היסטוריה של הגאולוגיה

היסטוריה של הגאולוגיה עוסקת בהתפתחות מדע הטבע של הגאולוגיה. גאולוגיה היא המחקר המדעי של מקורו, ההיסטוריה והמבנה של כדור הארץ.

גאולוגים אומדים את גילו של כדור הארץ בכ-4.6 מיליארד שנה ופיתחו שיטות להבנת מבנהו, החומרים המרכיבים אותו ותהליכים המתרחשים בו. כך, למשל, הועלתה במאה ה-20 תאוריה מדעית הטוענת כי הליתוספירה – המורכבת מקרום כדור הארץ ושכבת מעטפת כדור הארץ העליונה – מתחלקת ללוחות טקטוניים המתרחקים זה מזה, מתקרבים זה לזה ומחליקים זה לצד זה בתהליכים טקטונים. תאוריה זו נשענת על מספר תצפיות, כאשר אחת מהן היא מציאתם של מאובנים דומים ביבשות המרוחקות היום זו מזו מרחק רב. תאוריות כאלו ואחרות הן תוצר של מחקר מדעי ממושך. בחינת ההיסטוריה של המחקר הגאולוגי מלמדת על ההתקדמות שחלה בהבנה של מבנה כדור הארץ והתהליכים המתרחשים בו.

העת העתיקה

מיתולוגיות ואמונות

ראשי חץ מצור

בני האדם הקדמונים למדו לנצל את משאבי הטבע השונים – לא רק לצורכי הישרדות – אלא גם לצורכי מסחר, קישוט ופולחן דתי. דתות קדומות רבות הקצו אל לכל תופעת טבע, והתפתחו מיתולוגיות, מסורות ואמונות שונות בניסיון להסביר אותן תופעות.

באירופה למשל, נתפסו הרי געש כסדנאות תת-קרקעיות של האל וולקן, המכין נשק לגיבורי מלחמה, וכי עבודתו אחראית לרעידות אדמה ולהתפרצויות געשיות. בסמואה, רווחה האמונה כי אחד האלים קטע את ידו של אל יריב וכלא אותו בארובה תת-קרקעית, כשהאל הכלוא מנסה להשתחרר מן הארובה – נוצרות רעידות אדמה, ואילו היו לאל הכלוא שתי ידיים – הרעידות היו כה חזקות עד כי האיים היו נחרבים.

גם התנ"ך מכיל התייחסויות רבות לאירועים שניתן לפרש כתופעות גאולוגיות, למשל, המטרת גפרית ואש על סדום ועמורה או הפסוק: ”וַתִּגְעַשׁ וַתִּרְעַשׁ הָאָרֶץ וּמוֹסְדֵי הָרִים יִרְגָּזוּ וַיִּתְגָּעֲשׁוּ כִּי חָרָה לוֹ” – שניתן לפרש כרעידת אדמה. גם סיפורים מקראיים אחרים קיבלו "פרשנות גאולוגית", כמו קריעת ים סוף בספר שמות, בקיעת הר הזיתים ורבים אחרים.

הפילוסופים ביוון העתיקה

היסודות המדעיים של הגאולוגיה טמונים ביוון העתיקה, ששם אף נמצאו העדויות הראשונות לניסיון מעמיק למצוא ולתעד הסברים על תופעות הטבע הנצפות הקשורות בכדור הארץ, כבר החל מהמאה ה־6 לפנה"ס.

תלס ממילטוס (625–547 לפנה"ס) העלה תאוריות שונות לגבי נושאים בגאולוגיה. לפי עדותו של אריסטו, תאלס חשב שהאדמה צפה על גבי המים. תאוריה זו נדחתה על ידי המדע, אך יש לה דמיון לטקטוניקת הלוחות בהבדל שהנוזל המודבר אינו מים אלה מגמה רותחת.

התיאוריה של תאלס לגבי הגורם לרעידות אדמה עולה בקנה אחד עם ההשערה שלו שהאדמה צפה על פני המים. לפי עדותו של אאטיוס, תאלס ודמוקריטוס (460–371 לפנה"ס) חשבו שהמים הם הגורם לרעידות אדמה. סנקה ייחס לתאלס תיאוריה לפיה רעידות בכדור הארץ נובעות מסערות באוקיינוסים. למרות שהתיאוריה שגויה, ההשערה של תאלס היא רציונלית מכיוון שהיא מספקת הסבר שאינו פעולה של ישות נסתרת כלשהי. זוהי נחשבת התקדמות לתפיסה ההומרית המסורתית שרעידות אדמה נבעו מכעסו של פוסידון.

היו תיאוריות נוספות של פילוסופים יוונים קדומים על רעידות אדמה. במהלך חייו של הפילוסוף היווני אנכסגורס במאה ה-5 לפנה"ס עד המאה ה-14 לספירה, רעידות אדמה יוחסו בדרך כלל ל"אוויר (אדים) בחללי כדור הארץ." הפילוסוף היווני אנכסימנס (585–526 לפנה"ס), טען לפיהן אפיזודות שיפוע קצרות של יובש ורטיבות גרמו לפעילות סיסמית. הפילוסוף הרומאי פליניוס הזקן כינה רעידות אדמה "סופות רעמים תת-קרקעיות".

