भूविज्ञान

भूविज्ञान

भूविज्ञान म्हणजे आपण जिच्यावर राहतो त्या पृथ्वी या ग्रहाची माहिती मिळविण्याचे शास्त्र. पृथ्वी कोणत्या पदार्थाची बनलेली आहे, ते पदार्थ कसे उत्पन्न झाले, महासागर, खंडे, पर्वत, नद्या इ. आज दृष्टीस पडणारी जी भौगोलिक स्वरूपे आहेत ती अक्षय आहेत का, त्यांच्यात फेरबदल होत आहेत आणि ती केव्हा व कशी निर्माण झाली?

पृथ्वीवर आज असणारे जे जीव, प्राणी व वनस्पती आहेत ते पृथ्वीवर केव्हा अवतरले? गतकाली पृथ्वीवर आजच्यासारखेच जीव होते का वेगळ्या प्रकारचे जीव होते? पृथ्वी कशी निर्माण झाली? अशांसारख्या प्रश्नांची उत्तरे मिळविणे हे भूविज्ञानाचे मुख्य कार्य आहे. एकूण पृथ्वीची म्हणजे तिच्या सर्व भागांची माहिती मिळविणे हा भूविज्ञानाचा हेतू असला, तरी पृथ्वीच्या प्रचंड राशीपुढे मनुष्याचे सामर्थ्य व त्याची उपकरणे अगदीच तोकडी पडतात व पृथ्वीच्या अगदीच अल्प अशा भागाचे परीक्षण करणे त्याला शक्य होते. ज्याचे परीक्षण प्रत्यक्ष करता येईल किंवा परीक्षणासाठी ज्याचे नमुने मिळविता येतील असा पृथ्वीचा धन झालेला बाहेरील भाग म्हणजे भूपृष्ठाजवळचा, काही थोडे किलोमीटर जाडीचा खडकाळ भाग हा होय.

या भागाला पृथ्वीचे कवच किंवा शिलावरण अशी नावे देतात. एकूण पृथ्वीच्या एवढ्याच भागाची विश्वसनीय व सविस्तर माहिती मिळविणे शक्य झालेले आहे म्हणून भूविज्ञान या संज्ञेचा एकूण पृथ्वीचे विज्ञान असा अर्थ होत असला, तरी आधुनिक शास्त्रीय व्यवहारात भूविज्ञान म्हणजे पृथ्वीच्या कवचासंबंधीचे विज्ञान असा मर्यादित अर्थ घेऊन ही संज्ञा वापरली जाते. तथापि पृथ्वीच्या खोल भागात होणाऱ्या प्रक्रियांचे परिणाम पुष्कळ खडकांवर झालेले आढळतात व त्यांवरून संपूर्ण पृथ्वीचा अप्रत्यक्ष अभ्यासही यात केला जातो. तसेच कवच, जलावरण व वातावरण यांच्यावर होणारे जीवावरणाचे [विविध प्रकारचे सजीव ज्यात आढळतात अशा पृथ्वीभोवतालच्या आवरणाचे - जीवावरण] परिणाम, तसेच अवकाशात जाणाऱ्या व अवकाशातून येणाऱ्या ऊर्जेचे या सर्वांवर होणारे परिणाम हे विषयही भूविज्ञानाच्या कक्षेत येतात. पृथ्वीच्या कवचाचे परीक्षण व अन्वेषण (संशोधन) करून अतिप्राचिन काळापासून तो मानवी इतिहासकालाच्या सुरूवातीपर्यंतचा कवचाचा इतिहास जुळविणे, हे भूविज्ञानाचे मुख्य कार्य आहे आणि त्या दृष्टीने भूविज्ञानात मुख्यतः पुढील गोष्टींचा विचार केला जातो :

(१) कवचाचे घटक पदार्थ, त्यांची रचना व उत्पत्ती,

(२) पृथ्वीच्या कवचात (संघटन व रचना यांत) घडलेले व घडणारे फेरफार व ते घडवून आणणाऱ्या प्रक्रिया,

(३) काही खडकांत जे जीवाश्म म्हणजे गतकालीन जीवांचे शिळारूप झालेले अवशेष असतात त्यांचे परीक्षण करून पूर्वीच्या निरनिराळ्या कालखंडात पृथ्वीवर कोणते जीव राहत व त्यांचे परस्परांशी व आजच्या जीवांशी कोणते संबंध आहेत यांविषयी माहिती मिळविणे आणि

(४) पृथ्वीच्या निरनिराळ्या कालखंडात कवचाची स्वरूपे कशी होती व त्यांच्यात फेरफार होत जाऊन पृथ्वीच्या कवचाला आजचे स्वरूप कसे प्राप्त झाले म्हणजे आजची भौगोलिक स्वरूपे कशी निर्माण झाली यांविषयी तपास करणे.

महासागरांच्या द्रोणी, पर्वत वगैरेंची उत्पत्ती, उत्क्रांती यांच्या अभ्यासात निर्माण होणाऱ्या निसर्गविषयक समस्यांची उत्तरे शोधणे हा भूवैज्ञानिक अभ्यासाचा महत्त्वाचा भाग आहेच; शिवाय प्रत्यक्ष व्यवहारातही (उदा., उद्योगधंदे, प्रयोग इ.) भूविज्ञान उपयुक्त ठरते. लोखंड, तांबे, शिसे, सोने इ. उपयुक्त धातूंची धातुके (कच्च्या रूपातील धातू) व इतर खनिज पदार्थ (उदा., अभ्रक, ग्रॅफाइट इ.), खनिज इंधने (दगडी कोळसा, खनिज तेल इ.), भूमिजल वगैरे शोधण्यासाठी भूवैज्ञानिक माहितीचा उपयोग होतो. जमिनीचा वापर करण्याच्या दृष्टीने अभियांत्रिकीय भूविज्ञानाची मदत होते.

उदा., मोठ्या इमारती, धरणे, पूल, रस्ते, बोगदे, अणुभट्ट्या इ. बांधकामांच्या जागा ठरविताना तिचे भूवैज्ञानिक अध्ययन होणे आवश्यक असते. यामध्ये जमीन व खडक बांधकामाला आधार देण्याइतपत मजबूत आहेत की नाहीत, भूमिपाताची शक्यता किती आहे, भूकंपामुळे उद्‌भवणारे धोके टाळता येतील का वगैरे प्रश्नांचा विचार केला जातो. काही नैसर्गिक आपत्तींची (उदा., ज्वालामुखी, भूकंप इ.) पूर्वसूचना देण्यासही भूवैज्ञानिक अभ्यासाचा उपयोग होणे शक्य आहे. भूविज्ञान हे मूलभूत विज्ञान नसून त्याचे अध्ययन करीत असताना इतर अनेक विज्ञानांचा उपयोग वारंवार करावा लागतो.

उदा., पृथ्वीचे कवच हे कित्येक प्रकारच्या खडकांचे बनलेले आहे व त्या खडकांचे प्रकार मुख्यतः त्यांच्या भौतिक गुणधर्मांवरून व काही वेळा त्यांच्या रासायनिक संघटनावरून ठरवावे, म्हणजे ओळखावे लागतात व या कामी भौतिकीतील व रसायनशास्त्रातील तत्वे, तंत्रे व पद्धतींचा उपयोग करावा लागतो. त्याचप्रमाणे पुष्कळ खडकांवर जीवांच्या क्रियांचे परिणाम झालेले दिसतात व कवचाच्या कित्येक खडकांत गतकाळातील जीवांचे जे अवशेष सापडतात ते कोणत्या जीवांपासून बनले आहेत हे ठरविण्यासाठी वनस्पतिविज्ञानाच्या व प्राणिविज्ञानाच्या पद्धतींचा उपयोग करावा लागतो, तर खडक व जैव द्रव्य यांच्यातील विक्रियांच्या अभ्यासासाठी कार्बनी रसयनशास्त्राचा वापर करावा लागतो; परंतु भूविज्ञानाच्याही काही स्वतंत्र व विशिष्ट पद्धती आहेत आणि त्या म्हणजे कवचाच्या घडामोडींचा अनुक्रम ठरविण्याच्या पद्धती होत. त्यांच्याद्वारे पृथ्वी व तीवरील जीव यांचा इतिहास समजण्यास मदत होते.

खडकांचे गुणधर्म भौतिकीच्या व रसायनशास्त्राच्या पद्धतींनी व खडकांत असणाऱ्या जीवाश्मांची स्वरूपे वनस्पतिविज्ञान व प्राणिविज्ञानाच्या पद्धतींनी कळून येतात; पण त्या खडकांपैकी किंवा जिवाश्मांपैकी कोणते आधीचे व कोणते नंतरचे हे ठरविण्यासाठी भूविज्ञानाच्या पद्धतींचा उपयोग करावा लागतो. अशा पद्धतींनी कवचाची तपासणी करून मिळालेली माहिती जुळवून कवचाच्या घडामोडींचा अनुक्रम देणारा एक भूवैज्ञानिक कालमापक्रम तयार करण्यात आलेला आहे व त्यामुळे मानवी ज्ञानात मोलाची भर पडलेली आहे. ज्याप्रमाणे ज्योतिषशास्त्रामुळे ग्रह व तारे यांच्यामधील अंतरे कळून येऊन विश्वातील वस्तूंमधील अंतरांचे यथार्थ ज्ञान देणारे अंतरदर्शक मापक्रम उपलब्ध झालेला आहे, त्याचप्रमाणे भूवैज्ञानिक कालमापक्रमामुळे एकूण पृथ्वीच्या इतिहासाचा अवधी व तिच्यावरील जीवांच्या इतिहासाचा अवधी यांचे यथार्थ ज्ञान देणारा कालमापक्रम उपलब्ध झालेला आहे आणि त्याच्यावरून पृथ्वीच्या इतिहासात मानवी इतिहास किती अलीकडचा आहे व त्याचा अवधी किती अल्प आहे, या गोष्टी कळून येतात.

भूगोल या विषयात पृथ्वी हे मनुष्याचे निवासस्थान आहे, या दृष्टीने पृथ्वीचे अध्ययन केले जाते व पृथ्वीच्या निरनिराळ्या भागांची प्राकृतिक स्वरूपे, हवामान, पाणी, शेतजमिनी, वनस्पतींचे व प्राण्यांचे प्रकार, खनिज संपत्ती इत्यादींचा व त्यांचे मनुष्याच्या राहणीवर कोणते परिणाम होतात, यांचा विचार केला जातो. पृथ्वीच्या पृष्ठाचे सर्वेक्षण करून नकाशे काढणे व पृथ्वीचा आकार, तिचे द्रव्यमान, भार, घनता व स्थितिस्थापकता (पदार्थावर लावलेली प्रेरणा काढून घेतल्यावर मूळ आकार व आकारमान धारण करण्याचा पदार्थाचा गुणधर्म) इत्यादींचे अन्वेषण करणे हे  भूगणित या विज्ञानाच्या क्षेत्रातील विषय होत.  भूभौतिकी व  भूरसायनशास्त्र ही एकंदरीने अलीकडील काळातच उगम पावलेली विज्ञाने आहेत व पृथ्वीच्या अनुक्रमे भौतिक व रासायनिक गुणधर्मांचे अन्वेषण करणे, ही त्यांची कार्ये होत. महासागरविज्ञान, वातावरणविज्ञान व वर उल्लेख केलेली विज्ञाने आणि भूविज्ञान ही सर्व भूविषयक विज्ञाने असल्यामुळे त्यांच्यापैकी प्रत्येकात एक किंवा अनेक विज्ञानांस समाईक आहेत असे विषय आढळतात.

पृथ्वीचे पृष्ठ व बाहेरचे थर यांच्यातील प्रमुख वैशिष्ट्ये व घटना विविध प्रक्रियांतील परस्परक्रियांनी निर्माण होतात. पृथ्वीतील अंतर्गत उष्णता व सौर प्रारण (तरंगरूपी ऊर्जा) यांच्याद्वारे या प्रक्रियांना ऊर्जा मिळते. अतर्गत उष्णतेचे संनयन (द्रव्याच्या कणांच्या प्रत्यक्ष प्रवाहाने उष्णता वाहून नेण्याची क्रिया) सुरू होते. व संनयनानुसार खंडांची वाटणी होते व धनपृष्ठाची उंची ठरते. सौर प्रारणामुळे वातावरणातील व जलावरणातील अभिसरण चालू राहते. उघड्या पडलेल्या खडकांवर वातावरण व जलावरण यांची क्रिया होते. यामुळे खडकांच्या द्रव्याच्या वाटणीत बदल होतो व इतरत्र नवीन खडक निर्माण होत असतात.

पृथ्वी म्हणजे ध्रुवांपाशी किंचित चपटा असलेला एक प्रचंड गोल असून त्याचा विषुववृत्तीय व्यास सु. १२,७५७ किमी. व ध्रुवीय व्यास सु. १२,७१४ किमी. व पृष्ठाचे क्षेत्रफळ ५१ कोटी चौ. किमी. आहे. पृथ्वीच्या पृष्ठाचा सु. ७१% भाग समुद्राच्या पाण्याने झाकला गेलेला आहे व सु. २९% भागच जमीन आहे. पृथ्वीचे पृष्ठ समपातळीत नसून उंचसखल, काही जागी उंचवटे तर इतर जागी खळगे असे खडबडीत असल्यामुळे खळग्यात व सखल भागात सागराचे पाणी गोळा झाले व उंच भागांची खंडे, द्वीपकल्पे व बेटे झाली. पृथ्वीचे पृष्ठ खडबडीत नसून समपातळीत असते, तर ती पाण्याने पूर्णपणे वेढली गेली असती व सु. २.५ किमी. खोलीच्या एका महासागराचे वेष्टन तिच्याभोवती तयार झाले असते.

पृथ्वीच्या पृष्ठावरील पाण्याचा बराचसा किंवा बहुतेक भाग सागर-महासागरांच्या रूपांत असला, तरी जमीन असलेल्या भागातही नद्या, सरोवरे व काही लहान समुद्र आहेत. शिवाय खडकांच्या भेगांत व छिद्रांत व मृदेतील मोठ्या किंवा सूक्ष्म पोकळ्यांतही कमीअधिक भूमिजल असते. अशा सर्व प्रकारचे जमिनीवरील पाणी व सागर-महासागरांचे पाणी मिळून होणाऱ्या पाण्यास जलावरण हे नाव देतात.

