지질학

1. 개요

지질학은 지구와 다른 행성의 고체, 액체, 기체 물질, 그리고 이러한 물질을 형성하는 과정과 역사를 연구하는 학문이다. 지질학적 물질 연구에는 광물, 암석, 미고화 물질, 마그마 등이 포함되며, 이들은 물리적 특성에 따라 분류되고 연구된다. 지구의 구조는 판 구조론과 지진학적 연구를 통해 밝혀지며, 지질 시대는 지구의 역사를 구분하는 중요한 단위이다. 응용지질학은 경제, 공학, 수문, 자연재해 등 다양한 분야에 지질학적 지식을 활용하며, 암석학, 광물학, 고생물학, 구조지질학 등 여러 세부 분야로 나뉜다.

2. 지질학적 물질

대부분의 지질학적 데이터는 고체 지구 물질에 대한 연구에서 나온다. 운석과 다른 외계 천연 물질도 지질학적 방법으로 연구한다.

2.1. 광물

광물은 일정한 화학 조성과 규칙적인 원자 배열을 가진, 자연에서 만들어지는 원소 및 화합물이다.

각 광물은 고유한 물리적 특성을 가지고 있으며, 이를 판별하기 위한 다양한 검사법이 있다. 광물은 종종 이러한 검사를 통해 식별된다. 시료는 다음과 같은 항목에 대해 검사할 수 있다.

2.2. 암석

암석은 자연적으로 발생하는 고체 덩어리나 준광물의 집합체이다. 지구 지질 역사의 대부분에 대한 주요 기록을 제공하기 때문에 지질학 연구의 대부분은 암석 연구와 관련이 있다. 암석에는 화성암, 퇴적암, 변성암의 세 가지 주요 유형이 있다. 암석 순환은 이들 사이의 관계를 보여준다.

암석이 용융체(마그마 또는 용암)로부터 고체화되거나 결정화될 때, 이를 화성암이라고 한다. 이 암석은 풍화되고 침식될 수 있으며, 그 후 재퇴적되어 퇴적암으로 고화될 수 있다. 퇴적암은 주로 사암, 셰일, 탄산염암, 증발암의 네 가지 범주로 나뉜다. 이러한 분류는 부분적으로 퇴적 입자의 크기(사암과 셰일)에 초점을 맞추고, 부분적으로는 광물학과 형성 과정(탄산염화 작용과 증발 작용)에 초점을 둔다. 화성암과 퇴적암은 열과 압력에 의해 변성암으로 변할 수 있는데, 이 과정에서 광물 함량이 변화하여 특징적인 구조가 형성된다. 세 가지 유형의 암석 모두 다시 녹을 수 있으며, 이 경우 새로운 마그마가 형성되어 다시 화성암으로 고체화될 수 있다. 석탄, 역청, 석유, 천연가스와 같은 유기물은 주로 유기물이 풍부한 퇴적암과 연관되어 있다.

2.3. 미고화 물질

지질학자들은 기반암 위에 있는 미고화 물질(표층 퇴적물이라고 함)도 연구한다. 이 연구는 지질 역사상 가장 최근의 시기인 제4기에서 유래한 명칭으로 제4기 지질학이라고도 불린다.

2.3.1. 마그마

마그마는 모든 화성암의 굳지 않은 근원이다. 용융된 암석의 활동적인 흐름은 화산학에서 면밀히 연구되고 있으며, 화성암석학은 원래의 용융된 근원에서 최종 결정화에 이르기까지 화성암의 역사를 밝히는 것을 목표로 한다.

3. 지구 전체 구조

지진학, 컴퓨터 모델링, 고온·고압에서의 광물학 및 결정학의 발전은 지구 내부의 구성과 구조에 대한 통찰력을 제공한다.

지진학자들은 지진파의 도달 시간을 이용하여 지구 내부를 영상화할 수 있다. 이 분야의 초기 발전은 액체 상태의 외핵(전단파가 전파될 수 없는 곳)과 밀도가 높은 고체 내핵의 존재를 보여주었다. 이러한 발전은 지구의 층상 모델 발전으로 이어졌는데, 이 모델에서는 맨 위에 암석권(지각 포함)이 있고, 그 아래에 맨틀(410 km와 660 km에서 지진파 불연속면으로 구분됨)이 있으며, 그 아래에 외핵과 내핵이 있다. 최근 지진학자들은 의사가 컴퓨터단층촬영으로 신체를 영상화하는 것과 같은 방식으로 지구 내부의 파동 속도에 대한 상세한 이미지를 만들 수 있게 되었다. 이러한 이미지들은 지구 내부에 대한 훨씬 더 상세한 관점을 제공하였고, 단순화된 층상 모델을 훨씬 더 역동적인 모델로 대체하였다.