פיתגורס ראה אניות מתקרבות והבחין כי את תורניהן ניתן לראות לפני הגוף, ומכך הסיק כי צורת הארץ כדורית, זאת בתקופה בה רבים האמינו כי הארץ שטוחה.

קסנופנס תיעד מאובנים שמצא בהרים וכמוהו גם הפילוסוף הנודע הרודוטוס; ואמפדוקלס השאיר תיאור מפורט ראשון של התפרצות הר הגעש אטנה.

שאלה מרכזית שהעסיקה את הפילוסופים היוונים הייתה "ממה מורכב העולם?". תשובתו של אמפדוקלס לכך הייתה שכל המצוי בעולם מורכב מתערובות של ארבעת היסודות הראשוניים, כפי שהאמינו בתקופתו – אש, אוויר, אדמה ומים. אמפדוקלס טען כי יסודות אלה – שהם כשלעצמם נצחיים ובלתי משתנים – התקיימו מאז ועולם ויתקיימו לנצח, וכי כל השינויים הנראים בעולמנו הם שינויים כמותיים ולא איכותיים^{[דרושה הבהרה]}.

אריסטו פיתח מודל, בהתבססו על ארבעת היסודות של אמפדוקלס, שלפיו שולטות בעולם ארבע תכונות: חום וקור, יובש ולחות, שצירופיהן יוצרים את ארבעת היסודות: חום ויובש יוצרים את האש; חום ולחות יוצרים את האוויר; קור ויובש יוצרים את האדמה; קור ולחות יוצרים את המים. ההבדלים בין חומרים הוסברו על ידי שוני ביחסים הכמותיים שבין התכונות. תאוריה זו הסבירה, למשל, כיצד חימום של מים הופך אותם לאדים (אוויר) ומשאיר כלי ריק (אדמה). בתאוריה זו מופיעים הניצנים הראשונים למדעי הטבע – חיפוש גורם משותף למספר רב של תופעות והתבססות על תצפיות. אריסטו גם גרס כי הבנת העולם ניתנת להשגה רק באמצעות חשיבה לוגית המבוססת על מידע שנרכש באמצעות החושים, כל כמה שידע זה עשוי להיות פגום. הוא היה, ככל הנראה, הראשון לבסס תאוריה מדעית על בסיס תצפיות, למשל, לאחר שהבחין בסימנים של סחף והרבדה באדמה – הסיק שכדור הארץ משתנה ובקצב מאוד איטי, כל כך איטי שאינו ניתן להבחנה במהלך חייו של אדם אחד.

עיסוקים קדומים בגאולוגיה היו גם בעבודתו "על אבנים" תיאר תאופרסטוס, תלמידו של אריסטו, עפרות ומינרלים רבים ממכרות מקומיים. הוא דן בסוגים שונים של שיש וחומרי בנייה אחרים, כמו אבן גיר, ועשה ניסיון ראשוני לסווג את התכונות השונות של המינרלים, כגון קשיות. כמו כן אצל חברי האטומיסטים – לוקיפוס ותלמידו דמוקריטוס – שטענו כי כל החומרים מורכבים מגופיפים, חלקי יסוד שאי-אפשר לחלקם – אטומים (ביוונית: אטומוס), ולטענתם, כל החומרים מורכבים מצירוף של אטומים שונים ביחסים משתנים, ויוצרים את תכונות החומר: קור, חום, צבע וקשיות. וכן גם במשנתו של ארטוסתנס, הספרן המפורסם מאלכסנדריה, הצליח בדיוק מפתיע לחשב את קוטר כדור הארץ על ידי שימוש בצל ובחוקי הגאומטריה.

מדידת היקף כדור הארץ

איור הממחיש את מדידת היקף כדור הארץ שביצע ארטוסתנס:
S – אסואן, שבה בעת המדידה השמש בדיוק בזניט
A – אלכסנדריה, שם מדד ארטוסתנס את אורך הצל שמטיל עמוד אנכי
$\varphi$ – הזווית בין קרני השמש לעמוד באלכסנדריה
$\delta$ – המרחק בין הערים

ארטוסתנס היה מתמטיקאי, גאוגרף ואסטרונום יווני שחי במאה ה-3 לספירה. לא רק הבין שכדור הארץ הוא עגול, הוא גם מצא דרך מחוכמת ופשוטה להעריך את היקפו של כדור הארץ.