पृथ्वीच्या जमीन असलेल्या भागात काही जागी मैदाने तर इतर जागी पर्वत व पठारे आहेत. पृथ्वीवरील सर्वोच्च स्थान म्हणजे हिमालयातील मौंट एव्हरेस्ट शिखर (उंची ८,८४८ मी.) होय. सागराखाली असलेल्या पृष्ठापैकी ज्याचे प्रत्यक्ष निरीक्षण आपणास करता येईल असा फारच थोडा भाग आहे. पाणी फार खोल नसेल अशा भागात गळ टाकून तळाचा ठाव घेणे फारसे अवघड नसते; पण महासागरांसारख्या अतिशय खोल पाणी असलेल्या भागात गळ टाकून खोली काढणे, हे अतिशय अवघड काम असते. त्याला फार वेळ लागतो व मोजणीत चुका होण्याचा संभव असतो; पण पूर्वी एवढीच पद्धती उपलब्ध होती व त्यामुळे अशा मापनांची एकूण संख्या मर्यादितच असे; परंतु १९५० नंतरच्या काळात सुधारलेली उपकरणे शोधून काढण्यात आली. जहाजे अधिकात अधिक वेगाने जात असतानासुद्धा पाण्याची खोली आपोआप अचूक मोजून व नोंदून ठेवणारी उपकरणे उपलब्ध झाली. त्यांचा उपयोग करून सागरांच्या तळाविषयी पुष्कळ नवीन माहिती मिळविण्यात आलेली आहे व त्या माहितीत सतत भर पडत आहे.

तीवरून पृथ्वीचे सागरांच्या खालील पृष्ठही खडबडीत असून त्याचे काही भाग सपाट मैदानांसारखे आहेत, तर इतर काही भागांत खळगे किंवा उंचवटे आहेत, असे आढळून आले आहे. महासागरांच्या तळाशी असलेल्या खळग्यांपैकी सर्वांत खोल अशा खळग्याची खोली समुद्रसपाटीच्या खाली ११,०३३ मी. इतकी म्हणजे मौंट एव्हरेस्टच्या उंचीपेक्षा पुष्कळच अधिक आहे. सागरांच्या तळावरील उंचवट्यांपैकी कित्येकांचे माथे समुद्राच्या पातळीच्या खालीच आहेत, तर इतर कित्येकांचे माथे पाण्याच्या बाहेर पडून बेटे तयार झालेली आहेत. अशांपैकी मुख्य म्हणजे पॅसिफिकमधील इंडोनेशियातील बेटे व अटलांटिकमधील अँटिलीस बेटे ही होत.

मनुष्याच्या मर्यादीत दृष्टीक्षेत्रामुळे पृथ्वीचे पृष्ठ अतिशय खडबडीत दिसते. पर्वत उंच व महासागरांचे खळगे खोल वाटतात; पण पृथ्वीचे एकूण आकारमान लक्षात घेतले, तर तिच्या पृष्ठाचा खडबडीतपणा अगदीच क्षुल्लक ठरतो व भूगोल शिकविताना जे पृथ्वीचे गोल सामान्यतः वापरले जातात त्यांच्यावर यथाप्रमाण उंची किंवा खोली राखून पृथ्वीवरील उंचवटे किंवा खळगे दाखविले, तर ते स्पष्ट दिसणारही नाहीत. ३० सेंमी. व्यासाच्या पृथ्वीच्या गोलावर मौंट एव्हरेस्टसुद्धा ०.२२५ मिमी.हून अधिक उंच असणार नाही.

पृथ्वीची एकाच्या आत एक अशी एकूण तीन आवरणे दिसून येतात. त्यांच्यापैकी सर्वांत बाहेरचे आवरण वातावरण होय. पृथ्वीच्या पृष्ठापासून जो जो उंच जावे तो तो वातावरण विरळ होत जाते व कित्येकशे किलोमीटर उंचीवर वायूंचे केवळ लेशमात्र आढळतात.वातावरणाच्या आत जलावरणाचे किंचित अपूर्ण असे वेष्टन आहे. जलावरणाच्या आत शिलावरण किंवा पृथ्वीचे कवच आहे.

जमिनीचे खडक किंवा सागरांच्या तळाखाली असलेले खडक हे शिलावरणाचे भाग होत. शिलावरणाची जाडी किती आहे, हे प्रत्यक्ष मोजणी करून पाहता येणे शक्य झाले नाही; पण अप्रत्यक्ष रीतींनी केलेल्या मोजण्यांवरून असे कळून आलेले आहे की, शिलावरणाची जाडी सर्वत्र सारखी नसून कमीअधिक आहे. महासागरांखाली असलेल्या शिलावरणाची जाडी ५ ते १० किमी. किंवा काही जागी त्यापेक्षाही कमी आहे. खंडे असलेल्या भागातील शिलावरण ३० ते ४५ किमी. व काही जागी त्यापेक्षा त्यापेक्षा अधिक जाड आहे. एकूण शिलावरणाची सरासरी जाडी सु. १५-२० किमी. इतकीच भरेल.

जमिनीच्या पृष्ठभागी असलेले खडक आपण प्रत्यक्ष पाहू शकतो. विहिरी, बोगदे व खाणी खणतात अधिक खोल भागातील खडक पाहता येतात. उंच पर्वत-पठारात कित्येक जागी खोल दऱ्या असतात व त्यांच्या बाजूंचे खडक प्रत्यक्ष पाहणे अवघड असले, तरी शक्य असते. दरीतल्या सर्वांत उंच असलेल्या भागापासून तो तिच्या सर्वात सखल असलेल्या भागापर्यंत चालत जाऊन व वाटेवरील खडकांची पाहणी करून कित्येकशे मीटर जाडीच्या खडकांच्या राशींची तपासणी करणे शक्य होते. खोल खाणीत यापेक्षाही अधिक खोल जागांतील नमुने पहावयास मिळतात.

उदा., द. आफ्रिकेतील कार्लटनव्हिल येथील खाण सर्वांत खोल असून तिची खोली ३,७७७ मी. आहे. कोणीही मनुष्य यापेक्षा अधिक खोल जागेत गेलेला नाही; परंतु मनुष्याला स्वतःला यापेक्षा फार खोल जाणे शक्य झालेले नसले, तरी गिरमिटे वापरून जमिनीत भोके पाडून याच्या दुपटीहून अधिक खोल असलेल्या खडकांचे नमुने मिळविता येतात. उदा., रशियातील कोला द्वीपकल्पात भूवैज्ञानिक समन्वेषणासाठी १९८१ मध्ये ११,००० मी. खोलीपर्यंत पाडलेले भोक म्हणजे पृथ्वीवरील सर्वांत खोल भोक असून त्याच्या तळापासून उपसून काढण्यात आलेले खडक हे मनुष्यास मिळालेल्या नमुन्यांपैकी सर्वांत खोल खडकांचे नमुने होत.

वरील दोन्ही उदाहरणे पराकोटीची आहेत व त्यांच्या मानाने आपल्या बहुसंख्य विहीरी आणि खाणी पुष्कळच उथळ असतात. आपल्या सर्वांत खोल खाणीचे वा विहिरींचे कामसुद्धा एकूण पृथ्वीच्याच नव्हे, तर शिलावरणाच्या वरवरच्या भागात असते व भूविज्ञानात मुख्यतः याच भागाचे अध्ययन केले जाते. कवच भेदून अधिक खोल भागात जाईल असे भोक पाडण्यात अद्यापि यश आलेले नाही व कवचाच्या खाली कोणते पदार्थ आहेत याची आपणास प्रत्यक्ष माहिती नाही.

पृथ्वीच्या बाहेरून येणारे पदार्थ, तसेच सूर्यकुलातील चंद्र, ग्रह इ. खस्थ पदार्थाविषयीचा भूवैज्ञानिक अभ्यासही आता भूविज्ञानाचा भाग मानण्यात येऊ लागला आहे. भूविज्ञान म्हणजे काय याची कल्पना यावी यासाठी त्याच्यात येणारे मुख्य विषय व त्यांच्या अध्ययनाने मिळणारी माहिती एवढीच या नोंदीत संक्षेपाने दिली आहे. सविस्तर माहिती त्या त्या विषयांवरील स्वतंत्र नोंदीत आलेली आहे आणि त्यांचा निर्देश प्रस्तुत नोंदीच्या भागात व नोंदीच्या शेवटी केलेला आहे.

प्रमुख शाखा : पूर्वी भूविज्ञानाचे प्राकृतिक व इतिहासात्मक असे दोन प्रमुख विभाग करण्यात येत असत. आता या विभागांचे अनेक उपविभाग करण्यात येतात व या प्रत्येक उपविभागाची स्वतंत्र विज्ञान शाखा बनली आहे. यांपैकी एकमेकांत सरमिसळ होत असल्याने त्यांच्यातील काटेकोर सीमारेषा ठरविणे अवघड आहे. शिवाय काही शाखांचा इतर विज्ञानांशीही संबंध येतो. भूविज्ञानाच्या काही शाखा पुढीलप्रमाणे आहेत :

(१) प्राकृतिक भूविज्ञान : पृथ्वीचे संघटन व त्यांत होणारे भौतिक बदल यांचा अभ्यास;

(२) इतिहासात्मक भूविज्ञान : विशेषतः स्तरित (थर असणारे) खडक व त्यांच्यातील कालसापेक्ष संबंध आणि जीवाश्म व त्यांचे खडकांच्या मालिकेतील स्थान यांविषयीचा अभ्यास;

३) पुराजीवविज्ञान : गतकालीन जीव व त्यांची कालानुसार झालेली वाटणी यांचा जीवाश्मांच्या साहाय्याने होणारा अभ्यास;

(४) अवसादविज्ञान : गाळ व गाळांचे खडक यांचा वर्णन, वर्गीकरण व उत्पत्ती या दृष्टींनी करण्यात येणारा अभ्यास;

(५) भूमिरूपविज्ञान : पृथ्वीवरील भूमिरूपे व भूपृष्ठावरील प्रक्रिया यांचा अभ्यास

;(६) स्तरविज्ञान : विशेषतः स्तरित गाळाच्या खडकांचा पद्धतशीर अभ्यास;

(७) भूभौतिकी : पृथ्वी व तिचे पर्यावरण यांचा भौतिकीय दृष्टीने होणारा अभ्यास;

(८) भूगणित : पृथ्वीचा आकार आणि आकारमान यांचा अभ्यास;

(९) भूरसायनशास्त्र : पृथ्वीच्या (विशेषतः तिच्या कवचाच्या) रासायनिक संघटनाचा व तिच्यात होणाऱ्या रासायनिक फेरफारांचा अभ्यास;

(१०) खनिजविज्ञान : खनिजांचा अभ्यास;

(११) स्फटिकविज्ञान : स्फटिकांचे भूमितीय वर्णन व त्यांच्या अंतर्गत रचनेचा अभ्यास;

(१२) शिलाविज्ञान : खडकांची (विशेषतः अग्निज व रूपांतरित) उत्पत्ती, आढळ, रचना व इतिहास यांचा अभ्यास;

(१३) संरचनात्मक भूविज्ञान : खडकांचा आकार, मांडणी, अंतर्गत रचना व विरूपण यांचा अभ्यास;

(१४) पुराभूगोल : प्राचीन काळातील जमिनीची वाटणी, सीमा यांचा अभ्यास;

(१५) पुरापरिस्थितिविज्ञान : प्राचीन वनस्पती व प्राणी समुदाय आणि त्यांचे अधिवास यांचा अभ्यास;

(१६) पुराजलवायुविज्ञान : पूर्वीच्या भूवैज्ञानिक काळातील दीर्घकालीन सरासरी हवामानाचा म्हणजे जलवायुमानाचा अभ्यास;

(१७) अभियांत्रिकीय भूविज्ञान : विशेषतः बांधकामात येणाऱ्या समस्या सोडविण्यासाठी भूवैज्ञानिक माहितीचा उपयोग करणारे विज्ञान;

(१८) आर्थिक भूविज्ञान : मानवाच्या आर्थिक फायद्यासाठी भूवैज्ञानिक माहितीचा उपयोग करणे;

(१९) सागरी भूविज्ञान :महासागरांचे तळ व सीमा यांचा अभ्यास;

(२०) भूमि जलविज्ञान : भूमिजलाचा अभ्यास;

(२१) कृषि-भूविज्ञान : मृदांचे स्वरूप व वाटणी, खनिज खतांचे आढळ व भूमिजलाचे वर्तन यांच्याशी निगडीत असलेले विज्ञान;

(२२) पर्यावरणीय भूविज्ञान : मानवाच्या पर्यावरणाशी संबंधित असलेल्या भूवैज्ञानिक घटकांचा अभ्यास;

(२३) भूवैज्ञानिक मानचित्रण : स्थलवर्णनात्मक नकाशांवर भूवैज्ञानिक माहिती अध्यारोपित करणे वगैरे.

इतिहास

मानवी इतिहासाची व त्याने पृथ्वीवरील द्रव्ये वापरण्याची सुरूवात एकाच वेळी झाली असावी. खनिज द्रव्ये, पृथ्वीची संरचना व भूमिरूपे यांविषयी ग्रीक व रोमन विद्वानांनी विचार केलेला आढळतो; परंतु ज्या संकल्पनांवर आधुनिक भूविज्ञानाची उभारणी झालेली आहे, त्यांचा विकास १७०० सालानंतरच झालेला आहे. अशा प्रकारचे भूविज्ञान हे एकंदरीत अलीकडील काळातच उदयास आलेले विज्ञान आहे.

जिऑलॉजी (भूविज्ञान म्हणजे पृथ्वीसंबंधीचे ज्ञान) हा Geo = पृथ्वी व Logy = संबंधीचे ज्ञान व ग्रीक शब्दांपासून बनलेला शब्द पंधराव्या शतकात प्रथम सर्व ऐहिक गोष्टींविषयीच्या माहितीसाठी वापरण्यात आला. १६६१ साली रॉबर्ट लोएल यांनी काहीसा आजच्या अर्थाने तो इंग्रजी भाषेत वापरला आणि १८०० सालानंतर तो सर्वसाधारण वापरात आला.

पृथ्वीच्या उत्पत्तीविषयीच्या परंपरागत किंवा धर्मग्रंथांमधील कथा पूर्वीच्या सर्वच समाजांत रूढ होत्या. अशा प्रचलित कल्पनेपेक्षा एखादी वेगळी कल्पना कोणास सुचली, विशेषतः ती धर्मग्रंथांतील वर्णनाच्या विरूद्ध असली, तर ती उघड बोलून दाखविण्याचा धीर होणे, त्या काळी शक्य नसे.

ईश्वराने पृथ्वी आज दिसते तशीच उत्पन्न केली नसून तिला काही वेगळा इतिहास आहे किंवा वादळे, भूकंप, ज्वालामुखीक्रिया इ. घडामोडी एखाद्या देवतेकडून घडून येत नसून नैसर्गिक कारणांमुळे घडून येतात, ह्या गोष्टी उमजून येणे हीच पूर्वीच्या काळात मोठी प्रगती ठरली असती.

रसायनशास्त्र, भौतिकी, जीवविज्ञान इ. मूलभूत विज्ञानांची वाढ होऊन सृष्ट वस्तूंच्या गुणधर्माविषयी यथार्थ ज्ञान मिळविण्याची साधने उपलब्ध होईपर्यंत भूविज्ञानाची प्रगती होणे शक्य नव्हते, हेही लक्षात घेतले पाहिजे. पृथ्वीच्या कवचाच्या घटकांच्या नैसर्गिक मांडणीची, खडक व खनिजे यांच्या आढळाच्या रीतीची यथातथ्य माहिती ही भूविज्ञानाच्या अध्ययनाचा मुख्य भाग आहे आणि ती मिळविण्याचे काप चार भिंतींच्या आत राहून करावयाचे असते. अशा रीतीने अध्ययन करण्यास प्रारंभ झाला तेव्हाच आधुनिक भूविज्ञानाचा प्रारंभ झाला, असे म्हटले पाहिजे.