광물학자들은 지진학과 모델링 연구에서 얻은 압력 및 온도 데이터를 지구의 원소 구성에 대한 지식과 함께 사용하여 실험 환경에서 이러한 조건을 재현하고 결정 구조 내의 변화를 측정할 수 있었다. 이러한 연구들은 맨틀에서 발생하는 주요 지진파 불연속면과 관련된 화학적 변화를 설명하고, 지구 내핵에서 예상되는 결정학적 구조를 보여준다.

3.1. 판 구조론

1960년대에 지구의 암석권이 지각과 상부 맨틀의 가장 윗부분인 단단한 부분을 포함하며, 이것이 여러 개의 지각판으로 나뉘어 소성 변형이 가능한 고체 상태의 상부 맨틀인 연약권 위를 이동한다는 사실이 발견되었다. 이 이론은 해저 확장과 전 세계적인 산맥 지형 및 지진 활동 분포 등 여러 종류의 관찰 결과를 통해 뒷받침된다.

지표면의 판 운동과 맨틀의 대류(즉, 유동성 있는 맨틀 암석의 느린 움직임에 의해 발생하는 열 전달) 사이에는 밀접한 연관성이 있다. 따라서 판의 해양 부분과 인접한 맨틀 대류 흐름은 항상 같은 방향으로 움직인다. 이는 해양 암석권이 사실상 대류하는 맨틀의 단단한 상부 열 경계층이기 때문이다. 지구 표면에서 움직이는 단단한 판과 대류하는 맨틀 사이의 이러한 결합을 판 구조론이라고 한다.

판 구조론은 다음 과 같은 특징들을 설명한다.

* 해령은 해저에서 열수구와 화산이 존재하는 높은 지역으로, 두 판이 서로 멀어지는 발산 경계로 여겨진다.
* 화산과 지진의 호는 한 판이 다른 판 밑으로 섭입하거나 이동하는 수렴 경계로 이론화되었다.
* 샌앤드레이어스 단층계와 같은 변환 경계는 판들이 수평으로 서로 미끄러져 지나가는 곳이다.

판 구조론은 대륙이 지질학적 시간 동안 지구 표면을 가로질러 이동한다는 알프레트 베게너의 대륙 이동설에 대한 메커니즘을 제공했다. 또한 지각 변형의 추진력과 구조 지질학 관찰을 위한 새로운 환경을 제공했다. 판 구조론의 힘은 이 모든 관찰 결과를 암석권이 대류하는 맨틀 위를 어떻게 이동하는지에 대한 단일 이론으로 결합할 수 있다는 점에 있다.

3.2. 지구 구조

지진학, 컴퓨터 모델링, 고온·고압에서의 광물학 및 결정학의 발전은 지구 내부의 구성과 구조에 대한 통찰력을 제공한다.

지진학자들은 지진파의 도달 시간을 이용하여 지구 내부를 영상화할 수 있다. 이 분야의 초기 발전은 액체 상태의 외핵(전단파가 전파될 수 없는 곳)과 밀도가 높은 고체 내핵의 존재를 보여주었다. 이러한 발전은 지구의 층상 모델 발전으로 이어졌는데, 이 모델에서는 맨 위에 암석권(지각 포함)이 있고, 그 아래에 맨틀(410 km와 660 km에서 지진파 불연속면으로 구분됨)이 있으며, 그 아래에 외핵과 내핵이 있다. 최근에는 지진학자들이 의사가 컴퓨터단층촬영으로 신체를 영상화하는 것과 같은 방식으로 지구 내부의 파동 속도에 대한 상세한 이미지를 만들 수 있게 되었다. 이러한 이미지들은 지구 내부에 대한 훨씬 더 상세한 관점을 제공하였고, 단순화된 층상 모델을 훨씬 더 역동적인 모델로 대체하였다.

광물학자들은 지진학과 모델링 연구에서 얻은 압력 및 온도 데이터를 지구의 원소 구성에 대한 지식과 함께 사용하여 실험 환경에서 이러한 조건을 재현하고 결정 구조 내의 변화를 측정할 수 있었다. 이러한 연구들은 맨틀에서 발생하는 주요 지진파 불연속면과 관련된 화학적 변화를 설명하고, 지구 내핵에서 예상되는 결정학적 구조를 보여준다.