ארטוסתנס ידע שהעיר אסואן שבמצרים שוכנת על חוג הסרטן, ולכן, בצהרי מועד ההיפוך של הקיץ, עומדת השמש בדיוק מעל לראשו של הצופה, בזניט. בעירו, אלכסנדריה, הצפונית יותר, מדד ארטוסתנס את אורך הצל שמטיל עמוד אנכי ומצא שאורכו שווה ל-${\frac {1}{8}}$ גובה העמוד; על פי הכלל $\arctan {\left({\frac {1}{8}}\right)}\approx 7.2$, נובע כי הזווית בין קרני השמש לעמוד האנכי היא 7.2 מעלות. לכן, אורך זה הוא ${\frac {7.2}{360}}={\frac {1}{50}}$ של המעגל. אם מניחים שאלכסנדריה נמצאת במדויק מצפון לאסואן, נובע מן המדידות הללו כי המרחק מאסואן לאלכסנדריה הוא החלק האחד מחמשים מהיקפו של כדור הארץ (במעגל העובר דרך מרכז הכדור, ודרך אסואן ואלכסנדריה).

מדיווחי הנוסעים בשיירות הסחר היה ידוע לאנשי אלכסנדריה כי המרחק מעירם לאסואן הוא כ-5,000 סטדיות, שהן כ-925 קילומטרים – וכך העריך ארטוסתנס את היקף כדור הארץ ב-250,000 סטדיות. בתקופתו של הרודוטוס, כמאתיים שנה לפני ארטוסתנס, היה אורך הסטדיה 185 מטרים – ואם כיוון ארטוסתנס לסטדיות באורך כזה, הרי שלפי האומדן שלו היקף כדור הארץ הוא כ־46,250 קילומטרים – סטיה של 15% בלבד מן ההיקף האמיתי.

מספר גורמי שגיאה פגמו בדיוק המדידה המקורית של ארטוסתנס. אסואן אינה ממוקמת בדיוק על חוג הסרטן. המרחק בין הערים אינו 925 קילומטר. בנוסף, השמש אינה מקור אור נקודתי. הגורם העיקרי לחוסר הדיוק הוא הקושי למדוד את מרחקה של השמש מן הזנית בצהרי היום: בעין בלתי מזוינת, מוגבל הדיוק של מדידה כזו לכרבע מעלה. הדיוק של מדידת ארטוסתנס נובע בחלקו מקיזוז בין גורמי השגיאה השונים.

התוצאה שקיבל ארטוסתנס התקבלה בהערכה בין בני דורו, ונחשבה אמינה עוד מאות שנים אחר-כך, עד להופעת הקרטוגרפיה של תלמי, שבה חושב היקף כדור-הארץ באופן שגוי ביותר.

רומא העתיקה

מאוחר יותר, בתקופת רומא העתיקה, עסק פליניוס הזקן, ביצירתו "תולדות הטבע", בדיון נרחב על מינרלים ומתכות שהיו בשימוש נפוץ. הוא סיווג נכונה את הענבר כשרף מאובן על פי החרקים שנכלאו בו, והניח את היסוד למדע הקריסטלוגרפיה בזהותו את צורות ההתגבשות של היהלום.

ימי הביניים

חסילון מאובן

מדענים שונים, כמו היסטוריון הרפואה פילדינג ה' גאריסון (1870–1935), מחזיקים בדעה שמקורה של הגאולוגיה המודרנית בעולם המוסלמי. ב"מבוא להיסטוריה של הרפואה" (An Introduction to the History of Medicine) משנת 1913, כתב גאריסון: ”הסרצנים עצמם היו מחוללים לא רק של האלגברה, הכימיה והגאולוגיה, אלא של הרבה שיפורים ושכלולים לכאורה של הציוויליזציה, כמו תאורת הרחוב, שמשת החלון, זיקוקים, כלי מיתר, פירות מתורבתים, בשמים, תבלינים ועוד”.

אבו א־ריחאן אל־בירוני, שהיה אחד מראשוני הגאולוגים המוסלמיים, כתב על הגאולוגיה של הודו: ”אבל אם אתה רואה את אדמת הודו במו עיניך ומהרהר על טבעה, אם אתה שוקל את האבנים המעוגלות הנמצאות בארץ בכל עומק שתחפור, אבנים שהן ענקיות ליד ההרים במקום שהנהרות זורמים בפראות; אבנים שהן קטנות במרחק גדול מן ההרים ובמקום שהזרם איטי יותר; אבנים הנראות כתושות לחול במקום שהזרימה מתחילה לדעוך ליד שפכם או ליד הים – אם אתה שוקל את כל אלה אתה יכול בקושי רב שלא לחשוב כי הודו הייתה פעם ים אשר התמלא בהדרגה על ידי סחף הנחלים”.

