地質学とは：定義・歴史・主要分野と地球現象の基礎解説

地質学は、地球が構成する非生物的なものを研究する学問です。地質学は、地殻の中の岩石を研究する学問です。地質学を研究する人は、地質学者と呼ばれます。地質学者の中には、鉱物や、鉱石や化石燃料のような、岩石が含む有用な物質を研究する人もいます。地質学者は、地球の歴史も研究します。

地球の歴史の中で重要な出来事には、洪水、火山噴火、地震、造山作用（山の形成）、プレートテクトニクス（大陸の移動）などがあります。

地質学は、地質学の一部分を研究する特別な科目に分かれています。これらの科目には、次のようなものがあります。

地質学の定義と扱う範囲

地質学は、地球の固体部分（岩石、鉱物、地層）とそれらが時間とともにどのように変化してきたかを調べる学問です。対象は地表から地殻・マントルの浅部に及び、地球の過去（地質時代）を復元して現在と将来の地球環境や地殻変動を理解することが目的です。時間スケールは数秒から数十億年まで多岐にわたります。

歴史的背景（概観）

地質学は古くから地形や岩石の観察に始まりました。18〜19世紀にかけて、地層や化石の研究が進み、ジェームズ・ハットンやチャールズ・ライエルらによって「均変説（uniformitarianism）」が提唱され、長い時間をかけた現在進行形のプロセスが地質現象を生んだと理解されるようになりました。20世紀中頃にはプレートテクトニクス理論が確立し、大陸移動や火山活動、地震の原因がプレート運動で説明されるようになりました。以降、地球化学、地球物理学、リモートセンシング、年代測定技術の発展により、地質学の知見は大きく拡張しています。

主要な分野（概要と役割）

鉱物学（Mineralogy）：鉱物の構造・化学組成・性質を調べ、鉱物の分類や生成条件を明らかにします。
岩石学（Petrology）：火成岩・堆積岩・変成岩の起源と変成過程を研究します。薄片観察や化学分析で成因を推定します。
堆積学・層序学（Sedimentology / Stratigraphy）：堆積物や地層の成り立ち、環境（海成・湖成・河成など）や年代を解明します。
古生物学（Paleontology）：化石を通じて過去の生物と環境を復元し、地層の同定や年代決定に利用します。
構造地質学（Structural Geology）：断層、褶曲、ひずみの解析を行い、地殻変形の歴史を解明します。
火山学（Volcanology）：火山活動のメカニズムや噴火の予測、火山灰や溶岩による影響を研究します。
地震学（Seismology）：地震波を解析して地球内部構造や震源過程を調べ、地震防災に資する知見を提供します。
地形学・地貌学（Geomorphology）：侵食・堆積・構造運動による地形の形成過程を研究します。
水文地質学（Hydrogeology）：地下水の分布や流動、汚染や資源利用に関する研究を行います。
環境・工学地質学（Environmental / Engineering Geology）：土砂災害、地盤沈下、斜面安定性などの問題を解決し、安全な構造物設計や土地利用計画に応用します。
経済地質学（Economic Geology）：鉱床や石油・天然ガスなどの資源の探査と評価を行います。
惑星地質学（Planetary Geology）：月や火星など地球外天体の地質を研究し、地球地質学と比較します。

地球現象の基礎（主要プロセスの説明）

先に挙げたような洪水、火山噴火、地震、造山作用、そしてプレートテクトニクスは互いに関連し合っています。簡潔に説明すると：

プレートテクトニクス：地球のリソスフェア（岩盤）は複数のプレートに分かれて運動しており、プレートの衝突・すれ違い・離合集散が地震帯や山脈、海溝、火山の分布を決めます。
火山噴火：マグマが地表に到達して噴出する現象。噴火様式や生成物（溶岩・火山灰・火山ガス）はマグマの組成や圧力条件に依存します。
地震：断層の急激なずれや火山活動に伴う急速なエネルギー解放。地震波の解析で震源や地盤性質を推定します。
造山作用：プレート衝突や地殻短縮によって山が隆起する作用。褶曲や逆断層、付加体の形成などが関連します。
洪水・浸食・堆積：気候や地形変化に応じて水が土砂を運搬・堆積させ、地表を再形成します。これらは地層の記録として残り、過去環境の手がかりになります。

研究手法と利用技術

地質学では多様な方法を使います。主なものは：

野外観察・地形図作成・地質図の作成
岩石や鉱物の顕微鏡薄片観察、電子顕微鏡・XRD・ICP-MSなどによる化学・鉱物学的分析
放射年代測定（U–Pb、K–Ar、C14等）による年代決定
地震波解析、重力・磁力測定、電気探査などの地球物理探査
衛星リモートセンシングや空中写真を用いた地表変化の検出
数値シミュレーションや地球化学モデルによるプロセスの再現