आधीचे अध्ययन : आद्य धातुविज्ञान व खडकांविषयीचे काम यांतूनच भूविज्ञानाच्या आधीच्या संकल्पना पुढे आल्या. अभिजात युगापूर्वी (प्राचीन ग्रीक व रोमन काळापूर्वी) भूमध्य समुद्राच्या पूर्व किनाऱ्यावर धातुकांशी संबंधीत कामे होत असत; तर या युगात बांधकाम व पुतळे यांसाठी दगड निवडून घेत असत.

ग्रीक व रोमन काळ : इ. स. पू. सातव्या शतकात ग्रीक तत्त्वज्ञांना खडकांत सागरी प्राण्यांच्या कवचांचे जीवाश्म सापडले होते. त्यांवरून तेव्हा कोरड असलेली जमीन पूर्वी केव्हा तरी समुद्राखाली असली पाहिजे, असे अनुमान त्यांनी केले होते आणि समुद्र व जमीन यांच्या क्षेत्रांची अदलाबदल होत असल्याचे दाखवून दिले होते.

झीनॉफनीझ (इ. स. पू. सहावे शतक) यांनी समुद्रापासून दूर असलेल्या ठिकाणी सागरी शिंपल्यांचे थर पाहून पूर्वी कधी तरी समुद्राची पातळी तेव्हापेक्षा जास्त होती, असा अंदाज केला होता. थेलीझ (इ. स. पू. सु. ६४०-५४६) व अॅनॅक्सिमँडर (इ. स. पू. ६१०-५४६) यांनी माशांचे जीवाश्म हे आधीच्या माशांचे अवशेष असल्याचे म्हटले होते; तसेच पाण्याने नदीमुखात वाळू व चिखल साचून जमिनीचे रूप बदलते, हे त्यांच्या लक्षात आले होते.

पायथॅगोरस (इ. स. पू. ५७५-४९५) यांनी काही ठिकाणची जमीन नदीच्या पाण्याने वाहून नेली जाते व दुसरीकडे ती साचून उंचवटे बनतात; तसेच पृथ्वीचे अंतरंग उष्ण आहेत, असे लिहून ठेवले होते. हीरॉडोटस (इ. स. पू. पाचवे शतक) यांनी ईजिप्तमधील प्राणिकवचांचे जीवाश्म नमूद केले आहेत, शिवाय त्यांनी नाईल नदीने वाहून आणलेल्या गाळाचा अभ्यास करून तिच्या त्रिभुज प्रदेशाच्या उत्पत्तीविषयी तपशीलवार विवेचन केले होते. पृथ्वीचे अंतरंग तप्त व द्रवरूप असून पृथ्वीवर हवा, अग्नी व पाणी यांच्याद्वारे सर्व गोष्टी निर्माण होतात, असे एंपेडोक्लीज (इ. स. पू. पाचवे शतक) यांचे मत होते.

पृथ्वी गोल असल्याचे, तसेच तिची सजीवाप्रमाणे वाढ होत जाऊन तिला आजचे स्वरूप प्राप्त झाल्याचे अॅरिस्टॉटस (इ. स. पू. ३८४-३२२) याचे मत होते. त्यांनी भूकंप व ज्वालामुखीची उद्‌गिरणे (उद्रेक) यांविषयी पुष्कळ लेखन केले होते व नद्या झऱ्यांपासून बनत असल्याची शक्यता व्यक्त केली होती.

थीओफ्रॅस्टस (इ. स. पू. ३७२-२८७) यांनी गाळांच्या खडकांतील माशांच्या जीवाश्मांचे वर्णन केले होते आणि खडक, खनिजे व जीवाश्म यांविषयी माहिती संकलित केली होती. स्ट्रेबो (इ. स. पू. पहिले शतक) यांनी जीवाश्मांच्या उत्पत्तीविषयी विचार केला होता. जमीन वर उचलली जाणे व बुडणे या क्रिया अंशतः भूकंप व ज्वालामुखीक्रिया यांच्यामुळे घडून येत असल्याचे त्यांचे मत होते. ल्यूशिअस सेनिका (इ. स. पहिले शतक) यांच्या पुस्तकात भूकंप, ज्वालामुखी, जमिनीवरील व भूमिगत पाणी यांची सविस्तर माहिती दिलेली आहे. लुक्रिशिअस (इ. स. पू. सु. ९६-५५), ऑव्हिड (इ. स. पू. ४३ - इ. स. १७ ?), थोरले प्लिनी (इ. स. २३ - ७९), धाकटे प्लिनी (इ. स. ६१-११३) इत्यादींनी भूमिरूपे, जीवाश्म, ज्वालामुखी, पूर, भूकंप यांची जाणीवपूर्वक निरीक्षणे केली होती.

मध्ययुग

इब्न सीना (९८०-१०३७) यांनी अशनी व पर्वतनिर्मिती यांविषयी लिहिले होते. पर्वताची झीज, गाळाचे निक्षेपण (साचणे) व वर उचलले जाणे व पुन्हा झीज हा क्रम त्यांना माहीत होता. निसर्गात निर्जीव पदार्थांपासून सजीवांचा निर्मिती अखंडपणे होत असते व जीवाश्म हे या प्रक्रियेतील अयशस्वी प्रयत्न होत, असे त्यांचे मत होते.

उमर खय्याम (१०४८-११२३) यांनी हिंदी व इराणी लोकांनी बनविलेले नकाशे पाहून समुद्राचे आक्रमण व माघार झाल्याचे लिहून ठेवले आहे. मॅग्नस अल्बेटस (तेरावे शतक) यांनी खडक, खनिजे व पर्वत यांवर एक विवेचक ग्रंथ लिहिला होता.

प्रबोधन काळ

(चौदावे ते सोळावे शतक). या काळात मुद्रणाचा शोध लागल्याने व त्याचा जलद प्रसार झाल्याने एकूण ज्ञानाचाच विकास झाला, तर ओद्योगिक विकासामुळे धातू व इतर खनिज पदार्थांची मागणी वाढली. जॉर्जिअस अॅग्रिकोला (१४९४ - १५५५) यांनी भौतिकीय गुणधर्मांनुसार खनिजांचे वर्गीकरण केले (१५४६) व महत्त्वाच्या खनिजांचे वर्णनही केले. त्यामुळे ते खनिजविज्ञानाचे जनक मानले जातात. खनिजे व खनिजविज्ञानाशिवाय त्यांनी खाणकाम. जीवाश्म, धातुके, खडक, भूमिजल, धातुविज्ञान व औषधे या विषयांवर पुस्तकेही लिहिली होती.

या काळापावेतो अनेकांनी जीवाश्मांची नोंद केली होती; पण ते जीवांचे अवशेष असल्याचे त्यांच्या लक्षात आले नव्हते. उदा., बेर्नार पालीसी (१५१०-८९) यांना सर्व जीवाश्म प्राण्यांचे असल्याची खात्री वाटत नव्हती. इटलीतील जीवाश्म हे तो भाग समुद्राखाली असताना त्यात गाडले गेल्याचे लिओनार्द दा व्हींची (१४५२-१५१९) यांचे मत होते. कोनराट गेस्नर (१५१६-६५) यांच्या Historia animalum या ग्रंथात प्रथमच काही जीवाश्म हे खऱ्या प्राण्यांचे अवशेष असल्याचे म्हटलेले आढळते.

सतरावे शतक

या काळापर्यंत भूवैज्ञानिक विचारसरणीवर बायबलमधील विचारांचा खूप पगडा होता. त्यामुळे इ. स. पू. ४००४ साली पृथ्वी निर्माण झाली व इ. स. पू. २३४९ साली पृथ्वीवर जलप्रलय झाला या गोष्टींचा लोकांवर प्रभाव होता. मात्र सतराव्या शतकात रने देकार्त, टॉमस बर्नेल, जॉन वुडवर्ड, विल्यम व्हीस्टन आदींनी पृथ्वीचा आधीचा इतिहास व तिची उत्पत्ती यांवर लेखन केले. पैकी वुडवर्ड यांच्या कल्पना प्रत्यक्ष निरीक्षणांवर अधिक आधारलेल्या होत्या आणि त्यावर १८९५ मध्ये त्यांनी एसे टोवर्ड ए नॅचरल हिस्टरी ऑफ द अर्थ हा ग्रंथ लिहिला. खनिजे, जीवाश्मांची वाटणी व वैशिष्ट्ये यांविषयीच्या त्यांच्या कल्पना मौलिक होत्या व त्या पुढे उपयुक्त ठरल्या.

निकोलेअस स्टीनो (१६३८-८७) यांनी व नंतर आंतॉन्यो व्हाल्लिझन्येअरी (१६६१-१७३०) यांनी इटलीमधील स्तरित खडकांचे तपशीलवार वर्णन केले व घडीच्या पर्वताच्या रचनेचे प्रथमच आकृती देऊन विवरण केले. खडकांचे थर एकानंतर दुसरा असे साचतात आणि खालचा थर वरच्या थरापेक्षा जुना असतो, हे स्तरविज्ञानातील महत्त्वाचे अध्यारोपण तत्व (नियम) स्टीनो यांनी सुचविले होते.

खनिजांच्या वैशिष्ट्यदर्शक स्फटिकांचे वर्णन प्रथम याच शतकात करण्यात आले. विशिष्ट खनिजाच्या स्फटिकाच्या ठराविक दोन पृष्ठांतील कोन नेहमी तोच असतो, असे स्टीनो यांना दिसून आले आणि नंतर याच्या आधारे खनिजांचा अभ्यास होऊ लागला. त्यांनी जीवाश्म व गाळाचे स्वरूप यांचा सखोल अभ्यास करून जीवाश्म हे एकेकाळी असलेल्या जीवांचे अवशेष असल्याचे सांगितले व विविध प्रकारे बनलेल्या गाळाच्या खडकांतील फरक स्पष्ट केला.

अठरावे शतक

या शतकात भूविज्ञानाच्या विचारसरणीत मोठे बदल झाले. पृथ्वीचे मूळचे स्वरूप आता जसेच्या तसे राहिलेले नाही, हे लक्षात आले होते (उदा., एके काळी सपाट असलेल्या खडकांना घड्या पडल्या व काही तुटलेही, तर जुने पर्वत झिजून टेकड्या बनल्या हे समजून आले होते). तसेच खडक व भूमिरूपे यांच्या विकासाला दीर्घकाळ लागल्याचे समजल्याने दीर्घ भूवैज्ञानिक काळाच्या संकल्पनेची गरज भासू लागली.

बेन्वा द माये यांनी स्तरित खडक साचण्यास दीर्घ काळ लागल्याचे प्रतिपादिले होते. मुख्य शैलसमूहाचा तळ स्फटिकी ज्वालामुखी खडकांचा बनलेला असतो, असे जोव्हान्नी आर्दुइनो यांना आढळले (१७६०). या खडकांना त्यांनी प्राथमिक, त्यांच्यावरील जीवाश्मयुक्त गाळाच्या खडकांना द्वितीयक व त्यावरील सैलसर खडकांना तृतीयक खडक अशा संज्ञा वापरल्या. इतर काहींनी अशाच संज्ञा वापरल्या होत्या व ए. जी. व्हेर्नर (१७५०-१८१७) यांनी या संज्ञा रूढ केल्या. कार्ल लिनीअस (१७०७-७८) यांनी खनिज पदार्थ व जीवाश्म यांचे वर्गीकरण केले होते.

इ. स. १७७० च्या सुमारास जर्मनीतील थुरिंजीया प्रांतातील जे. जी. लेमान आणि जी. सी. फुश्वेल या निसर्गवैज्ञानिकांनी स्वतंत्रपणे निरीक्षण करून येथील खडकांच्या उत्पत्तीविषयी केलेली अनुमाने प्रगत व भूविज्ञानाच्या अध्ययनाची योग्य दिशा दाखविणारी होती. थुरिंजियाचा प्रदेश मैदानी व जीवाश्म असणाऱ्या आणि वाळूच्या व चुनखडीच्या खडकांच्या थरांवर वसलेला आहे. तेथील एका थरात असलेली तांब्याची धातुके खणून काढण्यासाठी अनेक ठिकाणी खाणकामे चालू होती. त्यामुळे थरांच्या रचनेची व विस्ताराची चांगली माहिती मिळणे शक्य झालेले होते. थुरिंजियांच्या उत्तरेस व दक्षिणेस अरण्ये असलेले डोंगर आहेत. त्यांचा अंतर्भाव अगदी वेगळ्या प्रकारच्या म्हणजे बरीच उलथापालथ झालेल्या खडकांचा किंवा कोणतीच निश्चित रचना नसलेल्या जीवाश्मविहीन खडकांचा आहे, हे लेमान यांच्या लक्षात आलेले होते.

डोंगराच्या अंतर्भागाचे खडक आद्य म्हणजे पृथ्वी निर्माण झाली तेव्हाचे असून डोंगरांच्या बांजूकडील व थुरिंजियातील स्तरित खडक आद्य खडकांच्या चुऱ्यापासून व मागाहून तयार झालेले आहेत व त्या काळी प्रचलित असलेल्या पृथ्वीवरील जलप्रलयाच्या कल्पनेस अनुसरून, जलप्रलयाच्या वेळी ते तयार झाले असे त्यांचे मत होते; पण मुख्य गोष्ट म्हणजे डोंगरांच्या अंतर्भागाचे खडक आधी व इतर म्हणजे थरांच्या स्वरूपात असणारे खडक मागाहून व अनुक्रमाने तयार झाले, या गोष्टी त्यांनी ओळखल्या होत्या. खडकांच्या स्वरूपां विषयीची फुश्वेल यांची मते अशीच होती; पण त्यांचे स्वतंत्र व महत्त्वाचे कार्य म्हणजे निरनिराळ्या थरांमधील साम्य किंवा भेद ओळखून काढण्यासाठी जीवाश्मांचा उपयोग करता येईल आणि आजच्या नैसर्गिक घडामोडींमुळे खडक कसे उत्पन्न होतात हे पाहून मिळालेल्या माहितीच्या साहाय्याने पूर्वीच्या खाळातील खडक कसे निर्माण झाले असतील हे ठरविता येईल, या गोष्टी दाखवून देणे हे होय. गाळांच्या खडकांचे थर प्रारंभी थर आडवे होते व मागाहून तिरपे केले गेले, हे लेमान व फुश्वेल या दोघांनाही कळून आले होते.