4. 지질 시대

지구의 지질학적 역사와 지질 시대 단위는 지구의 전체 역사를 포괄한다. 지질 시대의 시작점은 최초의 태양계 물질이 형성된 45억 6천 7백만 년 전과, 지구가 형성된 45억 4천만 년 전으로 구분된다. 지구의 형성 시점은 지질 시대 구분의 한 단위인 명왕누대의 시작을 의미한다. 지질 시대의 종점은 현재가 속한 홀로세로 이어진다.

* 45억 6천 7백만 년 전: 태양계 형성
* 45억 4천만 년 전: 지구의 집적 및 형성
* 약 40억 년 전: 후기 대폭격기 종료, 최초 생명체 출현
* 약 35억 년 전: 광합성 작용 시작
* 약 23억 년 전: 산소 대기 형성, 최초의 눈덩이 지구
* 7억 3천만~6억 3천 5백만 년 전: 두 번째 눈덩이 지구
* 5억 4천 1백만 ± 30만 년 전: 캄브리아기 폭발 - 경질 생명체의 대량 출현, 최초의 풍부한 화석, 고생대 시작
* 약 3억 8천만 년 전: 최초의 육상 척추동물 출현
* 2억 5천만 년 전: 페름기-트라이아스기 대멸종 - 육상 동물의 90% 멸종, 고생대 종료 및 중생대 시작
* 6천 6백만 년 전: 백악기-고진기 대멸종 - 공룡 멸종, 중생대 종료 및 신생대 시작
* 약 7백만 년 전: 최초의 사람족 출현
* 3백 9십만 년 전: 현생 호모 사피엔스(인간)의 직계 조상인 최초의 오스트랄로피테쿠스 출현
* 20만 년 전: 동아프리카에서 최초의 현생 호모 사피엔스 출현

5. 응용지질학

광상학(경제지질학)은 인류가 다양한 필요를 충족시키기 위해 사용하는 경제 광물의 측면을 다루는 지질학의 한 분야이다. 경제 광물은 다양한 실용적인 용도로 수익성 있게 채굴되는 광물이다. 경제지질학자는 석유와 석탄과 같은 지구의 천연자원과 철, 구리, 우라늄과 같은 금속을 포함하는 광물 자원의 위치를 찾고 관리하는 데 도움을 준다.

광산 지질학은 지구에서 광물 및 광석 자원을 채굴하는 것을 포함한다. 경제적 가치가 있는 자원에는 보석, 금과 구리와 같은 금속, 그리고 석면, 마그네사이트, 퍼라이트, 운모, 인산염, 제올라이트, 점토, 부석, 석영, 실리카와 같은 많은 광물, 그리고 황, 염소, 헬륨과 같은 원소들이 포함된다.

석유 지질학은 지구 지하에서 추출 가능한 석유와 천연가스를 함유할 수 있는 위치를 연구하는 학문이다. 석유 지질학자들은 이러한 저류층의 대부분이 퇴적분지에서 발견되기 때문에, 이러한 분지의 형성과 퇴적 및 지각 진화, 그리고 현재 암석 단위의 위치를 연구한다.

공학지질학은 공학적 구조물의 위치 선정, 설계, 시공, 운영 및 유지보수에 영향을 미치는 지질학적 요소들을 적절히 고려하기 위해 공학적 실무에 지질학적 원리를 적용하는 학문이다. 특히 북미에서는 공학지질학과 지질공학을 구분하여 사용한다.

토목공학 분야에서 지질학적 원리와 분석은 구조물이 건설되는 재료의 역학적 원리를 확인하는 데 사용된다. 이를 통해 붕괴되지 않는 터널을 건설하고, 견고한 기초를 가진 다리와 마천루를 건설하며, 점토와 진흙에 침하되지 않는 건물을 건설할 수 있다.

지질학과 지질학적 원리는 하천 복원, 유휴지 복원, 그리고 자연 서식지와 지질 환경 간의 상호 작용 이해와 같은 다양한 환경 문제에 적용될 수 있다. 수문지질학은 오염되지 않은 물을 풍부하게 공급할 수 있는 지하수를 찾는 데 사용되며, 특히 건조 지역에서 중요하다. 또한 지하수대에서 오염 물질의 확산을 모니터링하는 데에도 사용된다.