אבן סינא הניב תרומה משמעותית למדעי הטבע בחיבור האנציקלופדי "כיתאב אל שיפאא'" (ספר הריפוי), ובו – במאמר על מינרלוגיה ומטאורולוגיה – מופיעים הסברים על היווצרותם של הרים, תרומתם של הרים ביצירת עננים, מקורותיהם של המים ושל רעידות אדמה, היווצרותם של מינרלים ורבגוניות פני הקרקע של כדור הארץ. תפישות אלה כלולות גם ב"תאוריה של הארץ" של ג'יימס האטון. הבריטים – הפילוסוף סטיבן טולמין והסופרת ג'ון גודפילד – העירו בשנת 1965 על תרומתו של אבן סינא: ”כבר בשנת 1,000 לספירה הציע אבן סינא היפותזה על מקורם של רכסי הרים, שהעולם הנוצרי החשיב לקיצונית שמונה מאות שנים מאוחר יותר.”

אחד מן המדענים המעניינים בסין של ימי הביניים – היה שן קואו, מלומד ואיש אשכולות, שעסק בתחומי מדע רבים בני זמנו. בתחום הגאולוגיה היה שן קואו אחד מן המדענים הראשונים שניסח תאוריה בגאומורפולוגיה המבוססת על תצפיותיו בהתרוממות משקעים, סחיפת קרקעות, הרבדה של טין ומאובנים ימיים שנמצאו בהרי טאיחאנג, מאות קילומטרים מן האוקיינוס השקט. בנוסף, הוא ניסח תאוריה של שינוי אקלים הדרגתי לאחר שצפה בבמבוק מאובן עתיק שנמצא במעבה האדמה ליד העיר ינ'אן, במצב שימור טוב בשל תנאי האקלים היבש של מחוז שאאנשי.

לאונרדו דה וינצ'י התעניין בתחומי מדע רבים ועסק לא מעט בגאולוגיה, במבנה הקרקע ובחקר מאובנים, והבחין שהמאובנים הנמצאים בסלע היו פעם יצורים חיים. לתובנה דומה הגיע מעט אחריו גם ניקולאוס סטנו.

תקופת הרנסאנס

גאורגיוס אגריקולה היה רופא גרמני שטיפל בכורים באחד מאזורי המכרות בגרמניה. שמו המקורי היה גאורג באוור ו"אגריקולה" הוא כינוי שניתן לו שפירושו בלטינית: איכר. אגריקולה התעניין בסלעים ובמינרלים, מתוך כוונה למצוא חומרים שיוכלו לשמשו למטרות רפואיות. הוא פרסם ספרים אחדים על סלעים ומינרלים, שאחד מהם שימש מקור מידע עיקרי לחוקרים, לכורים ולמעבדי מתכות במשך כמאתיים שנה. בשל גישתו המדעית נחשב אגריקולה לאבי התורה של חקר המינרלים – המינרלוגיה.

ג'ורג' אוון הוולשי למד טופוגרפיה, ובמהלך לימודיו ערך תצפיות שיטתיות על הגאולוגיה של ויילס ובעיקר על שכבות אבן גיר ופחם. אף שלא יסד תאוריה גאולוגית על היווצרותן של השכבות וכתביו לא התפרסמו עד 1796, הוא זכה למוניטין רב ונחשב לאבי המחקר הגאולוגי הבריטי.

ניקולאוס סטנו

ניקולאוס סטנו מדנמרק תרם רבות לפלאונטולוגיה והניח את היסודות למדעי הסטרטיגרפיה והקריסטלוגרפיה. לזכותו נזקפים ניסוחם של עקרונות יסוד בסטרטיגרפיה כעקרון הסופרפוזיציה ועקרון האופקיות המקורית המפורטים בהמשך. סטנו ניסח עקרון נוסף הידוע בפשטות כ"חוק סטנו", או "חוק הזוויות הקבועות של סטנו": כשהוא מסתמך על מחקר גבישי הקוורץ קבע סטנו שהזוויות בין פאות מקבילות בגבישים מאותו חומר זהות בכל הדגימות של המינרל או החומר. עיקרון זה היווה פריצת דרך מהותית והוא מונח בבסיס המחקרים שנעשו אחר כך על מבנה הגביש.

במאה ה־17 הבחינו אנשי דת שבכל תרגומי התנ"ך והברית החדשה – רק הפרטים הגאולוגים והגאוגרפים היו זהים בכל הגרסאות. בעקבות כך התעוררה התעניינות כללית בגאולוגיה, שמטרתה הייתה ליצור תאוריה גאולוגית העולה בקנה אחד עם הסיפור התנ"כי, בפרט על המבול. על פי התאוריה, הסטרטות השונות תואמות את המאורעות התנכ"יים. ואכן, התאוריה הרווחת נשענה על ספרו של ויליאם ויסטון "תאוריה חדשה של הארץ" (A New Theory Of The Earth) שהתפרסם ב־1696,‏ ובו ויסטון טוען בזכות התרחשותו של מבול על פי הראיות שמספקות הסטרטות של כדור הארץ.