प्रारंभीच्या प्रमुख भूवैज्ञानिकांपैकी एक प्रख्यात व्यक्ती म्हणजे जर्मनीतील सॅक्सनी प्रांतातील फ्रायबर्गच्या खाणकाम विद्यालयातील प्राध्यापक ए. जी. व्हेर्नर होय. फ्रायबर्गचे खाणकाम विद्यालय भूविज्ञानाच्या अध्ययनाचे त्या काळातील एक प्रमुख केंद्र झाले होते. विद्यार्थ्यात भूविज्ञानाची आवड उत्पन्न करून व त्या विज्ञानाचा प्रसार करणारे विद्यार्थी तयार करून व्हेर्नर यांनी भूविज्ञानाच्या प्रगतीस पुष्कळ सहाय्य केले, यात शंका नाही.

लेमान यांनी पाहणी केली त्याच क्षेत्रात निरिक्षण करून व्हेर्नर यांनी हार्ट्‌झ पर्वतातील थरांचा अनुक्रम ठरविला व त्यांचे वर्गीकरण केले. थरांचा अनुक्रम पृथ्वीवरील घटनांचा अनुक्रम दर्शवितो व त्यांनी केलेले वर्गीकरण सर्व पृथ्वीला लागू करता येईल, अशी त्यांची मते होती. तसेच त्यांनी मृण्मय, लवणी, ज्वलनशील व धातवीय असे खनिज पदार्थात वर्ग पाडले होते. खडकांच्या उत्पत्तीविषयीची त्यांची मते अत्यंत विक्षित होती. सर्व पृथ्वी वेढणाऱ्या एका आद्य महासागराच्या पाण्यातील द्रव्ये अनुक्रमाने (उदा., ग्रॅनाइट, बेसाल्ट, इ. प्रथम व त्यांवर गाळाचे द्वितीयक खडक) अवक्षेपित होऊन (साचून) सर्व खडक तयार झालेले आहेत, असा त्यांचा सिद्दांत होता.

ज्वालामुखीक्रिया अलीकडेच सुरू झालेली आहे व आजच्या ज्वालामुखीपासून तयार होणाऱ्या खडकांसारखे पूर्वीच्या काळातील ज्वालामुखी खडकसुद्धा, पाणयातील द्रव्ये अवक्षेपित होऊन तयार झालेले आहेत, असे त्यांचे म्हणणे होते; पण इतर कित्येक भूवैज्ञानिकांचे असे मत होते की, बेसाल्ट व ग्रनाइट यांसारखे खडक अग्निज क्रियामुळे झालेले आहेत. अग्निज खडकांच्या उत्पत्तीविषयी व्हेर्नर यांचे अनुयायी व त्यांचे विरोधक यांच्यामधील वाद दीर्घ काल (सु. १८२० पर्यंत) चालू रहिला.

व्हेर्नर यांनी फारसे लेखन केले नाही व ते स्वतः अशा वादविवादात फारसा भाग घेत नसत; पण त्यांचे शिष्य ते काम उत्साहाने करित. वादविवादाला पुष्कळदा कटू स्वरूप येत असे. पाण्यातील द्रव्यांच्या अवक्षेपांपासून सर्व खडक तयार झाले, असे मानणाऱ्या व्हेर्नर पंथीयांना त्यांच्या विरोधकांकडून नेप्‌च्यूनिष्ट (वरूणभक्त) असे कुचेष्टेखोर नाव दिले जात असे. उलट व्हेर्नर यांचे अनुयायी आपल्या विरोधकांना प्लुटोनिस्ट (पाताळेश्वरभक्त) किंवा व्हल्‌कॅनिस्ट (अग्निभक्त) या नावांनी हिणवीत.

त्याच काळी फ्रान्समध्ये राहणाऱ्या नीकॉला देमारे (१७२५-१८१५) या वैज्ञानिकांच्या कार्याने व्हेर्नर यांच्या सिद्धांताला सुरूंग लावण्याचे काम केले. ‘स्वतः जा व पहा’ या शीर्षकार्थाच्या लिहिलेल्या पुस्तकात त्यांनी अशी सुचना केलेली आहे की, कोणत्याही भूवैज्ञानिक सिद्धांताला खडकांची प्रत्यक्ष पाहणी करून मिळविलेल्या पुराव्याचा आधार असलाच पाहिजे.

त्यांनी यूरोपातील काही जागृत ज्वालामुखी व इतर कित्येक देशांतील खडक पाहिले आणि एका तपाहून अधिक काळ निरीक्षण व मनन केल्यावर फान्समधील ओव्हर्न्य प्रदेशातील खडक ज्वालामुखी आहेत, असे आपले मत (सु. १७७०-८० या काळात) प्रसिद्ध केले. देमारे यांच्या लिखाणामुळे व्हेर्नर पंथाला उतरती कळा लागली व लिओपोल्ट फोन बूखसारख्या त्यांच्या पट्टशिष्यांना व अलेक्झाडर फॉन हंबोल्टसारख्या सहमतवाद्यांना बेसाल्ट हा ज्वालामुखी खडक आहे, हे मान्य करावे लागले.

त्याच सुमारास एडिंबरोच्या  जेम्स हटन (१७२६-९७) यांनी १७८५ साली एक लेख लिहून जुन्या मतांना धक्का दिला व त्यांच्या या कार्यामुळे आधुनिक भूविज्ञानाचा पाया घातला गेला. बेसाल्ट-ग्रॅनाइटासारखे खडक तप्त शिलारसापासून तयार झाले असले पाहीजेत, हे त्यांनी त्यांच्या निसर्गातील आढळाच्या रीतींवरून दाखवून दिले; तसेच क्षरण (झीज) व वातावरणक्रिया यांनी बनलेली गाळ वाहून नेला जाऊन समुद्रांत साचतो व त्यापासून गाळाचे खडक बनतात आणि हे खडक वर उचलले जाऊन त्यांची परत झीज होते, असे त्यांचे मत होते.

अशा प्रकारे पृथ्वीचे स्वरूप सावकाश बदलत असल्याचे व या बदलांच्या आधारे पूर्वीच्या घटना विशद करता येतील, असे त्यांचे मत झाले. यावरून पृथ्वीवर आज घडत असलेल्या नैसर्गिक प्रक्रिया दीर्घ काळ चालत राहूनच आजची भूमीस्वरूपे निर्माण झालेली आहेत; पृथ्वीवर काही असामान्य किंवा गूढ चत्मकार घडले असणे अशक्य आहे, असा नैसर्गिक पुराव्यावर आधारलेला सिद्धांत मांडणे, हे त्यांचे महात्त्वाचे कार्य होय. हा सिद्धांत मांडणाऱ्या त्यांच्या ग्रंथामुळे (थिअरी ऑफ द अर्थ वुइथ प्रूफ्स अँड इलेस्ट्रेशन्स, (१७९५) भूवैज्ञानिक विचारसरणीत जी क्रांती घडून आली, तिला वैज्ञानिक इतिहासात क्वचितच तोड सापडेल. हटन यांच्या सिद्धांताला ‘एकरूपतावाद’ असे नाव देतात व आजच्या घडामोडी याच पृथ्वीच्या इतिहासाची गुरूकिल्ली होत, हे आधुनिक भूविज्ञानाच्या भौतिक तत्त्वांपैकी एक तत्त्व त्यांनीच प्रथम मांडले. १८०२ साली जॉन प्लेचफेयर (१७४६-१८१९) यांनी हटन यांचे मत इलस्ट्रेशन्स ऑफ द हटनियन थिअरी ऑफ द अर्थ या ग्रंथाद्वारे स्पष्ट करून मांडले.

विल्मम स्मिथ (१७६९-१८३९) यांना आंग्ले भूविज्ञानाचे जनक व स्तरविज्ञानाचे पितामह मानतात. त्यांचे बहुतेक आयुष्य क्षेत्र सर्वेक्षकाचे काम करण्यात गेले. त्यांना खडकांचे व जीवाश्मांचे नमुने गोळा करण्याचा छंद लहानपणापासून होता. क्षेत्र सर्वेक्षणाची कामे करताना त्यांना इंग्लंणडाच्या बहुतेक सर्व भागांतून हिंडावे लागले होते व इंग्लंकडातील खडक आणि जीवाश्म त्यांच्या चांगले परिचयाचे झालेले होते.

एका कालव्याच्या योजनेसाठी सर्वेक्षण करीत असताना त्यांना असे दिसून आले की, खडकांच्या निरनिराळ्या थरांत निरनिराळी वैशिष्ट्ये असलेले जीवाश्म असतात व जीवाश्माच्या प्रकारांवरून निरनिराळे थर ओळखू येतात. स्मिथ यांचा हा अनुभव म्हणजे आधुनिक इतिहासात्मक भूविज्ञानाचे एक मैलिक तत्त्व ठरलेले आहे; पण त्यांचे रीतसर शिक्षण झालेले नसल्यामुळे त्यांना आयुष्याच्या जवळजवळ अखेरच्या दिवसांपर्यंत स्वतःच्या शोधाचे महत्त्व कळलेले नव्हते. अनेक वर्षे सतत केलेल्या पाहणीची माहिती एकत्र जुळवून त्यांनी इंग्लंयड व वेल्सचा भूवैज्ञानिक नकाशा १८१५ साली प्रसिद्ध केला. एका व्यक्तीने एखाद्या सर्व देशाचा भूवैज्ञानिक नकाशा तयार केल्याचे हे पहिलेच व एकमेव उदाहरण होय. थरांची सापेक्ष वये ठरविण्यासाठी त्यांनी जीवाश्मांचा वापर प्रथम केला व इंग्लं डमधील खडकांचे तपशीलवार वर्गीकरण केले होते.

त्याच सुमारास फ्रान्समधील झॉर्झ क्यूव्ह्ये (१७६९-१८३२) हे जीववैज्ञानिक व आलेक्सांद्र ब्रॉन्यार (१७७०-१८४७) हे भूवैज्ञानिक यांनी सहकार्य करून पॅरिसभोवतालच्या थरांची व त्यांच्यातील जीवाश्मांची पाहणी केली होती व थरांचा कलानुक्रम ठरवून त्यांची क्षेत्रे दाखविणारा भूवैज्ञानिक नकाशा तयार केला होता. समान स्थान असणाऱ्या थरांत सारखेच जावाश्म असतात, अशा शोध त्यांनी लाविलेला होता. यावरून जीवाश्मांद्वारे एकाद्या थराचा इतरत्र शोध घेता येऊ शकेल, असे मत त्यांनी व्यक्त केले होते. अशा तऱ्हेने पुराजीवविज्ञानाचा पाया घातला गेला. तसेच जे. बी. लामार्क व क्यूव्ह्ये यांनी अनुक्रमे अपृष्ठवंशी (पाठीचा कणा नसलेल्या) व पृष्ठवंशी (पाठीचा कणा असलेल्या) प्राण्यांच्या जीवाश्मांचा जीवविज्ञानाच्या दृष्टीने अभ्यास केला यातूनच चार्ल्स डार्विन यांच्या क्रमविकासाच्या सिद्धांताचा विकास झाला. ‘फॉसिल’ (जीवाश्म) ही संज्ञा केवळ जीवांच्या शिळारूप अवशेषांसाठीच प्रथम लामार्क यांनी वापरली व रूढ केली.

खडकांच्या स्वरूपावरून पृथ्वीच्या इतिहासातील घटनांचे पुरावे मिळू शकतील व जीवाश्म हे गतकालीन जीवांचे अवशेष आहेत, या गोष्टी अठराव्या शतकातील वैज्ञानिकांस मान्य झालेल्या होत्या; पण पृथ्वीवरील घडामोडींविषयी मात्र त्यांची मते अगदी वेगळी होती. पृथ्वीवर अधूनमधून किंवा प्रत्येक कल्पाच्या अखेरीस प्रचंड उत्पात घडून येतात, जमीन एकाकी वर किंवा खाली सरकून पर्वत किंवा खोल दऱ्या उत्पन्न होतात, भूपंक व ज्वालामुखीक्रिया राक्षसी प्रमाणात घडून येतात, जीवसृष्टीचा संहार होतो व प्रलयकाल संपून पुन्हा शांतता प्रस्थापित झाल्यावर नवी जीवसृष्टी निर्मिली जाते;

आज जमिनीवर असणारे गाळांच्या खडकांचे थर जलप्रलयाच्या वेळी गाळ साचून तयार झालेले आहेत व एकावर एक असणाऱ्या थरांच्या राशीअनुक्रमाने घडून आलेल्या जलप्रलयांच्या वेळी गाळ साचुन तयार झालेल्या आहेत, अशी मते प्रचलित असत. पृथ्वीच्या इतिहासाविषयीच्या अशा कल्पनांना प्रलयवाद किंवा कवचविरूणवाद अशी नावे आहेत. क्यूव्ह्ये व ब्रॉन्यार यांसारख्या प्रख्यात वैज्ञानिकांनी किंवा विल्यम स्मिथ या क्षेत्र सर्वेक्षकांनी लाविलेले शोध महत्त्वाचे व आधुनिक इतिहासात्मक भूविज्ञानाच्या दृष्टीने मौलिक असले, तरी खडकांच्या निर्मिती विषयीची त्यांची मते प्रलयवादास अनुसरूनच होती.

अनेक उदाहरणे देऊन हटन यांचा सिद्धांत विशद करण्याचे व त्याचा प्रसार करण्याचे कार्य  सर चार्ल्‌स लायेल (१७९७-१८७५) यांनी केले. प्रिन्सिपल्स ऑफ जिऑलॉजी हा त्यांचा १८३०-३३ सालात प्रसिद्ध झालेला ग्रंथ केवळ वैज्ञानिक वाचीत असत असे नसून सर्व पांढरपेशा वर्गात त्याचा प्रसार झालेला होता. लायेल यांच्या ग्रंथामुळे प्रलयवाद नामशेष झाला व हटन यांचा एकरूपतावाद प्रस्थापित झाला व भूविज्ञानाच्या अध्ययनाला इष्ट मार्ग मिळून त्याची प्रगती वेगाने होत गेली.

१८५९ मध्ये चार्ल्‌स डार्विन यांची तत्त्वे परस्परपूरक असल्यामुळे निसर्गविज्ञानाची चांगलीच प्रगती झाली. भूमिरूपविज्ञान तसेच ज्वालामुखीक्रिया व ज्वालामुखीजन्य पदार्थ यांच्याविषयीच्या शास्त्रीय अध्ययनाला अठराव्या शतकात प्रारंभ झाला. ल्यूइस एव्हन्झ (१७००-५६), जे. ई. म्यूटार्क (१७१५-८६) व एच्. बी. द सोस्यूर (१७४०-९९) यांनी भूमिरूपविज्ञानाविषयी महत्त्वाचे कार्य केले. विल्यम हॅमिल्टन (१७३०-१८०३) व त्यांच्या सहकाऱ्यांनी इटलीतील ज्वालामुखींचे (उदा., व्हीस्यूव्हिअस, एटना) तसेच भूकंपाविषयी अध्ययन केले; तर इतरांनी दक्षिण फ्रान्समधील ज्वालामुखींचे अध्ययन केले. यामुळे लाव्हा प्रवाह कसे बनतात, हे कळून आले.

