Geologie se zabývá stavbou Země, jejím složením a vznikem, a zvláště v poslední době i vývojem Sluneční soustavy a planetárních soustav ve vesmíru vůbec.

Na planetě Zemi můžeme rozlišovat atmosféru (plynný obal), hydrosféru (povrchové vodstvo a vody s ním komunikující), pedosféru (vrstva půd), pevnou litosféru (zemská kůra + část pláště), nepřístupné nitro (většina pláště + jádro) a biosféru. Různé změny jsou nejen důsledkem dějů uvnitř těchto hlavních rezervoárů, ale i výsledkem jejich vzájemných interakcí a částečně i mimozemských vlivů.

Geologie zkoumá všechny děje, jimiž se Země postupně vyvíjela až do své nynější podoby, a snaží se najít jejich příčiny. Proto využívá i poznatky z astronomie a zeměpisu (geografie).

Hlavním předmětem geologických výzkumů je zemská kůra, složená z různých hornin.

Krystalická struktura (např. u žuly) se vyznačuje tím, že hornina se skládá z úplných nebo neúplných (zrnovitých) krystalků; úplné (automorfní) krystaly jsou omezeny krystalovými plochami, neúplné (xenomorfní) mohou mít povrch zcela nepravidelný. Krystaly, které vznikly krystalizací z taveniny, jsou spolu přímo srostlé (nikoliv slepené). Krystalické horniny mohou být stejnoměrně zrnité nebo porfyrické. U stejnoměrně zrnitých mají krystalky (zrna) podobnou velikost. Dělení podle velikosti zrna např. u granitoidů (tj.žula, granodiorit aj.):

>1 cm – horniny velkozrnné; 3.3-10 mm – hrubozrnné; 1-3,3 mm – střednězrnné; 0,33-1 mm – drobnozrnné;

<0,33 mm – jemnozrnné.

Tloušťka vrstvy se nazývá mocnost (něm. Mächtigkeit). Hornina ležící pod vrstvou se označuje jako podloží (das Liegende), a hornina zakrývající vrstvu jako nadloží (das Hängende). Je-li vrstva někde částečně nebo úplně odkryta, říkáme, že vychází na povrch, a toto místo se nazývá výchozem (das Ausgehende); výchoz žíly (i rudné) je totéž jako výchoz vrstvy.

Atmosféra

Atmosféra má tvar rotačního elipsoidu ještě více zploštěného než je Země, neboť nad rovníkem sahá do větší výšky. V nižší části, ve které je soustředěna naprostá většina její hmoty, je atmosféra chemicky téměř homogenní – je tvořena bezbarvou směsí plynných látek, kterou označujeme jako vzduch.

Hustota vzduchu není všude stejná, nejvyšší je na povrchu Země: na hladině moře je normální tlak vzduchu 1013,25 hPa (760 mm rtuťového sloupce).

Vzduch, který vniká do nitra Země, zas tolik důležitým činitelem není; naopak zemská atmosféra (byť původně v úplně jiném složení) vznikla únikem plynů z  povrchu Země, tehdy ještě žhavého.

Tlak vzduchu směrem do výšky exponenciálně klesá. Hmotnost atmosféry se odhaduje na 5,1.10²¹ g (5,1 triliónů kg).

Číselné údaje o tlaku apod. použité zde pro přirovnání nebudeme opravovat, neboť věříme, že jsou rovněž dost přesné.

Běžná oblačnost se vyskytuje ve výškách do 13 km, oblaka podobná červánkům někdy i přes 50 km. Většina meteorů se vypaří ve výšce 80-90 km.

Horní hranice atmosféry je pokládána různě, většinou se udává 500 km a více; z nejvyšší části atmosféry unikají částice do kosmického prostoru, takže horní hranice atmosféry je pozvolná.

Atmosféru mají i všechny planety Sluneční soustavy, i když na Merkuru je nesmírně řídká, stejně jako na Měsíci.

Kamenné meteority jsou složeny převážně z oxidických minerálů, protože jejich složení musí být podobné zemské kůře i plášti.

Voda a její geologická činnost

Molekula vody, jak již napovídá její chemický vzorec H₂O, se skládá z jednoho atomu kyslíku (88,8% hmotnosti) a dvou atomů vodíku (jen 11,2% hmotnosti), tzn. poměr objemů čistého vodíku a kyslíku (v plynném stavu) pro přípravu vody by byl také 2:1.

Voda je asi 773x těžší než vzduch. Při 0°C mrzne a zvětšuje svůj objem o 1/11 za vyvíjení značného tlaku. Led (při teplotě nad -80°C) tvoří hexagonální (šesterečné) krystaly; nejznámější jsou v kostrovitém vývinu jako sněhové vločky.

Při 100°C (za normálního tlaku 1013,25 hPa, resp. 760 mm rtuťového sloupce) dochází k varu vody a její přeměně na páru, která potom zaujímá 1700x větší objem. Největší hustotu má kapalná voda při 3,98°C.