המאה ה־18: התבססות כענף מדעי

המונח "גאולוגיה"

באמצע המאה ה־18 התבססה הגאולוגיה כענף מדעי. מוזיאון הטבע הלאומי הצרפתי היה הראשון לקבוע משרת הוראה לתחום זה כבר ב־1741. היה זה צעד חשוב לקראת התפתחות הגאולוגיה ובהכרת חשיבות הפצתו הרחבה של הידע. ב־1749 פרסם חוקר הטבע הצרפתי ז'ורז'־לואי לקלר דה בופון את ספריו Histoire Naturelle, שבהם תקף בגלוי את "תאוריה חדשה על הארץ" של ויליאם ויסטון, ובעקבות ניסויים שערך טען שכדור הארץ אינו בן 6,000 שנה אלא כבן 75,000 שנה. לקלר אמנם התווה את השם גאולוגיה בהקשר למחקר כדור הארץ באותם ימים, אך המונח לא התקבל היטב עד פרסום האנציקלופדיה הגדולה בשנת 1751 בידי דני דידרו. השימוש הראשון במושג נעשה בפרסומים מקצועיים של שני מדענים שווייצריים: הגאולוג והמטאורולוג ז'אן־אנדרה דלוק והוראס־בנדיקט דה סוסיר. שימוש מוקדם במושג "גאולוגיה" נעשה על ידי רישאר אונז'רוויל המוכר גם כ"רישאר דה בירי", על מנת להבדיל בין עקרונות תאולוגיים־רוחניים לעקרונות מדעיים־ארציים.

המחקר המדעי מול התיאור המקראי

תחריט עץ המתאר כרייה מספרו של גאורגיוס אגריקולה "טבעם של המינרלים" שיצא בבזל בשנת 1556

עוד מאותה התקופה היה פרסומו הפילוסוף עמנואל קאנט, בשנת 1755 – "היסטוריה אוניברסלית ותאוריה של השמים" (Allgemeine Naturgeschichte und Theories des Himmels) ובו הדעה שהיווצרות כדור הארץ אינה קשורה כלל לדת או לאלוהים. כמו כן, היו המינרלוג ז'אן־אטיין גוטאר והגאולוג ניקולא דמארה שטיילו במרכז צרפת ותיעדו את תצפיותיהם במפות גאולוגיות. גוטאר תיעד גם את תצפיותיו על היסודות הגעשיים של אזור זה. עד שנות ה־70 של המאה ה־18, כבר היה חקר כדור הארץ עיסוק נפוץ, והתערערה התפישה שלפיה הסיפור המקראי הוא מקור מהימן לצורך מחקר גאולוגי. עם זאת, מדע הגאולוגיה לא נכלל באנציקלופדיה בריטניקה עד למהדורה הרביעית שיצאה לאור בשנת 1809.

העניין המתגבר בטבעו ובמקורו של כדור הארץ עורר עניין במינרלים ובמרכיבים אחרים של קרום כדור הארץ. יותר מכך, התגברות החשיבות הכלכלית של כרייה באירופה החל מאמצע המאה ה־18 וניצניה של המהפכה התעשייתית הפכה את הידע המדויק על עפרות ותפוצתן לחיונית ביותר. מלומדים החלו ללמוד את הרכב כדור הארץ באופן שיטתי, תוך השוואה מפורטת ותיאור לא רק של האדמה אלא גם על מציאותן של מתכות יקרות למחצה שחשיבותן הלכה ועלתה. ככל שניתן היה למצוא ביעילות רבה יותר אדמת מכרות פורייה ולזהות עפרות המכילות מתכות, ניתן היה להפיק מכך רווח גדול יותר. דחף זה להצלחה כלכלית הזין את הגאולוגיה והציב אותה במרכז ההתעניינות, והפך אותה לנושא נחשק. עם גדילת מספר האנשים שבחרו ללמוד אותה, התרבו התצפיות והתווסף ידע רב יותר על כדור הארץ.

צורך כלכלי זה הביא את אברהם גוטלוב ורנר לפרסם בשנת 1774 את הספר "על טבעם החיצוני של מינרלים", אשר הביא לו הכרה נרחבת מאחר שהציג פירוט שיטתי לזיהוי מינרלים הנשען על תכונותיהם החיצוניות. ורנר גם הציע תאוריה לפיה היה כדור הארץ בתחילתו מכוסה מים וכך נוצרו שכבות הסלעים שאנחנו מכירים היום. התאוריה נקראה נפטוניזם על שמו של נפטון, אל הים במיתולוגיה הרומית. התאוריה ניסתה ליישב בין הראיות הגאולוגיות לסיפור התנ"כי. תומכי ורנר נטו להיות "קטסטרופיסטים" – שהגנו על התפיסה לפיה שינויים גאולוגיים התרחשו באירועים קטסטרופיים בממדים עצומים כמו המבול, ולא בהשתנות איטית לאורך מיליוני שנים.