एकोणिसावे शतक

या शतकात तपशीलवार निरीक्षणे करण्यात येऊ लागली व त्यांचे अहवाल लंडनच्या जिऑलॉजिकल सोसायटीतर्फे (स्थापना १८०७) प्रसिद्ध होऊ लागले. १८३५ साली राष्ट्रीय स्तरावरील पहिली भूवैज्ञानिक सर्वेक्षण संस्था (ग्रेट ब्रिटनची) स्थापना झाली. अध्ययन व संशोधन यांच्यात वाढ झाली आणि यातून भूविज्ञानाविषयीच्या ज्ञानात भर पडत गेली. पुराजीवविज्ञानाविषयीची जगभरची विपुल माहिती संकलित करण्यात आली. शिवाय भूद्रोणीतील अतिशय जड थरांना घड्या पडून पर्वत बनत असल्याचे उगड झाले.

हिमनद्यांचा  झां लुह आगास्सिझ (१८०७-७३) यांनी अभ्यास केला व हिमोढ (हिमनद्यांद्वारे वाहून येऊन साचलेले गाळ) कसे बनतात ते शोधून काढले. सावकाश हलणाऱ्या हिम-बर्फामुळे भूपृष्ठ बदलते, हे त्यांनी विशद केले.

सर आर्चिबाल्ड गायकी (१८३५-१९२४) व जेम्स गायकी (१८३९-१९१५) यांच्या कार्यामुळे आगास्सिझ यांच्या विचारांना पुष्टी मिळाली व हिमनदीविषयीचे हे विचार १८६५ पर्यंत मान्यता पावले. १८७० नंतर जेम्स गायकी यांनी इंग्लं डमध्ये, आल्ब्रेख्ट पेग्खा (१८५८-१९४५) यांनी जर्मनीत आणि टी. सी. चेंबरलीन (१८४३-१९२८) यांनी अमेरिकेत हिमानी प्लवराशींचा (हिमनदीने वाहून नेण्यात येणारा खडकांचा भुगा तसेच मुख्यतः हिमनदीमुळे बनलेले व समुद्रात अथवा हिम वितळून बनलेल्या पाण्यात साचलेले निक्षेप यांचा) तपशीलवार अभ्यास करून त्यांचे वर्गीकरण केले.तसेच या राशी हिमयुगाच्या निरनिराळ्या टप्प्यांत साचल्या आणिया टप्प्यांदरम्यानच्या आंतरहिमानी काळात इतर निक्षेप (उदा., पीट, मृदा) साचल्याचे त्यांनी दाखवून दिले. अशा तऱ्हेने हिमानी भूविज्ञानाचा जन्म झाला.

या शतकाच्या मध्यास आर्थिक भूविज्ञानाला महत्त्व प्राप्त झाले. १८४८ साली कॅलिफोर्नियात सोने सापडले आणि यूरोप व अमेरिकेत झपाट्याने औद्योगिकीकरण झाल्याने दगडी कोळसा, लोखंड व इतर धातूंची मागणी वाढली व त्यांचे समन्वेषण अधिक वेगाने करण्यात येऊ लागले. १८५९ साली खनिज तेल सापडल्यावर अमेरिकेत त्याव विशेष संशोधन होऊ लागले. या सर्वांमुळे जमिनीखालील खडकांची अधिकाधिक माहिती मिळत गेली व भूविज्ञानाच्या संशोधनाला गती प्राप्त झाली. १८७० नंतर धातुकांच्या खाणकामात प्रगती होत जाऊन त्यांच्या उत्पत्तीविषयीचा सिद्धांत पुढे आला आणि त्यामुळे धातुकांचे नवीन साठे शोधले गेले.

स्फटिकरचनेनुसार खनिजांचे वर्गीकरण  रने झ्यूस्त हॉय यांनी केले (१८२२), तर डब्ल्यू. एच्. वुलस्टन यांनी स्फटिकांच्या पृष्ठांतील कोन मोजणारे उपकरण तयार केले आणि  जेम्स डोव्वाइट डेना यांनी खनिजविज्ञानावरील प्रमाणभूत ग्रंथ (सिस्टिम्स ऑफ मिनरालॉजी) लिहिला (१८३७). अशा तऱ्हेने आधुनिक खनिजविज्ञानाचा पाया घातला गेला.

जेम्स हॉल (१८११-९८) यांनी भूद्रोणीची संकल्पना, तर सी. ई. डटन (१८४१-१९१२) यांनी समस्थायित्वाचा सिद्धांत मांडला. सर जेम्स हॉल (१७६१-१८३२) यानी भट्टीत खडक वितळवून प्रत्यक्ष प्रयोगांद्वारे हटन यांची मते ताडून पाहिली व प्रायोगिक भूविज्ञानाचा पाया घातला. रॉबर्ट मॅलेट यांनी भूकंपाचा अभ्यास केला आणि भूपृष्टाखाली केलेल्या स्फोटांद्वारे निर्माण होणाऱ्या तरंगांची (आंदोननांची) गती कशी मोजावी ते शोधून काढले.

या शतकात भूवैज्ञानिक परीक्षणे करण्याच्या उपकरणांत पुष्कळ भर पडली आणि त्यांत सुधारणाही करण्यात आल्या. खडकांतील अतिसूक्ष्म घटक नुसत्या डोळ्यांनी ओळखू येत नाहीत. १८५१ साली एच्. सी सॉर्बी (१८२६-१९०८) यांनी खडकाचे तुकडे घासून तयार केलेल्या अगदी पातळ चकत्या काचेवर चिकटवून त्यांचे सूक्ष्मदर्शकाने परिक्षण करण्याची युक्ती शोधून काढली. निरनिराळ्याखनिजांतील प्रकाशाचा वेग वेगवेगळा असतो, त्यांचे इतर प्रकाशीय गुणधर्म निरनिराळे असतात आणि सामान्यतः ०.०२५ मिमी. जागीच्या खडकाच्या चकतीतून प्रकाश पलीकडे जाऊ शकतो, या गोष्टींचा उपयोग अशा परीक्षणांत केला जातो. अशा तऱ्हेने सूक्ष्मदर्शकाने खडकातील बहुतेक घटक (खनिजे) व त्यांच्या सूक्ष्म संरचना आणि त्यावरून खडकाचा प्रकार ओळखणे शक्य झाले. यातूनच शिलाविज्ञान व शिलावर्णनविज्ञान या शाखांचा उदय झाला.

विसावे शतक

खडकांची अधिक अचूक वये काढण्याच्या पद्धतींचा शोध या शतकात लागला. अर्नेस्ट रदरफर्ड यांनी खडकांचे वय ठरविण्यासाठी किरणोत्सर्गी समस्थानिकांचा (भेदक कण वा किरण बाहेर टाकणाऱ्या व तोच अणुक्रमांक परंतु भिन्न अणुभार असणाऱ्या त्याच मूलद्रव्याच्या प्रकारांचा) उपयोग होऊ शकेल, असे १९०५ साली सांगितले. पुढे या पद्धतीमुळे खडकांची निरपेक्ष वये ठरविता येऊ लागली.

क्ष-किरणांच्या साहाय्याने स्फटिकांची अंतर्गत संरचना समजते, असे १९१२ साली माक्स फोन लौए यांनी शोधून काढले. विल्यम ब्रॅग व लॉरेन्स ब्रॅग या पितापुत्रांनी क्ष-किरणांच्या साहाय्याने स्फटिकाच्या अणूमधील अंतर कळू शकते, असे दाखवून दिले. यामुळे खनिजविज्ञानाच्या अभ्यासात विशेष प्रगती झाली. १९५० च्या सुमारास ⇨ इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शकाचा वापर सुरू झाला; तर १९६० नंतर क्रमवीक्षण इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शक वापरात आल्याने त्रिमितीय प्रतिमा मिळू लागल्या. यांमुळे अतिसूक्ष्म जीवाश्म, प्राणिकवचांची व स्फटिकांची संरचना इत्यादींच्या अभ्यासाचे नवीन दालन उघडले गेले.

दक्षिण अमेरिका व आफ्रिका ही दोन खंड एके काळी एकमेकांना जोडलेली होती, असे ए. स्नायडर यांनी १८५३ सालीच सांगितले होते. मात्र या कल्पनेशी जुळणारा खंडविल्पवाचा सिद्धांत अल्फ्रेड व्हेगेनर यांनी १९१५ साली प्रसिद्ध केला. एके काळी आताची सर्व खंडे मिळून एक सलग भूमी होती; तिचे तुकडे होऊन आणि ते एकमेकांपासून दूर जाऊन आजची खंडे निर्माण झाली आहेत, असे त्यांनी या सिद्धांतात म्हटले होते. या सिद्धांताविषयी नंतर बराच वादविवाद झाला. खंडे एकमेकांपासून दूर सरकविणारी निश्चित यंत्रणा माहित नसणे, ही या सिद्धांतापुढील खरी अडचण होती.

खंडनिर्मितीचा दुसरा सिद्धांत १९५४ साली जे. टी. विल्सन यांनी मांडला. हल्लीच्या खंडीय ढालक्षेत्रांच्या मध्यभागी असलेल्या स्थिर केंद्रापासून खंडाची वाढ होते, असे त्यांनी या सिद्धांतात म्हटले आहे.

आर्. डीट्स व एच्. एच्. हेस यांनी १९६०-६२ च्या दरम्यान समुद्रतळ विस्तारणाची संकल्पना मांडली. तिच्यानुसार भूकवचातील मूळच्या भेगांचे प्रसरण होत जाऊन आजच्या महासागरांच्या द्रोणी बनल्या. त्यामुळे खंड ‘तरंगत’ राहून दूरवर जात राहिले (आर्थर होम्स यांनी अशीच संकल्पना १९३१ साली मांडली होती; पण तिच्याकडे तेवढे लक्ष गेले नाही). तदनंतरच्या काळात समुद्रतळाचे जे समन्वेषण झाले त्यामुळे या संकल्पनेला पुष्टी मिळाली आहे.

इ. स. १९६०-७० या काळात भूपट्ट सारंचनिकी हा सिद्धांत पुढे आला. त्यामध्ये बदलत जाणाऱ्या पृथ्वीची एक नमुनाकृती मानली आहे. पृथ्वीच्या घनरूप अंतरंगातील मंद संनयनी हालचालींमुळे अधिक थंड, ठिसूळ अशा पृथ्वीच्या बाहेरच्या आवरणाचे मोठे तुकडे म्हणणे भूपट्ट तयार होतात व ते एकसारखे एकमेकांच्या सापेक्ष गतिशील (हालत) असतात. यांच्या सीमावर्ती भागांत भूवैज्ञानिक घटना, क्रिया (उदा., भूकंप, ज्वालामुखी इ.) एकवटलेल्या आढळतात. जेथे भूपट्ट एकमेकांजवळ दूर जातात. तेथे नवीन कवच निर्माण होते; उलट जेथे ते एकमेकांजवळ येतात, तेथे जुने कवच अंशतः अंतरंगात मिसळून जाते व अंशतः त्याची जाडी वाढून पर्वतरांगा बनतात. अशा तऱ्हेने खंड एकमेकांलगत येण्याच्या व एकमेकांपासून दूर जाण्याच्या क्रिया पूर्वीच्या काळात झाल्या आहेत. यावरून खंडविल्पवाचे स्पष्टीकरण देता येते. समुद्रतळ विस्तारण आणि भूपट्ट सांरचनिकी या दोन्हींमुळे भूवैज्ञानिक विचारसरणीत क्रांती घडून येण्याची शक्यता व्यक्त करण्यात येते.

या शतकात कित्येक अधिक कार्यक्षम व उपयुक्त अशी नवनवीन रासायनिक व भौतिक उपकरणे उपलब्ध झालेली आहेत. क्ष-किरण उपकरणे, इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्क्षक, द्रव्यमान वर्णपटमापक, ऊष्मीय विश्लेषण उपकरणे इत्यादींचा शोध लागल्यामुळे अत्यंत सूक्ष्म आकारमानाची खनिजे ओळखून काढणे शक्य व सुलभ झालेले आहे. तसेच भूकंप, गुरुत्व किंवा चुंबकत्व यांचे मापन करणारी उपकरणे वापरून जमिनीखालच्या अदृश्य खडकांच्या रचना ओळखून काढणेही शक्य झालेले आहे. आपणास दिसणाऱ्या खडकांचे गुणधर्म व रचना यांचे परीक्षण करून आपण त्यांच्या उत्पत्तीविषयी जी अनुमाने करतो, त्यांचा पडताळा पाहण्यासाठी शक्य असेल तेव्हा तेव्हा प्रयोग करून पाहिले जातात.

निसर्गात आढळणारी बरीचशी खनिजे कृत्रिम रीतींनी तयार करण्यात आलेली आहेत व अशी खनिजे कोणत्या परिस्थीतीत म्हणजे किती दाब व तापमान, तसेच कोणते रासायनिक घटक असताना निर्माण होतात, हे माहीत झाल्यामुळे नैसर्गिक खनिजे कोणत्या परिस्थितीत निर्माण झाली असतील, हे कळून येण्यास मदत होते. दाब पडल्याने खडकांवर व त्यांच्या रचनांवर कोणते परिणाम होतात यांविषयीही प्रयोग करून पाहाण्यात आले आहेत व खडकांत आढळून येणाऱ्या घड्या व इतर रचना कशा निर्माण झाल्या असतील, हे समजण्यासाठी अशा प्रयोगांचा उपयोग होतो. प्रवासाची साधनेही वाढलेली आहेत. खडकांची पाहणी करताना पूर्वी पायी, घोड्यावरून किंवा गाडीतून प्रवास करावा लागे. आता मोटारी, विमाने, कृत्रिम उपग्रह इ. वापरून निरीक्षणाचे किंवा सर्वेक्षणाचे काम केले जाते.

पूर्वी दुर्गम असलेल्या प्रदेशाची पाहाणी करणे आता शक्य झालेले आहे व अशा प्रदेशांविषयीच्या माहितीची भर आपल्या ज्ञानात पडत आहे; पण तपशिलात भर पडली, तरी आधुनिक इतिहासात्मकभूविज्ञानाच्या मूलभूत सिद्धांतात फरक झालेला नाही व होण्याचा संभव दिसत नाही. पृथ्वीच्या कवचाविषयी बरीच माहिती उपलब्ध झालेली आहे; पण कवचाखाली असणाऱ्या भागांची प्रत्यक्ष माहिती मिळालेली नाही; ती मिळविण्याचे प्रयत्न मात्र चालू आहेत.

पृथ्वीचे संघटन

खनिजविज्ञान, शिलविज्ञानस शिलाजनन, शिलावर्णन, धातुकनिर्मितीच्या प्रक्रिया आणि भूरसायनशास्त्र यांचा पृथ्वीच्या संघटनाशी संबंध येतो.