Důležitým činitelem v přírodě je kyselina uhličitá, která v malém množství vzniká z CO₂ rozpuštěného ve vodě. Rozpouští uhličitany Ca, Mg, Fe a další, a i když je velmi slabou kyselinou, rozkládá dlouhodobým působením i nejobtížněji rozložitelné nerosty. Významná je však jen v blízkosti zemského povrchu.

III. Dynamická geologie

...

Voda, která vniká do Země i s rozpuštěnými látkami, reaguje se svým okolím až do ustálení rovnováhy. Jemnými průlinkami a trhlinkami prostupuje horninou a rozrušuje především iontové vazby. Žádný nerost není úplně nerozložitelný a nerozpustný.

Kyslík rozpuštěný ve vodě v blízkosti zemského povrchu oxiduje sloučeniny kyslíkem chudší, například mění sulfidy (například pyrit) na sírany. Jsou – li tyto sírany rozpustné ve vodě, vzniká kyselina sírová, která zase rozkládá jiné nerosty; tak vzniká například z uhličitanu vápenatého sádrovec (dihydrát síranu vápenatého), což je častým jevem i v ordovických břidlicích v Praze.

Na mořském pobřeží a v písčitých oblastech vítr odnáší jemný písek a prach a přemisťuje je často na velkou vzdálenost. Na pouštích často uchvátí takové množství písku, že když písčitý mrak klesne na zem, vznikají z  něj kopce – duny, které mohou časem dosáhnout výšky až 200 m; postupem času se mění i jejich tvar a mohou se spojovat.

Podobně vítr odnáší sopečný prach a popel a někdy tím vytváří mocné akumulace. Jemný prach a aerosol může vítr odnést téměř po celé Zemi, materiál ze sopek ležících v tropech lze běžně nalézt i v polárních ledovcích.

Vítr též přenáší mikroorganismy i pyl, semena, výtrusy apod. často i do míst, kde se původně nevyskytovaly. Ve vzduchu se také vyskytuje kosmický prach, jehož část pochází z meteorů; nejlépe jej lze pozorovat na sněhu a v ledovcích v blízkosti pólů.

V mírném pásu postupuje chemické zvětrávání pomaleji, ještě méně významné je v chladných oblastech; tam převažuje zvětrávání mechanické, způsobené zamrzáním vody a střídáním tepla a zimy, a skály se rozpadají na balvany a štěrk.

Také v pouštích se chemické zvětrávání pro nedostatek vody příliš neuplatňuje, avšak mechanické je významné díky střídání vysoké teploty ve dne a nízké teploty v noci; proto je půda často pokryta štěrkem z rozpukaných skal.

Pokud zvětraliny zůstanou na místě dostatečně dlouho, postupně z nich vznikne půda.

Jakmile dojde k narušení povrchu skály působením vody, vzduchu a změn teploty, můžeme na ní pozorovat první rostliny, např. lišejníky. Zapouštějí své kořeny do jemných trhlinek, čímž rozrušují nerostnou hmotu ještě více a činí ji přístupnější pro vodu. Voda odnáší z rozkládajících se rostlinných těl různé látky, jako třeba CO₂, do nitra skály. Zbytky lišejníků a mikroorganismů ve zvětralém povrchu horniny vytvářejí dobré podmínky pro další rostliny, např. mechy. Ty přilákají hmyz a na původně holé skále se rozvíjí život. Skála mezitím zvětrává ještě hlouběji, a její svrchní vrstvy se přeměňují na sypkou hmotu, obsahující rostlinné i živočišné zbytky, která se nazývá půda. Když je vrstva půdy mocnější, vyrůstají na ní větší rostliny, keře i stromy, které zapouštějí své kořeny ještě hlouběji do skal, čímž je trhají a přivádějí do nich ještě více vody.

Když odumřelé rostliny, chráněné od přístupu vzduchu, hnijí, vznikají z nich amorfní sloučeniny, jejichž směs má černou až hnědou barvu a nazývá se humus (prsť); jsou to hlavně huminové látky. Ty se pomalu rozkládají za vyvíjení oxidu uhličitého, vody a dalších látek a podílejí se na chemickém zvětrávání.

Ornice (svrchní vrstva půdy) bohatá kvalitním humusem je velice úrodná, a pro svou černou barvu se nazývá černozem. Např. na Ukrajině dosahovaly černozemě mocnosti až 6 m (pozn.: Banát – historické území, nížina v Rumunsku západně od Karpat a v srbské Vojvodině, malá část v Maďarsku).

Půda je pro nás nejdůležitější horninou, bez které by na pevnině nemohl existovat život. K její úrodnosti významně přispívají některé baktérie, které zpracovávají atmosférický dusík a přivádějí jej do oběhu, i různí živočichové jako např. žížaly, které ji zkypřují.

Dinárský kras, který se rozkládá od Slovinska až po Černou Horu, je jedním z nejznámějších a nejdokonaleji vyvinutých na světě. Jeho povrch je většinou holý a bez vody, protože srážková voda se rychle ztrácí do podzemí (proto se zachycuje do nádrží). Na planinách brání silný vítr zalesnění hřbetů a strání.