חוקר הטבע הסקוטי ג'יימס האטון יצא בשנת 1785 נגד הנפטוניזם של ורנר עם תאוריה משלו שכונתה פלוטוניזם על שם פלוטו – אל השאול במיתולוגיה הרומית. הוא הציג אותה במאמר "תאוריה של הארץ" (Theory of the Earth), אותו הגיש ל"אגודה המלכותית של אדינבורו" בשנת 1788. ההנחה שנמצאה ביסוד השקפתו כי התהליכים המעצבים את פני כדור הארץ הם איטיים ואחידים (אוניפורמיים) הובילה אותו לנסח את עקרון האחידות. לפי האטון, הרים נוצרו באיטיות על ידי התכה איטית של חומר במעמקי האדמה כתוצאה מהלחץ העצום של מי הים, נשחקו והורבדו כסלעי משקע במעמקי הים וסלעים אלה התרוממו והפכו לאדמה יבשה, שנסחפת לים וחוזר חלילה – תאוריה זו, כמובן, אינה מקובלת היום. תהליך זה, לדבריו, נמשך כל העת ואורך זמן רב ביותר. לכן, כך האמין, כדור הארץ הוא עתיק מאוד – "בלי סימן של ראשית ובלי סימן של אחרית" – כלשונו, ובוודאי שאינו בן 6,000 שנה כפי שנטען התנ"ך. תאוריה זו תאמה את השקפתו הדתית הדאיסיטית, לפיה העולם הוא מכונה מושלמת שנוצרה על ידי האל. ההשקפה הדאיסטית הייתה פופולרית בתקופתו ושימשה אלטרנטיבה לפירוש מילולי של כתבי הקודש.

בהכללה, אם כן, בסוף המאה ה־18 ובתחילת המאה ה־19 היו שתי תפיסות מנוגדות. אחת, המזוהה עם ורנר ואחרים, האמינה שכדור הארץ צעיר, בקטסטרופות, ובמים כמחוללי השינוי העיקרי. תפיסה זו נטתה לפירוש מילולי של התנ"ך. התפיסה השנייה, המזוהה עם האטון ואחרים, האמינה שכדור הארץ עתיק, בשינוי איטי ואחיד, ובחום ובלחץ כמחוללי השינוי העיקריים. תפיסה זו עלתה בקנה אחד עם השקפה דתית דאיסטית. בוויכוח בין שתי הגישות הייתה ידם של ה"פלוטוניסטים", חסידיו של האטון, על העליונה. הם האמינו כי סלעים נוצרים בתהליכים געשיים מהשקעה של לבה הפורצת מהרי געש, והצליחו להסביר הימצאותם של סלעים מותכים כגון בזלת טוב יותר מה"נפטוניסטים" – חסידיו של ורנר – שהתקשו להסביר כיצד היו יכולים להיווצר סלעים כאלה בכח המים והרוח בלבד. עבודתם של האטון ערערה על התאוריות המקובלות אז על גילו הצעיר של הארץ. ערעור זה סימן נקודת מפנה במחקר כדור הארץ. חיזוק נוסף נגד הקטסטרופיסטים היה הספר "עקרונות הגאולוגיה" (Principles of Geology) שפרסם הגאולוג הסקוטי צ'ארלס לייל ב־1830 וזכה להצלחה. בספר זה הציג לייל הוכחות משכנעות מרחבי אירופה לתאוריות של האטון, ואת עקרון האחידות סיכם לייל בביטוי: "ההווה הוא המפתח לעבר".

המאה ה־19: תמריצים כלכליים למחקר הגאולוגי

פיתוח לוח הזמנים הגאולוגי

איור מאובנים מתוך "זיהוי שכבות סלע בעזרת מאובנים של בעלי חיים" של ויליאם סמית משנת 1816

מניעים כלכליים ביישום מידע גאולוגי הביאו ממשלות לתמוך במחקר הגאולוגי. במהלך המאה ה־19 מימנו ממשלות רבות סקרים גאולוגיים אשר סיפקו מפות גאולוגיות של אזורים נרחבים וסיפקו מידע על מיקומם של מינרלים שימושיים – מידע בעל חשיבות לתעשיית המכרות של אותן מדינות. מחקר גאולוגי במימון ממשלתי איפשר לרבים ללמוד גאולוגיה, להיעזר בטכנולוגיה ובטכניקות מתקדמות ולהרחיב את המחקר הגאולוגי.

בתחילת המאה ה־19 הורכב הטור הסטרטיגרפי המתאר את סדר שכבות הסלעים בכדור הארץ ואשר נשען על מידע שסיפקו הנפטוניסטים והפלוטוניסטים של המאה ה־18. להרכבת הטור תרמו הביולוג ז'ורז' קיווייה והמינרלוג אלכסנדר ברוניאר, שניהם מצרפת, שפרסמו בשנת 1811 את "תיאור הגאולוגיה של סביבות פאריז" (Description Geologiques des Environs de Paris), והמודד האנגלי ויליאם סמית. עבודתם של השלושה הולידה את הסטרטיגרפיה, מיפוי שכבות הסלע בכדור הארץ.