खनिजविज्ञान : पृथ्वीवरील खडक बव्हंशी खनिजांचे बनलेले असतात. खनिजांचे भौतिक गुणधर्म (उदा., रंग कठीणपणा, कस इ.) रासायनिक संघटन (रा. सं.), ती निसर्गात कशा प्रकारे आढळतात, ती कशी ओळखावीत, त्यांचे स्फटिकाकार व उपयोग इत्यादींचा अभ्यास खनिजविज्ञानात केला जातो. याकरिता आधुनिक प्रयोगशाळांमध्ये विविध प्रकारची उपकरणे वापरतात.

खडक व धातुक निक्षेप यांचे मूलभूत घटक म्हणून खनिजांचा अभ्यास भूविज्ञानाच्या दृष्टीने आवश्यक आहे. मात्र या दोन्ही विज्ञानांत उद्भुवणारे प्रश्न व वापरण्यात येणारी तंत्रे यांच्यात पुष्कळ बाबतींत वेगळेपणा असतो. त्यामुळे खनिजविज्ञान हे एक गुंतागुंतीचे मोठे विज्ञान बनले असून त्याचा भूविज्ञानाइतकाच रसायनशास्त्र व भौतिकी यांच्याशीही निकटचा संबंध येतो.

सुमारे ३,००० खनिजे माहित असून त्यांपैकी बहुतेक पृथ्वीवरील खडकांत आढळतात आणि थोडीच पृथ्वीच्या बाहेरची (उदा., अशनींतील म्हणजे बाह्य अवकाशांतून पृथ्वीवर येऊन पोहोचलेल्या पृथ्वीबाहेरच्या पदार्थांतील आहेत. तथापि भूकवचाच्या बाहेरच्या भागात विपुल प्रमाणात आढळणाऱ्या खडकांच्या दृष्टीने यांपैकी थोडीच खनिजे महत्त्वाची आहेत (उदा., ग्रॅनाइटी खडकांच्या दृष्टीने फेल्स्पार, क्वार्ट्झत व अभ्रक तर चुनखडकांचा संबंधात कॅल्साइट व डोलोमाइट). पुष्कळ खडकांचे खनिज संघटन जटिल असते आणि काही खडकांतील (उदा., शेल) खनिज कण (उदा., मृद् खनिज)अगदी सूक्ष्म असतात. त्यामुळे त्यांच्या अघ्ययनासाठी खास तंत्रे वापरावी लागतात (उदा., इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शक; कारण याच्या साहाय्याने प्रतिमेचे हजारोपट वर्धन करता येते).

प्रत्येक खनिजातील अणूंची संरचना वैशिष्ट्यपूर्ण असते व आदर्श स्थितीत ती स्फटिकाच्या आकाराने दर्शविली जाते. अनुकूल परिस्थितीत चांगले पूर्णाकृती स्फटिक बनतात (उदा., क्वॉर्ट्झी, मीठ इ.); मात्र द्रव्याचे मोठ्या प्रमाणावर स्फटिकीभवन होताना अशी अनुकूल परिस्थिती नसते. अशा ठिकाणी ज्यांच्यापासून स्फटिकांची वाढ होते, त्या कणांची गर्दी झालेली असते त्यामुळे स्फटिकांची पूर्ण वाढ होऊ शकत नाही. मात्र अशा अपूर्णाकार स्फटिकांची अंतर्गत आणवीय संरचना ही त्यांचे वैशिष्ट्य दर्शविणारीच असते.

खडकांतील खनिजे ओळखण्यासाठी विविध प्रकारची प्रभावी उपकरणे वापरतात. पैकी सूक्ष्मदर्शकाने खडकांच्या सु. ०.०२५ मिमी. जाडीच्या चकत्यांचे निरीक्षण करतात. ध्रुवणकारी (एकाच प्रतलात कंप पावणारा प्रकाश निर्माण करणारा) लोलक जोडलेल्या सूक्ष्मदर्शकाने ध्रुवित प्रकाशात असे निरीक्षण करता येते. वेगवेगळ्या खनिजांचे स्फटिक त्यांच्या वैशिष्ट्यपूर्ण प्रकाशकीय गुणधर्मावरून ओळखता येतात. अशा तऱ्हेने खडकाचे खनिज संघटन समजू शकते. अपारदर्शक खनिज ओळखण्याकरिता परावर्तित प्रकाशाचे तंत्र वापरतात.

धातुकांच्या बाबतीत हे तंत्र विशेष उपयुक्त ठरते. क्ष-किरणांच्या साहाय्याने खनिजाच्या आणवीय संरचनेच्या आकृतिबंधाचे चित्र छायाचित्रणाच्या फिल्मवर मिळू शकते व आणवीय संरचनेवरून खनिज ओळखता येते. मृद् खनिजांचे कण अतिसूक्ष्म असल्याने ती ओळखण्यासाठी इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शकाचा वापर करतात. काही मृद् खनिजांच्या ऊष्मीय गुणधर्मांत ओळखता येऊ शकेल इतका फरक असतो. भेददर्शी ऊष्मीय विश्लेषण तंत्रात या फरकांचा खनिजे ओळखण्यासाठी उपयोग करून घेण्यात येतो. यासाठी वापरण्यात येणाऱ्या उपकरणाने सरळ आलेख मिळतात व या आलेखांद्वारे खनिज संघटन कळू शकते.

स्फटिकविज्ञानामध्ये स्फटिकांचे भूमितीय गुणधर्म व अंतर्गत संरचना यांचा अभ्यास केला जातो. सामान्यतः खनिजे स्फटिकरूप असल्याने स्फटिकविज्ञान हे खनिजविज्ञानाचे आवश्यक अंग आहे. अर्थात जैव व अजैव स्फटिक-द्रव्यांशीही स्फटिकविज्ञानाचा संबंध येत असल्याने ते इतर विज्ञानशाखांशीही (उदा., धातुविज्ञान, भौतिकी, मृत्तिकाविज्ञान इ.) निगडित आहे. घ्रुवणकारी व शिलावर्णनकारी सूक्ष्मदर्शक, क्ष-किरण विवर्तन सामग्री आणि कोनमापक या उपकरणांचा वापर स्फटिकांच्या अध्ययनात होतो.

खनिज आणि खडकांचे रासायनिक विश्लेषण करणे हे त्यांच्या अभ्यासाच्या दृष्टीने महत्त्वाचे आहे. अचूक परिमाणात्मक रासायनिक विश्लेषण इतर तंत्रांना चांगले पूरक ठरते व पुष्कळ नमुन्यांच्या बाबतीत रासायनिक परीक्षा महत्त्वाची ठरते. उदा., काचमय पोत असणाऱ्या खडकांतील अणूंची मांडणी सुपष्ट झालेली नसते व त्यामुळे त्यांचे सूक्ष्मदर्शकाच्या साहाय्याने अध्ययन करता येत नाही. अशा वेळी परिमाणात्मक रासायनिक विश्लेषणाचा उपयोग करावा लागतो.

खनिजे कशी निर्माण होतात, याचा अभ्यासही खनिजविज्ञानात केला जातो. खनिजांची उत्पत्ती जाणून घेण्यासाठी भौतिकीय रसायनशास्त्र व ऊष्मागतिकी (उष्णता आणि यांत्रिक व इतर ऊर्जा यांतील संबंधांचे गणितीय विवरण करणारे शास्त्र) या विज्ञानांचा उपयोग होतो.

तयार होणाऱ्या स्फटिकी द्रव्यांच्या विद्रावांचे प्रयोगशाळेतील नियंत्रित परिस्थितीत निरीक्षण करून काही माहिती मिळते. विद्रावांचे तापमान व संहती (विद्रावात विरघळविलेल्या पदार्थाचे प्रमाण) यांचे काळजीपूर्वक नियंत्रण करून कृत्रिम रीतीने ठराविक खनिजे निर्माण करणे शक्य असते. तसेच सापेक्षतः उच्च तापमानाला व दाबाला घन पदार्थांत वा खनिज गटात होणारे रूपांतर अभ्यासणे, हीही खनिजनिर्मिती जाणून घेण्याची एक प्रायोगिक पद्धत आहे. प्रयोगाद्वारे मिळालेली अशी माहिती आणि रसायनशास्त्र व भौतिकी यांच्यातील सैद्धांतिक माहिती यांचा एकत्रित विचार केल्यास निसर्गातील पुष्कळ खनिजे ज्या स्थितीत निर्माण झाली, त्या स्थितीविषयी अनुमान करणे शक्य होते.

शिलाविज्ञान

यात खडकांचा अभ्यास केला जातो. खडकांची उत्पत्ती, रासायनिक व भौतिक गुणधर्म, खनिज संघटन, इतिहास, त्यांच्यांत होणारे बदल इ. गोष्टी शिलाविज्ञानात विचारात घेतल्या जातात. अशा तऱ्हेने याचा खनिजविज्ञान, भूरसायनशास्त्र, संरचनात्मक भूविज्ञान इ. शाखांशी संबंध येतो. शिलाविज्ञान व खनिजविज्ञान यांच्यातील काही प्रश्न समाईक आहेत (उदा., खनिज वा खडक निर्माण होण्याच्या वेळची भौतिक परिस्थिती म्हणजे तापमान, दाब, काळ इत्यादी) .

पृथ्वीच्या कवचाच्या घन घटकांस खडक म्हणतात. खडक या शब्दाची भूवैज्ञानिक व्याख्या सामान्य व्यवहारातील अर्थापेक्षा अधिक व्यापक आहे. खडक कठीण व एकसंध म्हणजे संसक्त असतात, असे सामान्यतः मानले जाते [उदा., काळा खडक (बेसाल्ट) किंवा संगमरवर]. माती, वाळू , गोटे यांसारखे सुटे घटक असणाऱ्या पदार्थांना खडक म्हणत नाहीत; पण भूविज्ञानात त्यांचाही समावेश खडक या संज्ञेत केला जातो.

कवचाच्या सर्वच घन घटकांना खडक म्हणतात. मग ते मऊ असोत किंवा कठीण असोत, संसक्त असोत किंवा सुट्या कणांचे ढीग असोत. भूकवच व पृथ्वीचे अंतरंग यांच्याशी शिलाविज्ञान सैद्वांतिक दृष्ट्या निगडीत आहे. प्रत्यक्षात भूकवचाच्या सर्वांत बाहेरील भागातून उपलब्ध होऊ शकतील त्या खडकांचे अध्ययन यात मुख्यतः केले जाते. असे काही खडक खंड व बेटे यांवर उघडे पडलेले असून त्यांनी पृथ्वीचा सु. ३०% पृष्ठभाग व्यापलेला आहे.

खडकांचे नमुने काळजीपूर्वक तपासून पाहिले, तर असे आढळून येते की, खनिजांचे अनेक बारिक कण एकत्र होऊन ते तयार झालेले असतात म्हणजे खडक हे खनिजांच्या कणांचे समुच्चय असतात. एखादा खडक कोणत्या प्रकारचा आहे हे ठरविण्यासाठी तो कोणत्या खनिजांचा बनलेला आहे हे प्रथम पाहावे लागते व खडकांचे यथार्थ ज्ञान होण्यासाठी खनिजांची चांगली माहिती असावी लागते. पृथ्वीच्या कवचात वारंवार आढळणारे खनिज-प्रकार आठ-दहाच आहेत व त्याना शैलकर खनिजे असे नाव देतात. पुष्कळसे खडक मुख्यतः दोन ते पाच प्रकारांच्या खनिजांचे बनलेले असतात (उदा., ग्रॅनाइट हा मुख्यतः फेल्सपार, क्वॉर्‌् झ व अभ्रक या खनिजांचा बनलेला असतो).

काही खडक एकाच खनिजाच्या कणांचे बनलेले असतात [उदा., शुद्ध सैंधवाचा खडक सैंधवाच्या कणांचा व शुद्ध संगमरवर हा कॅल्साइटच्या (चुनखडीच्या) कणांचा असतो]. खडकांचे घटक मोठे, भरड आकारमानाचे असले म्हणजे त्यांची खनिजे ओळखून काढणे विशेष कठीण नसते; पण कित्येक खडकांचे कण सूक्ष्म किंवा अतिसूक्ष्म असतात व त्याची खनिजे ओळखून काढण्यासाठी सूक्ष्मदर्शक किंवा विशेष प्रकारची उपकरणे वा रासायनिक पद्धती वापराव्या लागतात. उत्पत्तीनुसार खडकांचे अग्निज, गाळाचे (अवसादी) व रूपांतरित असे तीन प्रकार केले जातात.

अग्निज खडक : वितळलेल्या खडकांचे उष्ण रस निवून घन झाले म्हणजे अग्निज खडक तयार होतात. अग्निज खडकांच्या मूळच्या उष्ण, द्रवरूप पदार्थाला  शिलारस म्हणतात व शिलारस एकाद्या ज्वालामुखीच्या द्वारे बाहेर पडला म्हणजे त्या द्रवास लाव्हा म्हणतात. काही नैसर्गिक क्रियांमुळे पृथ्वीच्या कवचाच्या उथळ किंवा खोल भागात शिलारस तयार होतात. अग्निज खडकांच्या काही जाती कशा तयार होतात, हे कित्येक जागृत ज्वालामुखींत पाहावयास मिळते. पृथ्वीच्या कवचात नळासारखे छिद्र किंवा भेग पडून तिच्या वाटे तप्त पदार्थ बाहेर लोटले म्हणजे ज्वालामुखीचे उद्‌गीरण झाले असे आपण म्हणतो.

कित्येक उद्‌गीरणांत उष्ण वायू व खडकांचा तप्त चुरा म्हणजे धूळ -वाळू-खडे–धोंडे यांसारखे घन पदार्थ बाहेर फेकले जातात; पण इतर कित्येक उद्‌गिकरणांत उष्ण वायू व लाव्हा बाहेर पडतात. उष्ण वायू वातावरणात शिलारस किंवा त्यांच्यातील वाफेचे पाणी होऊन ते वाहून जाते. लाव्हा मात्र ज्वालामुखीच्या सभोवताली वाहात पसरत जातो व निवल्यावर थिजून त्याच्या ज्वालामुखी खडक तयार होतो. निरनिराळ्या ज्वालामुखींतून बाहेर पडणारे लाव्हे किंवा एकाच ज्वालामुखीतून वेगवेगळ्या वेळी बाहेर पडणारे लाव्हे एकाच प्रकारचे असतात असे नाही. त्यांचे रासायनिक संघटन भिन्न असणे शक्य असते म्हणून ज्वालामुखींच्या लाव्ह्यांपासून अनेक जातींचे खडक तयार होतात.