지질학자들은 지층학, 시추공, 코어 샘플, 그리고 빙하 코어를 통해 자료를 얻는다. 빙하 코어와 퇴적물 코어는 과거와 현재의 온도, 강수량, 그리고 전 세계의 해수면에 대해 지질학자들에게 알려주는 고기후 재구성에 사용된다. 이러한 데이터 세트는 계측 자료를 제외한 지구 온난화에 대한 주요 정보 원천이다.

지질학자와 지구물리학자는 재산과 인명 피해를 방지하기 위해 안전한 건축법과 경보 시스템을 제정하기 위해 자연재해를 연구한다. 지질학과 관련된 중요한 자연재해는 다음과 같다.

* 산사태
* 지진
* 홍수
* 산사태 및 토석류
* 하천 측방침식 및 하천 범람
* 암석붕괴
* 싱크홀
* 지반 액상화
* 지반침하
* 쓰나미
* 화산

6. 세부 분야

* 암석학
* 광물학
* 퇴적학
* 고생물학
* 광상학
* 지사학
* 지질학사
* 지질연대학
* 구조지질학
* 화산학
* 지구물리학
* 지구화학

지질학자들은 지구의 역사를 해석하고 지구상과 지구 내부에서 발생하는 과정을 이해하기 위해 다양한 현장, 실험실 및 수치 모델링 방법을 사용한다. 일반적인 지질 조사에서 지질학자들은 암석학(암석 연구), 층서학(퇴적층 연구), 구조지질학(암석 단위의 위치와 변형 연구)과 관련된 기본 정보를 사용한다. 많은 경우 지질학자들은 현대 토양, 하천, 지형, 빙하를 연구하고, 과거와 현재의 생명체와 생지화학적 경로를 조사하며, 지하를 조사하기 위해 지구물리학적 방법을 사용한다. 지질학의 하위 전문 분야는 내생 지질학과 외생 지질학으로 구분할 수 있다.

* 지구 시스템 과학
* 경제 지질학
광업 지질학
석유 지질학
* 공학 지질학
* 환경 지질학
* 환경 과학
* 고고 지질학
* 지구화학
생지구화학
동위원소 지구화학
* 지질 연대학
* 측지학
* 지리학
자연 지리학
응용 지리학
* 지질 공학
* 지질 모델링
* 지질 야금학
* 지구 미생물학
* 지형학
* 지질 신화학
* 지구 물리학
* 빙하학
* 역사 지질학
* 수문 지질학
* 기상학
* 광물학
* 해양학
해양 지질학
* 고기후학
* 고생물학
미고생물학
화분학
* 암석학
* 암석물리학
* 행성 지질학
* 판 구조론
* 지역 지질학
* 퇴적학
* 지진학
* 토양학
토양학 (토양 연구)
* 동굴학
* 층서학
생물 지층학
시간 지층학
** 암석 지층학
* 구조 지질학
* 시스템 지질학
* 화산학

지질학은 일반지질학(physical geology^영어)과 지사학(historical geology^영어)의 두 가지로 크게 나뉜다. 더 자세히 다음 분야로 세분화되지만(다음 분야에 포함되지 않거나, 여러 분야에 걸쳐 있는 경계 영역도 존재한다.),