סמית עצמו אחראי למהפכה גאולוגית חשובה – קביעת גילן של שכבות סלע ויצירת היסוד לבניית לוח הזמנים הגאולוגי. כאספן מאובנים מושבע הוא הבחין בשיטתיות בהימצאותם במקומות שונים, ומצא קשר בין שכבות סלע שונות למאובנים שמצא בהן. סמית ערך חתך דרך שכבות סלע וגילה בהן סדר הופעה זהה של מאובנים, באמצעותם קבע גיל יחסי לשכבות הסלע. על פי גודלם וסוגם של המאובנים, הגדיר סמית 3 עידנים גאולוגיים חשובים: עידן הפלאוזואיקון – עידן בעלי החיים הקדומים, עידן המזוזואיקון – עידן בעלי החיים התיכוניים, ועידן הקנוזואיקון – עידן בעלי החיים החדשים. ב־1815 פרסם סמית מפה של אנגליה ובה סימן את השכבות לפי המאובנים שבהן וב־1816 את "זיהוי שכבות סלע בעזרת מאובנים של בעלי חיים" (Strata Identified by Organized Fossils).

תורת האבולוציה של דרווין

ערך מורחב – אבולוציה

ארבעה מינים של פרושי דרווין שההבדלים ביניהם תרמו להבנתו של דרווין את הברירה הטבעית

"עקרונות הגאולוגיה" של לייל היה בן לוויה במסעותיו של חוקר הטבע והגאולוג צ'ארלס דרווין. דרווין עצמו ערך תצפיות שקיבלו אישור מ"עקרון האחידות". בשנת 1858, הציעו צ'ארלס דרווין ואלפרד ראסל וולאס את תורת האבולוציה המונעת במנגנון הברירה הטבעית לחברה הלינאית של לונדון, אשר בעקבותיה פרסם דרווין את ספריו "מוצא המינים" ו"מוצא האדם". הוא הניח כי האדם אינו נזר הבריאה^{[דרושה הבהרה]}, אלא חוליה אחת ברצף התפתחות של עולם החי והצומח, המתרחשת מתוך ברירה טבעית בעולם שאינו קבוע אלא משתנה בהתמדה במשך מיליוני שנים. צ'ארלס דרווין – שהיה ביסודו גאולוג – נטל עמו פטיש גאולוגי במסעותיו והסביר בצורה סבירה תופעות של התהוות הרים, רעידות אדמה ושוניות אלמוגים. התאוריה שלו על אבולוציה של מינים על ידי מנגנון הברירה הטבעית נמצאת ביסודם של לוח הזמנים הגאולוגי והפלאונטולוגיה.

מוצא המינים היווה חוליה מאוחרת בשרשרת של רעיונות אבולוציוניים שונים שבוטאו על ידי מלומדים רבים בתקופות שונות. הפילוסוף היווני אנכסימנדרוס ביטא רעיונות דומים כבר במאה ה־6 לפנה"ס. מאוחר יותר ביטאו רעיונות כאלה גם הפילוסוף הסיני ז'ואנגזי בן המאה ה־4 לפנה"ס, הפילוסוף היווני אמפדוקלס, הפילוסוף הרומאי לוקרטיוס, הביולוג הערבי אל חזיז בן המאה ה־8, הפילוסוף הפרסי אבן מיסקווית בן המאה ה־10 ומלומדים רבים נוספים.

עם התרחבות הידע בביולוגיה במאות ה־18 וה־19 הופיע מגוון רחב של רעיונות דומים. אחד מן הבולטים בהם היו הלאמארקיזם – תאוריה אבולוציונית שפיתח ז'אן־בטיסט דה לאמארק, שגרסה כי ניסיון החיים של ההורה גורם לשוני בתכונות צאצאיו. קדם ללאמארק סבו של צ'ארלס דרווין – ארסמוס דרווין – רופא, פילוסוף של הטבע וממציא חשוב, שעסק ברעיון האבולוציה משנת 1770. בספר משנת 1791 "הגנים הבוטניים" (Botanic Gardens) כתב על החיים שנוצרו בים והתפתחו בהדרגה. ספרו המוכר והחשוב ביותר של ארסמוס דרווין נקרא "זונומיה, חוקי החיים האורגניים" (Zoonomia, the Laws of Organic Life) והוא יצא לאור בשני כרכים (ב־1792 וב־1796), העוסקים במחקר רפואי שערך. ארסמוס טען כי מיליוני שנים לפני שנוצר המין האנושי נוצרו כל בעלי החיים מיצור חד־תאי שממנו התפתחו איברים נוספים. במקום אחר כתב כי כל הצמחייה ובעלי החיים הקיימים היום נוצרו באופן ספונטני מצורות חיים מיקרוסקופיות שחיו באוקיינוס. כשהיה בן 18 קרא צ'ארלס דרווין את "זוּנומיה", ואף שניסה להתכחש לספרו של סבו כאשר ספג ביקורות קשות על דעותיו, למרבית כתביו של צ'ארלס דרווין יש מקבילות בכתביו של הסב ארסמוס.