शिलारसाचा मुख्य घटक म्हणजे सिलिका व तिचे प्रमाण सु. ५० ते ७० टक्के असते. तिच्याशिवाय अॅील्युमिना, सोडा, पोटॅश, लाइम, मॅग्नेशिया आणि लोहाची ऑक्सइडे हीसुद्धा कमीअधिक प्रमाणात असतात. वरील घटकांशिवाय शिलारसाचे महत्त्वाचे घटक म्हणजे विद्रुतावस्थेत असलेली पाण्याची वाफ व इतर वायू हे होत. त्यांचे प्रमाण अल्प असते; पण अग्निज खडक निर्माण करणाऱ्या अनेक प्रक्रियांवर त्यांचा प्रभाव पडत असतो व शिलारस थिजून अखेरीस तयार होणाऱ्या खडकांचे स्वरूप ठरविण्यात त्यांचा बराच वाटा असतो म्हणून ते अत्यंत महत्त्वाचे ठरतात. सारांश, शिलारस म्हणजे सिलिका व कित्येक धातूंची ऑक्साइडे यांचा व ज्याच्यात विद्रुतावस्थेत वायू दाबून धरलेले आहेत असा, उष्ण प्रवाही पदार्थ किंवा द्रव असतो. काही कारणामुळे शिलारस निवून थंड झाला म्हणजे त्याच्यात असलेले वायू बहुतांशी निघून जातात व इतर पदार्थांचा घन खडक तयार होतो. शिलारसापासून स्फटिक किंवा काच असे दोन अगदी भिन्न प्रकारचे घन पदार्थ उत्पन्न होणे शक्य असते. अशा प्रकारे खडकाचा पोत (कणांचे आकारमान) ठरतो.

शिलारस मंद गतीने निवला व दीर्घ काळ द्रवावस्थेत राहून घन झाला म्हणजे त्याच्यात विलीन अवस्थेत असलेल्या घटकांचे अणू एकत्र येऊन खनिजांचे स्फटिक निर्माण होण्याला अवसर मिळतो व शिलारस निवण्याची गती पुरेशी मंद असली म्हणजे सर्वस्वी स्फटिकांचा बनलेला असा खडक तयार होतो. शिलारसांचा मुख्य घटकांची वर दिलेली नावे लक्षात घेतली म्हणजे त्यांच्यापासून तयार होणाऱ्या स्फटिकांच्या म्हणजेच खनिजांच्या–रासायनिक स्वरूपाची कल्पना येते. अग्निज खडकांची प्रमुख खनिजे वर उल्लेख केलेल्या धातूंची अॅ्ल्युमिनो-सिलिकेटे, सिलिकेटे व सिलिका यांची बनलेली असतात. शिलारस वेगाने निवला म्हणजे स्फटिक निर्माण होण्याला वेळच मिळत नाही त्यामुळे तो तसाच थिजून काच तयार होते. स्फटिक व काच यांची कमीअधिक प्रमाणात मिश्रणे असलेले अग्निज खडकही वारंवार आढळतात.

कवचात असलेल्या शिलारसाच्या साठ्याची अवस्था बंद बाटलीत असलेल्या सोडावॉटरसारख्या वतपूरित पेयासारखी असते. बाटलीचे बूच उघडताच आतील पाण्यात दाबून भरलेला वायू बाहेर पडू लागतो व तो उसळून बाहेर पडत असताना त्याच्याबरोबर थोडे पाणीही बाहेर पडत असते. ज्वालामुखीक्रियेत असेच होत असते. पृथ्वीच्या पृष्ठापासून निघून तो शिलारसाच्या जागेपर्यंत जाऊन पाहोचणारे एखादे नळीसारखे छिद्र किंवा भेग काही कारणाने कवचात तयार झाली म्हणजे शिलारसात कोंढलेले वायू त्याच्या वाटे जोराने बाहेर पडू लागतात; त्यांच्याबरोबर आतील शिलारसाचा काही अंश बाहेर पडणे शक्य असते. अशा कारणांमुळेच ज्वालामुखीतून लाव्हे बाहेर पडत असतात. दाबून भरलेले वायू शिलारसात नसते, तर खोल जागेतला शिलारस पृथ्वीच्या पृष्ठभागी आणून टाकण्याची क्रिया घडली नसती. ज्वालामुखीतून बाहेर लोटला गेलेला लाव्हा पृथ्वीच्या पृष्ठावर उघड्या जागी पसरत असल्यामुळे तो वेगाने निवतो व घन होतो.

म्हणजे त्याची द्रवावस्था दीर्घ काळ टिकत नाही. त्यामुळे स्फटिक तयार होण्याला किंवा त्याची वाढ होण्याला पुरेसा वेळ मिळत नाही व लाव्हा थिजून तयार झालेला खडक मुख्यतः सूक्ष्म किंवा अतिसूक्ष्म स्फटिक व काच यांच्या मिश्रणाचा असतो. द्रवरूप लाव्हा थिजून घन होत असताना त्याच्यातील वायू बाहेर पडत असताना व त्याच्यामुळे उत्पन्न झालेल्या लहान मोठ्या पोकळ्या ज्वालामुखी खडकांत सामन्यतः असतात. ज्वालामुखी खडकांपैकी वारंवार आढळणारा खडक बेसाल्ट होय. महाराष्ट्राच्या बहुतेक सर्व भागांत आढळणारा काळा खडक बेसाल्टच आहे. ज्वालामुखींच्या सर्वच उद्‌गीरणांत लाव्हे बाहेर पडतात असे नाही. काही उद्‌गीरणे तप्त धोंडे, खडे, वाळू, राख आणि धूळ यांसारख्या घन पदार्थांची असतात. ज्वालामुखीतून फेकले गेलेले घन पदार्थ खाली पडून त्याच्या मुखाभोवती शंकूच्या आकाराचे ढीग (डोंगर) तयार होतात.

ज्वालामुखीच्या उद्‌गीरणांत खोल जागेतील शिलारसापैकी काही भागच बाहेर येतो. ज्या नळाच्या वाटेने वायू व शिलारस उसळून वर येतात, त्या नळात शिलारसाचा काही भाग राहतो. शिलारसापासून सुरू होऊन कवचात पसरणाऱ्या पण कवचाच्या पृष्ठभागी येऊन न पोहचणाऱ्या अशा भेगा निर्माण होणेही शक्य असते. अशा भेगा पडल्या म्हणजे खोल जागेतील शिलारस त्याच्यात शिरून वर सरकतो व अखेरीस त्या भेगा शिलारसाने भरल्या जातात. कवचातील भेगांत शिरलेला शिलारसही कालांतराने निवतो व त्याचा खडक बनतो. खडक मंद उष्णतावाहक असल्यामुळे त्यांच्या भेगांत राहणारा शिलारस लाव्हाच्या मानाने अगदी मंद गतीने निवतो. भेगा मोठ्या असल्या, तर शिलारसाचा घन खडक होण्याला प्रदीर्घ काळ, कित्येक शतके लागणे शक्य असते. चिंचोळ्या भेगा-फटींत शिरलेला शिलारस मात्र वेगाने निवतो.

कवचातील भेगांत मंद गतीने निवलेल्या शिलारसाचे सर्वस्वी स्फटिकांचे असे खडक बनतात. त्यांचे घटक सामान्यतः भरड किंवा मध्यम कणांचे असतात व त्यांची मुख्य खनिजे नुसत्या डोळ्यांनी ओळखू येतात. अशा खडकांपैकी प्रमुख म्हणजे ग्रॅनाइट व ग्रॅब्रो हे होत. कवचाच्या भेगांत घुसलेल्या शिलारसापासून तयार झालेल्या अग्निज खडकांस अंतर्वेशी किंवा अंतःक्षेपित खडक अशी नावे देतात. काही अंतर्वेशी खडकांवरील इतर खडक दीर्घकाळ झीज होऊन निघून गेल्याने ते पृष्ठावर उघडे पडलेले आढळतात. सारांश, अग्निज खडकांचे दोन

मुख्य वर्ग आहेत : ते म्हणजे (१) पृथ्वीच्या पृष्ठभागी तयार झालेले ज्वालामुखी खडक व (२) कवचाच्या पोकळ्यांत तयार झालेले अंतर्वेशी किंवा अंतःक्षेपित खडक. त्यापैकी पहिल्या वर्गाच्या खडकांची उत्पत्ती कशी होते, हे आपणास ज्वालामुखी-केंद्रात प्रत्यक्ष पाहता येते. याकरिता काही ज्वालामुखी- केंद्रावर अखंडपणे निरीक्षणे केली जातात. शिवाय ज्वालामुखी खडक पृष्ठभागी तयार होत असल्याने त्यांचे निरिक्षण अधिक सहजपणे करता येऊ शकते. अंतर्वेशी खडकांच्या उत्पत्तीच्या प्रक्रिया मात्र अप्रत्यक्ष रीतींनी जाणाव्या लागतात. अर्थात उघड्या पडलेल्या अंतर्वेशी खडकांचे प्रत्यक्ष अध्ययन करता येते. प्रयोगशाळेत उच्च तापमानाची व दाबाची परिस्थिती निर्माण करता येऊ लागल्याने कृत्रिम रीतीने खडक बनविणे शक्य झाले. अशा कृत्रिम रीतीने निरिक्षण करून खडकाच्या निर्मितीविषय़ी माहिती मिळते. त्यामुळे कृत्रिम व नैसर्गिक खडकांची तुलना करून नैसर्गिक खडकांच्या निर्मितीच्या वेळी असलेल्या परिस्थितीविषयी अनुमान करणे शक्य होते.

कित्येक शिलारसांत मौल्यवान धातू अल्प प्रमाणात असतात व अग्निज खडक निर्माण होत असताना काही विशिष्ट विक्रिया घडून आल्या, तर शिलारसांत विरघळलेल्या स्थितीत असलेले व त्यांच्यात सर्वत्र पसरलेले धातूंचे अंश एकत्रित केले जातात. कित्येक धातुकांचे निक्षेप म्हणजे साठे अशा रीतीने उत्पन्न झालेले असतात.

गाळाचे खडक : पुराचे पाणी ओसरून गेल्यावर नद्यांच्या काठांशी किंवा त्यांच्या पात्रांच्या कोरड्या पडलेल्या भागात चिखल, वाळू , गोल-गुळगुळीत गोटे इ. पाण्याने टाकून दिलेले पदार्थ आढळतात. वाहत्या पाण्याने टाकून दिलेले तशाच प्रकारचे पदार्थ नद्यांच्या मार्गावर असलेल्या अनेक जागी किंवा नद्या समुद्रात शिरत असतील, तर त्या समुद्राच्या तळाशी साचत असतात व ते साचून त्यांच्या जाड (कित्येकशे मीटर जाडीच्या) राशी तयार होतील, अशी परिस्थिती कोठेकोठे असते. वाऱ्याबरोबर वाहात गेलेली धूळ व वाळू साचून किंवा हिमनद्या व बर्फाचे थर यांच्याबरोबर वाहात गेलेले दगडधोंडे व दगडी चुरा साचून तयार होणाऱ्या किंवा झालेल्या राशीही आढळतात. वारा, वाहते पाणी किंवा वाहते हिम-बर्फ यांनी नेलेल्या व साचविलेल्या सर्व दगडी चुऱ्यास गाळ (अवसाद) म्हणतात. वर उल्लेख केलेल्या सर्व प्रकारच्या राशींचे घटक प्रारंभी सुटे असतात; पण गाळ साचून राशीची जाडी वाढली म्हणजे खालच्या गाळावर वरच्या गाळाच्या भाराचा प्रचंड दाब पडतो.

शिवाय इतर अनेक प्रक्रियांही घडून येतात. त्यामुळे पूर्वी सुटे असलेले घटक कालांतराने एकत्र चिकटविले जातात व सुट्या गाळांचे एकसंध, संसक्त खडक तयार होतात. घटकांच्या प्रकारावरून अशा खडकांस निरनिराळी नावे दिली जातात. वाहत्या पाण्याने गुळगुळीत, गोल झालेले पुष्कळ गोटे ज्याच्यात आहेत अशा खडकाला पिंडाश्म म्हणतात. खडबडीत, झीज न झालेले पुष्कळ तुकडे असलेल्या खडकास कोणाश्म म्हणतात. वाळूचे कण एकत्र चिकटून तयार झालेल्या खडकास वालुकाश्म (वाळूचा दगड) म्हणतात. घट्ट चिकटलेली माती थराच्या रूपात असली म्हणजे त्या खडकाला पंकाश्म म्हणतात. पोथीत समांतर कागद असतात तशी मातीची रचना असणारा थर असला म्हणजे त्या खडकास शेल म्हणतात. गाळवटी खडक, चुन खडक, डोलोमाइट इ. गाळाचे खडकही महत्त्वाचे आहेत.

गाळाच्या खडकांपैकी सर्वांत महत्त्वाचे म्हणजे समुद्राच्या तळावर साचलेल्या गाळांचे खडक होत. समुद्राच्या पाण्याचे प्रवाह पुरेसे जोरदार असले म्हणजे त्यांच्यात शिरणारा गाळ किनाऱ्याशीच साचून राहत नाही. तो सर्वच्या सर्व अधिक खोल भागातील तळावर पसरून टाकला जातो. दगड व गोटे किनाऱ्याजवळच साचविले जातात. भरड वाळू अधिक दूरच्या, बारीक वाळू त्यांच्यापेक्षा दूरच्या व चिखलाचे कण त्याच्याही पलीकडे व किनाऱ्यापासून सर्वांत दूर असलेल्या समुद्राच्या तळावर साचविले जातात. गाळ साचून तयार होणारी राशी थरासारखी (चादरीसारखी) असते.

गाळ साचणे दीर्घ काळ चालू राहिले म्हणजे तो साचून तयार होणाऱ्या राशी सपाट आडव्या थरांसारख्या असतात. साचण्याच्या क्रियेत खंड पडून अधूनमधून निक्षेपण झाले, तर थर स्पष्टपणे वेगळे दिसतात. कवचे किंवा हाडे असणारे असंख्य जीव समुद्रात असतात व त्यांच्यापैकी शेकडो प्रत्यही मरत असतात. त्यांची शरीरेही समुद्राच्या तळावर साचत असतात व ती तेथे साचणाऱ्या गाळात पुरली जातात. त्यांचे मऊ भाग नाश पावतात; पण कठीण भाग टिकून राहणे शक्य असते. ते टिकून राहिले, तर त्यांचे जीवाश्म होतात. समुद्राच्या तळाशी साचलेल्या राशींचे घटक सुरवातीला अर्थात सुटे असता. कालांतराने ते एकत्र चिकटविले जाऊन वालुकाश्म, पंकाश्म, शेल यांसारखे एकसंध खडक तयार होतात. सरोवरात व नद्यांच्या पूरभूमींवर गाळ साचूनही गाळ्यांच्या खडकांचे थर तयार होतात.

रासायनिक विक्रियांनी (अंदुकाश्म, काही डोलोमाइट), जैव क्रियांनी (काही चुन खडक) अथवा जीवांचे अवशेष साचून (पीट, दगडी कोळसा, काही चुनखडक) सुद्धा गाळाचे खडक तयार होतात.

प्रत्येक खंडावर विस्तृतपणे पसरलेले विविध काळांतील गाळाचे खडक आढळतात. काही ठिकाणी हे साचलेले तसेच क्षितिजसमांतर असलेले आढळतात. उलट विशेषकरून डोंगराळ भागात त्यांचे विरूपण झालेले आढळते.

