de anos, supercontinente Rodínia. Entre 730 e 635 Ma, segundo episódio de Terra bola de neve. Entre 650 e 540 Ma, supercontinente Panótia. Há 541 ± 0,3 Ma, explosão cambriana, com grande diversificação de formas de vida com partes duras, primeiros fósseis abundantes e início do Paleozoico. Há cerca de 380 Ma, primeiros animais vertebrados terrestres. Entre 300 e 180 Ma, supercontinente Pangeia. Há 250 Ma, extinção do Permiano-Triássico, com a morte de 90% dos animais terrestres, fim do Paleozoico e início do Mesozoico. Há 66 Ma, extinção do Cretáceo-Paleogeno, com a morte dos dinossauros, fim do Mesozoico e início do Cenozoico. Entre 45 e 35 Ma, formação da cordilheira do Himalaia.