המאה ה־20: גילוי נדידת היבשות

פיזור מאובנים ביבשות השונות

במאה ה־19 אמד עולם המדע את גילו של כדור הארץ במושגים של מיליוני שנים ובתחילת המאה ה־20 הוערך בכ־2 מיליארד שנה, תוך שימוש בכלים רדיולוגים. תיארוך רדיומטרי קבע את גילם של מינרלים וסלעים – מידע הנחוץ לקביעת גיל הארץ, ובמחצית השנייה של המאה ה־20 הצטברו ראיות גאופיזיות רבות שהעמידו את אומדן גיל כדור הארץ על 4.6 מיליארד שנה. גילוי זה, הנשען על מידע מדעי אמין, הביא לדיוק בבניית לוח זמנים גאולוגי ולניפוי תאוריות שלא עלו בקנה אחד עם ראיות מדעיות.

בידיעת סדר השכבות הנכון טמונה תועלת כלכלית. אחד הראשונים שגילה זאת היה האנס מרנסקי, גאולוג דרום אפריקאי. למרנסקי – שעסק בגילוי מחצבים – נודע על מחשוף המכיל פלטינה בריכוז בעל ערך כלכלי. הוא חישב מחשופים ידועים של אותה יחידה סטרטיגרפית, בחר את הרחוק בהם – 40 ק"מ מן הראשונה – וגילה גם בו בצר פלטינה. כך חישב את השכבה כולה, אשר במשך עשורים רבים שימשה מכרה עצום ממדים לעפרות פלטינה.

אלפרד וגנר, מדען גרמני רב תחומי, הבחין כי קווי החוף של אפריקה ושל שתי האמריקות דומים, והניח כי כל היבשות נקרעו מיבשת על קדומה – פנגיאה – ולאחר מכן נסחפו כרפסודות על קרקעית האוקיינוס והגיעו בסופו של דבר למקומן הנוכחי. ב־1912 הציג וגנר את תאוריית נדידת היבשות שנשענה על עדויות מאובנים, אשר בעזרתה ניתן היה להבין גם את תהליכי היווצרות רכסי ההרים הגדולים (אורוגנזה). בשנת 1915 התפרסם ספרו "מקור היבשות והאוקיינוסים", אך עברו כמעט חמישים שנה עד שרעיונותיו של וגנר התקבלו בעולם המדע.

בשנת 1960 נמצאו ההוכחות שתמכו בתאוריית נדידת היבשות, והיא התחלפה בתפישת הלוחות הטקטוניים שנשענה על מידע מוצק. עד לסופו של אותו עשור כבר נתמכה תאוריה זו על ידי מרבית הגאולוגים. עדויות אלה הציגו תנועה צידית של יבשות והוכיחה כי הקרום האוקייני צעיר מן הקרום היבשתי. עדויות אלה גם תמכו בתאוריית התפשטות קרקעית הים שהוצעה על ידי האוקיינוגרף והגאופיזיקאי רוברט סינקלר דיץ ועמיתו הגאולוג הארי האמונד הס. התאוריה שלהם גרסה כי קרקעית הים מתפשטת מרכסים מרכז אוקייניים הפולטים לבה ובונים קרום ימי בזלתי הנדחק לצדדים כאשר נוצר קרום חדש. התרחשות כזו ניתן לראות ברכס המרכז־אטלנטי, שבאחת מן הפסגות הבולטות שלו נמצא האי האיסלנדי. תאוריה נוספת שנתמכה באותן עדויות היא הפלאומגנטיזם, שהוצעה על ידי הגאופיזיקאי הבריטי סטנלי קית רנקורן והצביעה על שינויים בשדה המגנטי של כדור הארץ במהלך התפתחותו, שינויים אשר השאירו את חותמם על מינרלים וסלעים מגנטיים. כדי לאמת תאוריות אלה נעשה על ידי נאס"א והמכון הגאולוגי הלאומי של ארצות הברית (USGS) שימוש בלוויינים החל מתחילת שנות ה־70, בתוכנית לאנדסאט. משימות אלה הציגו תמונות של כדור הארץ שעזרו רבות להבנת תהליכים גאולוגיים שהתרחשו בו.

גאולוגיה מודרנית

הגאולוגיה המודרנית עדיין חוקרת את כדור הארץ על כל רבדיו, אך אינה מסתפקת בכך. בשנת 1969, עם נחיתתו של האדם הראשון על הירח, נולד תחום גאולוגי חדש: גאולוגיה פלנטרית. חקר הגאולוגיה של הירח היה משימתו הראשונה של תחום זה, ומדענים כיוג'ין שומייקר נטלו אותו בלילה אחד מידיהם של האסטרונאוטים. התפתחות זו שינתה גם את התפישה הגאולוגית המסורתית שראתה בכדור הארץ יחידה עצמאית ובלתי תלויה, והביאה למחקרים חדשים על היווצרותו והתפתחותו של כדור הארץ בתוך מערכת השמש.

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא היסטוריה של הגאולוגיה בוויקישיתוף