; 층서학(stratigraphy)
: 지층이 생성된 순서(신구 관계)를 연구하는 분야. 지층 누중의 법칙에 기반하여 주로 야외 조사와 지질도학(기하학), 경우에 따라 고생물학(예: 코노돈트)이나 화산 테프라에 의한 시대, 또는 연대 측정(예: 방사성 동위원소 연대 측정)에 의한 연대 삽입을 이용하여 지층의 겹침을 복원한다.
; 퇴적학(sedimentology)
: 진흙·모래·자갈·화산재 등의 물질이 운반되어 퇴적되는 과정을 연구하는 분야. 유체 역학 등의 물리학적 방법을 주로 이용한다.
; 구조지질학(structural geology)
: 지층이나 암석의 변형을 연구하는 분야. 광물을 구성하는 분자의 상전이에서 습곡이나 단층, 판 구조론까지 다양한 규모의 변형, 구조를 다룬다. 층서학·기하학·물리학의 방법을 주로 이용한다.
; 지사학(historical geology)
: 다른 모든 방법을 활용하여 특정 지역 또는 지구 전체의 지층이 겪어 온 역사를 연구하는 분야.
; 고생물학(paleontology)
: 과거의 생물(고생물)을 연구하는 분야. 주로 화석을 조사함으로써 과거 생물의 형태·분류·생태·분포·진화를 연구한다. 생물학과도 관련된 분야이다. 화석의 시대나 서식 환경 등을 알기 위해 층서학·퇴적학의 방법도 이용한다.
; 암석학(petrology)
: 암석 그 자체를 연구하는 분야. 암석을 구성하는 물질이 무엇이며, 어떻게 암석이 되었는지 등을 화학·물리학적 방법으로 조사한다.
; 광물학(mineralogy)
: 광물을 연구하는 분야. 광물의 성분이나 결정 구조, 생성 원인 등을 화학·물리학적 방법으로 조사한다. 화학(지구화학), 물리학, 결정학, 지구물리학, 재료 과학 등과 지질학의 경계 영역에 있는 학문 분야이다.
; 광상학(economic geology)
: 광상을 연구하는 분야. 주로 광물학·암석학의 방법을 사용하며, 구조지질학이나 지구화학, 광상의 종류에 따라서는 퇴적학의 방법을 이용한다.
; 화산학(volcanology)
: 화산을 연구하는 분야. 층서학·퇴적학·암석학·광물학 외에도 지구물리학·지구화학의 방법을 활용하기 때문에 지질학과는 별도로 다루어지는 경우도 있다.
; 지질도학(geological mapping)
: 독립된 분야로 다루어지는 경우는 많지 않지만, 지질도의 작성법과 해석법에는 일정한 규칙이 있다. 기본은 기하학이다.
; 응용지질학(applied geology, engineering geology)
: 지질학의 성과를 공학적으로 응용하는 분야. 과거 일본에서는 광산 관련 학문과의 연관성이 깊었지만, 현재는 건축·토목 등과의 관련이 깊다. 최근에는 환경학, 임학, 재해 예방과의 친화성도 강해지고 있다.
; 석유지질학(petroleum geology)
: 지질학의 성과를 공학적으로 응용한다는 점에서는 응용지질학의 범주에 속하지만, 특히 석유 탐사나 유전의 생성 원인을 다루는 경우 석유지질학이라고 한다.

7. 한국의 지질학 소사

지구의 물리적 구성 물질에 대한 연구는 적어도 고대 그리스 시대로 거슬러 올라간다. 당시 테오프라스토스 (기원전 372~287년)는 Peri Lithon (돌에 관하여)라는 저서를 저술했다. 로마 제국 시대에는 플리니우스가 당시 실용적으로 사용되던 많은 광물과 금속에 대해 자세히 서술했는데, 심지어 호박의 기원을 정확하게 언급하기도 했다. 기원전 4세기에 아리스토텔레스는 지질학적 변화의 느린 속도에 대한 중요한 관찰을 했고, 지구가 느린 속도로 변화하며 이러한 변화는 한 사람의 평생 동안 관찰될 수 없다는 이론을 제시했다. 그는 지구가 물리적으로 변화하는 속도와 관련된 최초의 증거 기반 개념 중 하나를 개발했다.

아부 라이한 알비루니 (973~1048년)는 초기 페르시아 지질학자 중 한 명으로, 그의 저술에는 인도의 지질학에 관한 최초의 글이 포함되어 있으며, 인도 아대륙이 한때 바다였을 것이라는 가설을 세웠다. 이슬람 정복으로 파괴되지 않은 그리스와 인도의 과학 문헌을 바탕으로, 페르시아 학자 이븐 시나 (아비케나, 981~1037년)는 산맥 형성, 지진의 기원 등 현대 지질학의 핵심 주제에 대한 자세한 설명을 제시했는데, 이는 이후 과학 발전의 필수적인 기반을 마련했다. 중국에서는 박식가 신과 (1031~1095년)가 육지 형성 과정에 대한 가설을 세웠다. 그는 바다에서 수백 마일 떨어진 산의 지질학적 층에서 화석 동물 껍데기를 관찰한 것을 바탕으로, 육지는 산의 침식과 퇴적에 의해 형성되었다는 것을 추론했다.

게오르기우스 아그리콜라 (1494~1555년)는 1546년에 De Natura Fossilium을 출판했으며, 지질학을 과학 분야로서 창시한 사람으로 여겨진다. 니콜라스 스테노 (1638~1686년)는 층서학의 세 가지 핵심 원리인 층상의 법칙, 최초 수평의 원리, 측방 연속의 원리를 제시한 것으로 인정받고 있다.