Někdy roztoky obalují krystaly jednoho minerálu povlakem jiného (vznikají perimorfózy) nebo přeměňují nerost na jiný – vzniká pseudomorfóza (pozn.: „klamotvarem vyplňovacím“ se myslí zřejmě normální pseudomorfóza).

Tvořivá činnost vody je rozsáhlá na mořském dně. V zátokách moří i slaných jezer se usazují klastické sedimenty (zvláště jíl) a evapority: sůl kamenná (halit), sádrovec, anhydrit a dolomit. Tento děj můžeme sledovat třeba v Mrtvém moři. Na jaře sem vodní toky přinášejí více vody a jílu, čímž se koncentrace solí v roztoku sníží, a usazují se vrstvy jílu. V létě se vypařuje více vody, než kolik jí přitéká, a salinita vody tím stoupne. Roztok se nasytí solemi, které se začnou usazovat – čím méně rozpustná sůl, tím krystalizuje dříve. Proto je např. vrstvička sádrovce pod vrstvičkou halitu. Protože se střídání sedimentace jílu a evaporitů opakuje každý rok, odpovídá také každému roku jeden pásek jílu.

Mechanické účinky vzduchu a vody bývají lépe pozorovatelné než chemické, protože probíhají rychleji a mohutněji.

a) eolická činnost – mechanické účinky větru

Vítr očišťuje zvětralý povrch od drobných zrnek a tím jej obnažuje. Na vysoké a osamělé skály působí vítr ostrohranným pískem, který unáší, jako sochařské náčiní: vrývá prohlubně do skalních stěn a vytrhuje úlomky hornin podobně, jako by působil proud vody. Přežene-li se taková písečná bouře po povrchu pokrytém valouny, vybrušuje na nich hladké plochy, které se často protínají v ostrých hranách – tím vznikají takzvané hrance. Vyskytují se často na pouštích i např. v severním Německu nebo Švédsku, u nás jsou však vzácné.

Na pouštích se často vyskytují hory, jejichž vrcholy jsou ploché a leží v jedné rovině. Původně tvořily souvislou planinu; brázdy, které v nich časem vznikly, rozšiřoval vítr a postupně z nich vytvořil hluboké rokle, jimiž jsou nyní kopce odděleny. Takovéto útvary, např. v libyjské poušti, se nazývají svědecké hory (svědčí o původní výšce planiny a o síle tamních větrů). Drobné úlomky z takto rozbrázděných hor vítr zase odnáší jinam. Zvětrávání a eroze působením větru se nazývá deflace.

Když byla skála na povrchu rozrušena, dostává se do ní více vody. Voda proniká do všech dutin a trhlin, a když zamrzne, zvětšuje svůj objem, čímž se trhliny rozšiřují a skály se postupně trhají na menší bloky a balvany. Když led taje, úlomky skal ztrácejí oporu a mohou se zřítit ze svahu.

Ve skalách roztrhaných působením mrazu pokračuje činnost vody, která oplachuje zvětralé plochy skal a odnáší z nich všechen nezpevněný materiál. Z mohutných skal časem zůstanou jen zbytky, často podobné malebným zříceninám, které dostávají různá jména. Takové skalní útvary jsou časté na horách (např. Třístoličník a Plechý na Šumavě). Nahromaděné neuspořádané balvany tvoří kamenná moře (na Šumavě Luzný – na hranici jižně od Modravy, ve Smrčinách aj.; pozn.: balvanité zvětrávání je typické hlavně pro hlubinné vyvřeliny).

Odnášení zvětralin se nazývá eroze (pozn.: o denudaci se mluví zpravidla jako o obnažení hornin v podloží v důsledku eroze). Erozí se snižují hora i celá pohoří, neustále se mění tvary skal a snižuje se nadmořská výška pevnin. Nejvíce jsou zvětrávání a erozi vystaveny horské hřebeny a štíty, na čemž se podílejí kromě vody i ledovce a vítr. Např. centrální Alpy byly původně snad dvakrát vyšší než nyní, o čemž svědčí např. předpokládaný původní průběh vrstev v erodovaných antiklinálách.

Ze zasněžených hor stékají po celý rok četné bystřiny a hloubí v horách rokle, nebo padají ze skal jako vodopády, zaoblují ostré tvary na povrchu skal, padající voda hloubí ve skále kotly a podemílá práh vodopádu. Tím vodopády stále ustupují a často před sebou zanechávají hluboká údolí nebo rokle. Niagarský vodopád ustupuje více než o půl metru za rok směrem k Erijskému jezeru; pod vodopádem je nyní vyvinut kaňon (rokle) 12 km dlouhý.

Padající vodou jsou hranaté úlomky hornin uváděny v točivý pohyb a vyvrtávají značné prohlubně ve skále, přičemž se samy zaoblují. Pod Niagarským vodopádem je takový kotel hluboký 57 m. Podobné vznikají ve větším množství pod horskými ledovci v divočících řekách, v nichž jsou četné víry.