अवसाद शिलाविज्ञान : गाळाच्या खडकांचे वर्णन व वर्गीकरण, गाळाची वाहतूक व निक्षेपण करणाऱ्या प्रक्रिया, गाळ साचण्याच्या वेळची परिस्थिती व साचल्यानंतर त्यात होणारे बदल (उदा., घट्ट होणे, संयोजक साचणे इ.) यांचा अभ्यास या शाखेत केला जातो. तसेच गाळ व गाळाचे खडक यांच्यातील संरचनात्मक वैशिष्ट्यांचा (उदा., प्रतिस्तरण, शिरा इ.) विचारही यात केला जातो. कार्बोनेटी खडकांशी (चुनखडक व डोलोमाइट) आणि अकार्बोनेटी खडकांशी (वालुकाश्म, पंकाश्म, गाळवटी खडक, पिंडाश्म, वाळू, मृत्तिका इ.) निगडीत असे याचे विभाग पाडले जातात.

रूपांतरित खडक : सर्वसाधारणपणे रूपांतरणाचे गतिज व ऊष्मीय असे दोन प्रमुख प्रकार ओळखले जातात. गतिज रूपांतरणात तीव्र प्रेरणा व कदाचित घर्षणजन्य उष्णता यांद्वारे खडकांत बदल घडून येतात. अंतर्वेशित अग्निज राशीच्या सान्निध्यामुळे अथवा इतर प्रकाराने तापमान वाढून खडकांत बदल झाल्यास त्यांना ऊष्मीय रूपांतरण म्हणतात. या दोन्हींचे खडकांवर वेगवेगळे परिणाम होतात. या दोन्हींच्या एकत्रित परिणामांमुळे (उदा., काही पर्वत भागांत) अतितीव्र प्रकारचे रपांतरण घडून येते.

कवचाची हालचाल होत असताना खडकांवर दाब पडणे किंवा ते वर किंवा खाली नेले जाणे अशा गोष्टी घडत असतात. पृष्ठभागी असलेल्या खडकांपेक्षा खोल भागातील खडकांचे तापमान अधिक असते व पृष्ठाजवळचा एखादा खडक खोल जागेत नेला गेला म्हणजे त्याचे तापमान वाढते. इतर रीतींनीही खडकांचे तापमान वाढणे शक्य असते. उदा., खडकांतील पोकळीत शिलारस घुसला म्हणजे त्याच्या उष्णतेने त्याच्यालगत असणारे खडक तापतात. शिलारसातील द्रव अथवा वायूतील मूलद्रवे सभोवतालच्या खडकांत घुसल्यास रूपांतरणाची तीव्रता वाढते.

केवळ तापमान वाढल्याने शेल खडकांपासून रूपांतरणाने हॉर्नफेल्स खडक बनतात. नैसर्गिक घडामोडींत (उदा., गिरिजननात) खडकांच्या परिस्थितीत बराच बदल झाला, म्हणजे त्यांच्यावर बराच दाब पडला किंवा त्यांचे तापमान वाढले किंवा या दोन्ही गोष्टी एकाच वेळी घडून आल्या, तर त्यांच्या मूळच्या स्वरूपात बरेच फेरफार घडून येतात. उदा., खडकांचे मूळची संरचना म्हणजे घटक कणांची मांडणी बदलते; मूळच्या खनिजांचे स्फटिक अधिक मोठे होतात किंवा वर उल्लेख केलेल्या फेरफारांपैकी दोन किंवा सर्व गोष्टी घडून येतात. सामान्यतः खडकांचे मूळचे रासायनिक संघटनही बदलते. मूळ खडकांतील काही वैशिष्ट्ये रूपांतरित खडकांत टिकून राहिलेली आढळतात. यावरून रूपांतरणाच्या काळात खडक सारतः घन अवस्थेत राहत असावेत. आधीच्या (उदा., अग्निज वा गाळाच्या) खडकांत फेरफार घडून येऊन तयार झालेल्या खडकांस रूपांतरित खडक म्हणतात. रूपांतरित खडकांपैकी अगदी सर्वांच्या परिचयाचा खडक म्हणजे लिहिण्याचा पाटीचा दगड होय. मातीसारख्या सूक्ष्मकणांनी बनलेल्या पंकाश्म, शेल व इतर खडकांवर एकंदरीत नीच तापमान असताना एखाद्या दिशेने दाब पडला म्हणजे त्यांचे पाटीच्या खडकांत रूपांतर होते.

दाबामुळे माती घट्ट होते आणि तिच्यात ⇨ पाटन निर्माण केले जाते. पाटीच्या खडकांत समांतर पाटनपृष्ठे असतात व अशी पाटनपृष्ठे असल्यामुळेच पाटीच्या खडकाचे पातळ फरशीसारखे थर सहज अलग करता येतात. रूपांतरित खडकांपैकी महत्त्वाचे असे इतर खडक म्हणजे पट्टीताश्म आणि सुभाजा होत. हे खडक एकाच दिशेने पडणारा दाब व उष्णता यांच्या संयुक्त प्रभावामुळे तयार झालेले असतात. ते पूर्णतः स्फटिकमय असतात व त्यांची संरचना समांतर पट्ट्यांसारखी असते. पट्टिताश्मात क्वॉर्ट्‌झ व फेल्स्‌पार व क्वॉर्ट्‌झ आणि थोडेसे अभ्रक यांचे बनलेले असतात. ग्रॅनाइटाची खनिजे कोणत्याही विशिष्ट दिशेने रचलेली नसतात; पण ग्रॅनाइट पट्टिताश्मातील अभ्रकाच्या चकत्या जवळजवळ समांतर रांगा होतील अशा रीतीने रचलेल्या असतात व त्यामुळे ग्रॅनाइट पट्टिताश्माची रचना पट्टेदार झालेली असते.

सुभाजा हे मुख्यतः अभ्रकासारख्या खनिजांचे म्हणजे चकत्यांसारखा आकार असणाऱ्या खनिजांचे किंवा काड्यांसारखा आकार असणाऱ्या हॉर्नब्लें डासारख्या खनिजांचे बनलेले असतात व त्यांचा घटक स्फटिकांची मांडणी जवळजवळ समांतर असते. एखाद्या पानाच्या जुडग्यात पाने किंवा कडब्याच्या पेंढीत ताटे असावित तशी सुभाजातील खनिजांची रचना असते. त्यामुळे त्यांना फोडून त्यांचे पत्र्यासारखे चपटे तुकडे सहज करता येतात. तापमान उच्च असताना पार्श्विक (बाजूंकडून पडणाऱ्या) दाबामुळे मातीच्या खडकांत अभ्रकाचे भरड स्फटिक तयार होतात व अभ्रकी सुभाजा नावाचा सर्वस्वी स्फटिकामय खडक तयार होतो. तो मुख्यतः अभ्रकाचा बनलेला असतो. त्याच्यातील अभ्रकाच्या चकत्या जवळजवळ समांतर असतात व पाटीच्या दगडापेक्षाही अधिक सुलभपणे त्याचे तक्ते वेगळे करता येतात.

रूपांतरित खडकांचा आणखी एक प्रकार म्हणजे मूर्ती किंवा पुतळे करण्यासाठी वापरला जाणारा संगमरवर हा होय. चुन्याच्या खडकांवर बंदिस्त जागेत उष्णतेच्या परिणामाने स्फटिकीकरण होऊन संगमरवर तयार होतो. काही अग्निज म्हणून मानण्यात आलेले खडक हे शिलारस थिजून नव्हे, तर रूपांतरणाने बनल्याचे आता उघड झाले आहे.

दाब, तापमान व विविध प्रकारच्या रूपांतरित खडकांमधील खनिजांचा संच निर्माण होताना असणारी परिस्थिती यांच्याशी निगडीत असलेले रूपांतरणाचे प्रश्न हे अग्निज शिलाविज्ञानातील अशाच प्रश्नांसारखे असतात. रूपांतरित खडकांच्या अभ्यासातून मिळालेली माहिती भूविज्ञानामधील पुष्कळ मूलभूत प्रश्नांच्या दृष्टीने महत्त्वाची ठरते. उदा., रूपांतरित खडकांमधील उच्च दाबाला बनलेल्या खनिजांच्या आधारे मूळचे खडक जास्तीत जास्त किती खोलीवर गाढले गेले होते, ते समजू शकते, तर तापमानाच्या ठराविक पल्ल्यात तयार होणाऱ्या रूपांतरित खनिजांवरून अंतर्वेशनाच्या वेळी अग्निज राशीच्या सीमेवरील तापमानाविषयी अनुमान करता येते.

शिलाजनन व शिलावर्णन : या शिलाविज्ञानाच्या शाखा मानल्या जातात. शिलाजननामध्ये खडकांची उत्पत्ती व निर्मिती यांचा अभ्यास केला जातो, तर खडकांचे वर्णन व पद्धतशीर वर्गीकरण यांचा अभ्यास शिलावर्णनात करतात. काहींच्या मते शिलावर्णनामध्ये रासायनिक, खनिजवैज्ञानिक व पोताच्या दृष्टींनी खडकाचे निखळ वर्णन केले जाते. इतरांच्या मते खडकांचे वर्गीकरण व उत्पत्ती ही स्पष्ट होण्याच्या हेतूने असे वर्णन करण्यात येते. विशेषकरून सूक्ष्मदर्शकाच्या साहाय्याने केलेल्या निरिक्षणाच्या आधारे असे वर्णन केले जात असले, तरी प्रत्यक्ष क्षेत्रात व हातनमुन्यांच्या रूपात केलेली खडकांची निरिक्षणेही यात येतात.

धातुक बनण्याच्या प्रक्रिया : ज्याच्यापासून एक वा अधिक धातू फायदेशीर रीतीने मिळवता येतात, अशा खडकाला धातुक म्हणतात. धातुक बऱ्याच प्रमाणात ज्यात असते, त्या खडकाच्या भागाला धातुक निक्षेप (साठा) म्हणतात. धातुके खडकांमध्ये अल्प प्रमाणात व इतस्ततः विखुरलेली असतात. काही नैसर्गिक प्रक्रियांद्वारे अशी धातुके एकत्रित केली गेल्याने धातुक निक्षेप बनतात. यांपैकी काही महत्त्वाच्या प्रक्रिया पुढीलप्रमाणे होत.

धातुक निक्षेपांचे स्वरूप व ते आढळण्याची तऱ्हा पाहिल्यास बहुतेक निक्षेप अग्निज खडकांच्या निर्मितीच्या वेळी होणाऱ्या प्रक्रियाद्वारे तयार झाले असावेत, असे दिसते. शिलारस निवताना काही खनिजांचे स्फटिक प्रथम, काहींचे मागाहून तर काहींचे त्याहीनंतर तयार होतात. अशा तऱ्हेने बनलेले धातूच्या खनिजांचे स्पटिक गुरूत्वाकर्षण, कवचातील हालचालींमुळे पडणारा दाब वगैरे कारणांमुळे इतरांपासून अलग केले गेले, तर धातुक निक्षेप तयार होऊ शकतो.

काही बाष्पनशील (बाष्परूपात उडून जाणारी) द्रव्ये व काही धातू यांच्यात आकर्षण असते व ही दोन्ही एकाच शिलारसात असली, तर धातूचे एकत्रीकरण होण्यास मदत होते. शिलारसातील वाफेपासून बनलेल्या गरम पाण्यात धातूंची संयुगेही विरघळलेली असतात. ज्या चिरा-भेगांतून हे पाणी वर येते त्यांत धातूची संयुगे साचून निक्षेप बनू शकतो. रासायनिक विक्रियेद्वारे खडकातील एखाद्या खनिजाची जागा दुसऱ्याने घेतली, तर या क्रियेला कायांतरण म्हणतात. शिलारसातील अथवा पृष्ठभागावरील विद्रवांद्वारे असे कायांतरण होऊनही धातुक निक्षेप निर्माण होतात.

भूपृष्ठावरील पाण्यात विरघळलेली संयुगे अवक्षेपित होऊनही (साक्याच्या रूपात खाली बसूनही) निक्षेप तयार होतात. उथळ समुद्रात अवक्षेपणाने धातुक निक्षेप बनले आहेत. दलदलीच्या प्रदेशात काही धातुक निक्षेप बनण्यास अनुकूल स्थिती असते. वातावरणाद्वारे घडून येणाऱ्या प्रक्रियांमुळे खडकातील काही घटक निघून जात राहिले व मागे उरणारे घटक धातुकयुक्त असले, तर दीर्घकाळात निक्षेप बनू शकतात. वातावरणक्रिया वा झीज होऊन खडकाचा भुगा होतो.

वारा, पाणी, लाटा, गुरूत्वाकर्षण वगैरेंमुळे या चुऱ्याची वाहतूक होताना जड व टिकाऊ खनिजे एकत्र गोळा होऊन प्लेसर निक्षेप बनतात. धातुकयुक्त खडकांच्या रूपांतरणांद्वारेही निक्षेप निर्माण होतात. खडकांतील भेगांत शिलारस थिजून अथवा त्यातील उष्ण विद्राव वा इतर विद्राव यांच्यात विरघळलेली द्रव्ये साचून खनिज शिरा तयार होतात. खनिज शिरेच्या उथळ भागातील धातुक मुरणाऱ्या पाण्याने हळूहळू खालील भागात नेले जाते. धातुकांवर वातावरण क्रिया होऊन त्यांची विद्राव्य संयुगे बनतात. ती मुरणाऱ्या पाण्याने खालच्या भागांत नेऊन तेथे पुन्हा अविद्राव्य रूपात निक्षेपित होतात. अशा प्रकारे ही क्रिया दीर्घकाळ चालू राहिली, तर शिरेच्या खालील भागात या धातुकाचे प्रमाण वाढून निक्षेप बनतो.

संदर्भ :

1. Badgley. P. C. Structural and Tectonic Principles, London, 1965.

2. Bubnoff, S. von, (Eng. Trans. W. T. Harry) Fundamentals of Geology, London, 1963.

3. Curwen, H. C. Minerals, Rocks and Fossils, New York, 1965.

4. Dunbar, C. O. Historical Geology, New York, 1960.

5. Emmons, W. H. and others, Geology : Principles, New York, 1960.

6. Flawn, P. T. Enviromental Geology, London, 1970.

7. Garland, G. D. Introduction to Geophysics, London, 1971.

8. Hoimes, A, Principles of Physical Geology, London, 1981.

9. Lahee, F. H. Field Geology, New York, 1961.

10. Lgget, R. F. Geology and Engineering, San Francisco, 1962.

11. Pascoe, E. H. A Manual of the Geology of India and Burma, 3 Vols., Delhi, 1965.

12. Shelton, J. S. Geology Illustrated, London, 1966.

13. White, J. F. Ed., Study of the Earth, New Delhi, 1968.

14. Wyllie, P.J. The Dynamic Earth Textbook in Geosciences, Toronto, 1971.

माहिती स्रोत: मराठी विश्वकोश