"지질학"이라는 단어는 울리세 알드로반디가 1603년에 처음 사용했고, 장-앙드레 델뤼가 1778년에 사용했으며, 오라스-베네딕트 드 소쉬르가 1779년에 고정된 용어로 도입했다. 이 단어는 그리스어 γῆ, gê(지구)와 λόγος, 로고스(말)에서 유래했다. 그러나 다른 자료에 따르면 "지질학"이라는 단어는 노르웨이인 미켈 페더센 에스콜트 (1600~1669년)에서 유래했으며, 에스콜트는 Geologia Norvegica (1657)에서 이 정의를 처음 사용했다.

윌리엄 스미스 (1769~1839년)는 최초의 지질도를 그렸고, 그 안에 포함된 화석을 조사하여 암석 지층 (층)을 정리하는 과정을 시작했다. 1763년에 미하일 로모노소프는 지구의 지층에 관하여를 발표했는데, 그의 저술은 시간적 과정의 통일성과 현재의 지구 과거 설명을 바탕으로 한 현대 지질학의 최초의 서술이었다.

제임스 허턴 (1726~1797년)은 종종 최초의 현대 지질학자로 여겨진다. 1785년 그는 에든버러 왕립 학회에 지구 이론이라는 제목의 논문을 발표했다. 그는 이 논문에서 산이 침식되고 퇴적물이 바다 밑바닥에 새로운 암석을 형성하는 데 충분한 시간이 있어야 하며, 이것이 다시 건조한 땅이 되려면 지구가 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 오래되었어야 한다는 이론을 설명했다. 허턴은 1795년에 그의 생각을 두 권으로 출판했다. 허턴의 추종자들은 화산에서 분출된 용암의 퇴적이라는 화성활동에 의해 일부 암석이 형성되었다고 믿었기 때문에 플루토니스트로 알려졌다. 반면에, 모든 암석이 시간이 지남에 따라 수위가 점차적으로 낮아지는 거대한 바다에서 침전되었다고 믿었던 아브라함 베르너가 이끄는 넵투니스트와는 대조적이었다.

미국 최초의 지질도는 1809년 윌리엄 맥클루어에 의해 제작되었다. 1807년 맥클루어는 스스로 미국 지질 조사를 수행하는 임무를 시작했다. 그는 연방의 거의 모든 주를 횡단하고 지도를 작성했으며, 앨러게니 산맥을 50회 이상 횡단하고 재횡단했다. 그의 자력으로 얻은 결과는 미국 지질학에 관한 관찰, 지질도에 대한 설명이라는 회고록으로 미국 철학 학회에 제출되었고, 국가 최초의 지질도와 함께 학회의 논문에 게재되었다. 이것은 윌리엄 스미스의 잉글랜드 지질도보다 6년 앞서 있지만, 다른 암석 분류를 사용하여 구성되었다.

찰스 라이엘 경 (1797~1875년)은 1830년에 지질학 원리를 처음 출판했다. 찰스 다윈의 사상에 영향을 준 이 책은 동일과정설을 성공적으로 홍보했다. 이 이론은 느린 지질학적 과정이 지구 역사 전체에 걸쳐 일어났고 오늘날에도 계속 일어나고 있다고 말한다. 반면 격변설은 지구의 특징이 단일의 격변적인 사건으로 형성되었고 그 후로 변하지 않았다는 이론이다. 허턴은 동일과정설을 믿었지만, 당시에는 이 생각이 널리 받아들여지지 않았다.

19세기 지질학의 대부분은 지구의 정확한 나이에 대한 질문을 중심으로 이루어졌다. 추정치는 수십만 년에서 수십억 년까지 다양했다. 20세기 초 방사성 연대 측정을 통해 지구의 나이가 20억 년으로 추정되었다. 이처럼 방대한 시간에 대한 인식은 지구를 형성한 과정에 대한 새로운 이론의 문을 열었다.

20세기 지질학의 가장 중요한 발전 중 일부는 1960년대 판구조론 이론의 발전과 행성의 나이에 대한 추정치가 개선된 것이다. 판구조론 이론은 해저 확장과 대륙 이동이라는 두 가지 별개의 지질학적 관측에서 비롯되었다. 이 이론은 지구과학에 혁명을 일으켰다. 오늘날 지구의 나이는 약 45억 년으로 알려져 있다.