社会的な意義と応用

天然資源（鉱物・エネルギー・地下水）の探索と持続的利用
地震・火山・土砂災害など自然災害の予測・軽減・対策の立案
土木・建設分野での地盤評価と安全設計
気候変動や環境汚染の長期記録（氷床・堆積物・化石による過去環境の復元）
炭素貯留や地下貯蔵（CO2や地下水管理）などの環境技術への応用

学ぶには・キャリア

大学の地質学・地球科学系学科で基礎（鉱物学、岩石学、地球物理、地球化学など）を学び、野外実習や研究室での分析経験を重ねることが重要です。修士・博士課程を経て研究職・教育職、あるいは資源探査会社、環境コンサルタント、土木・建設企業、官公庁（防災・資源管理）など多様なキャリアがあります。

まとめ

地質学は地球の固体面に関する科学であり、過去から現在までの地球変動を理解することで、資源利用や自然災害対策、環境保全に貢献します。フィールド観察と最新の分析技術を組み合わせることで、地球の歴史と将来を読み解く学問です。

オルドビス紀-シルル紀の境界の写真。カレドニア山脈の褶曲により、層が反転（真横にひっくり返る）している。このため、先のオルドビス紀の石灰岩が後のシルル紀の茶色っぽい泥岩の上に乗っている状態になっている。

岩石の種類

岩石は、それぞれ非常に異なったものになります。とても硬いものもあれば、柔らかいものもあります。とてもありふれた岩石もあれば、珍しい岩石もあります。しかし、すべての岩石は、火成岩、堆積岩、変成岩の3つのカテゴリーまたはタイプに属しています。

火山活動によってできた岩石を「火成岩」といいます。溶岩（地表の溶けた岩石）やマグマ（地表の下の溶けた岩石）が冷えて硬くなったものが火成岩です。

堆積岩は、堆積物からできた岩石です。土砂とは、風や水や氷河によって移動し、どこかに落ちている固いもののことです。土砂は、粘土、砂、砂利、動物の体や殻などから作られることがあります。土砂は、通常、川や海の底の水の中に、層状に落とされます。堆積物が積み重なると、下の層が押しつぶされます。そして、ゆっくりと固まり、岩石となる。

変成岩は、岩石が変化したものです。火成岩や堆積岩が熱せられたり、地中で押しつぶされたりして、変化することがあります。変成岩は、変成する前の岩石よりも硬いことが多いのです。大理石や粘板岩は、人が物を作るのに使う変成岩のひとつです。

不具合

この3種類の岩石は、いずれも地球上の力で熱せられたり、しごかれたりして変化することがあります。そのとき、岩盤に断層（割れ目）ができることがあります。地質学者は、断層のパターンを調べることで、岩石の歴史について多くを知ることができます。地震は、断層が突然破壊されたときに起こります。

土壌

土は、たくさんの粒子（小さな破片）が集まってできた地面の上のものです。土の粒子は、岩石が崩れたり、落ち葉や動物の体が腐ったりしてできたものです。土は、地球の表面の多くを覆っています。土の中では、いろいろな植物が育ちます。

岩石の種類については、「岩石（地質）」の記事をご覧ください。土について詳しくは、土の記事をご覧ください。

層位学の原理

地質学者は、自分たちが研究している岩石を理解するために、いくつかの簡単な考え方を用いています。次のような考え方は、層序学の初期にニコラウス・ステノ、ジェームズ・ハットン、ウィリアム・スミスといった人たちによって研究されました。

過去を理解する地質学者のジェームス・ハットンは「現在が過去を知る鍵である」と言った。これは、今地球の表面に起きている変化は、過去に起きたことと同じであるという意味です。地質学者は、何百万年も前に起こったことを、現在起こっている変化を見て理解することができるのです。
水平な地層。堆積岩の層は、堆積（敷き詰め）されたときに水平（平ら）であったことが必要。
地層の年代。すべての岩石がひっくり返らない限り、下層は上層より古いはずである。
砂や砂利でできている堆積岩では、砂や砂利が古い岩石から来たものであることが必要です。
断層の年代。岩盤に亀裂や断層がある場合、その断層は岩盤より若いということになる。岩石は地層（たくさんの層）になっている。地質学者は、断層が全層を貫いているのか、一部だけなのかを見ることができる。これによって、岩石の年代を知ることができる。
他の岩石を貫通している岩石の年代。火成岩が堆積層を貫通している場合、堆積岩より若いはずである。
化石の相対的な年齢。ある岩石の化石は、別の場所の同じ種類の岩石の同じ種類の化石と、ほぼ同じ年代でなければならない。同様に、下の層にある化石は、上の層にある化石よりも早いはずである。