Введение в геохимические и геофизические науки логически начинается с минералогии, поскольку породы Земли состоят из минералов - неорганических элементов или соединений, которые имеют фиксированный химический состав и состоят из регулярно выровненных рядов атомов. Сегодня одной из основных задач минералогии является химический анализ около 3000 известных минералов, которые являются главными составляющими трех различных типов горных пород: осадочных (образованных диагенезом отложений, отложившихся в результате поверхностных процессов); магматические (кристаллизованные из магм на глубине или на поверхности в виде лав); и метаморфический (образованный в процессе перекристаллизации при температурах и давлениях в земной коре, достаточно высоких, чтобы дестабилизировать исходный осадочный или магматический материал). Геохимия - это изучение состава этих различных типов горных пород.
Во время горообразования горные породы сильно деформировались, и основная цель структурной геологии - выяснить механизм образования многих типов структур (например, складок и разломов), возникающих в результате такой деформации. Смежная область геофизики включает несколько дисциплин, в которых используются различные инструментальные методы. Сейсмология, например, включает исследование глубинных структур Земли посредством подробного анализа записей упругих волн, генерируемых землетрясениями и антропогенными взрывами. Сейсмология землетрясений в значительной степени отвечает за определение местоположения основных границ плит и падения зон субдукции до глубины около 700 километров на этих границах. В других разделах геофизики гравиметрические методы используются для определения формы и размеров подземных сооружений; электрические методы помогают обнаружить различные месторождения полезных ископаемых, которые, как правило, являются хорошими проводниками электричества; палеомагнетизм сыграл основную роль в отслеживании дрейфа континентов.
Геоморфология занимается поверхностными процессами, которые создают ландшафты мира, а именно выветриванием и эрозией. Выветривание - это изменение и разрушение горных пород на поверхности Земли, вызванное местными атмосферными условиями, а эрозия - это процесс, при котором продукты выветривания удаляются водой, льдом и ветром. Сочетание выветривания и эрозии приводит к истощению или обнажению гор и континентов, при этом продукты эрозии оседают в реках, внутренних водосборных бассейнах и океанах. Таким образом, эрозия является дополнением отложения. Рыхлые накопленные отложения в процессе диагенеза и литификации преобразуются в осадочные породы, тем самым завершая полный цикл переноса вещества от старого континента к молодому океану и, в конечном итоге, к образованию новых осадочных пород. Знание процессов взаимодействия атмосферы и гидросферы с поверхностными породами и почвами земной коры важно для понимания не только развития ландшафтов, но также (и, возможно, что более важно) способов образования отложений. Это, в свою очередь, помогает интерпретировать способ образования и среду осадконакопления осадочных пород. Таким образом, дисциплина геоморфология является фундаментальной для униформистского подхода к наукам о Земле, согласно которому настоящее является ключом к прошлому.
Геологическая история дает концептуальную основу и обзор эволюции Земли. Ранним развитием предмета была стратиграфия, изучение порядка и последовательности в слоистых осадочных породах. Стратиграфы до сих пор используют два основных принципа, установленных английским инженером и геодезистом конца 18 века Уильямом Смитом, считающимся отцом стратиграфии: (1) более молодые слои лежат на более старых и (2) разные осадочные слои содержат разные и отличительные окаменелости, что позволяет сопоставить слои с похожими окаменелостями на больших расстояниях. Сегодня биостратиграфия использует окаменелости для характеристики последовательных интервалов геологического времени, но в качестве относительно точных временных маркеров только до начала кембрийского периода, около 540 000 000 лет назад. Геологическая временная шкала, восходящая к самым старым породам, около 4 280 000 000 лет назад, может быть определена количественно с помощью методов изотопного датирования. Это наука геохронология, которая в последние годы произвела революцию в научном восприятии истории Земли и в значительной степени полагается на измеренное соотношение родительских и дочерних радиогенных изотопов.
Палеонтология изучает окаменелости и занимается не только их описанием и классификацией, но и анализом эволюции задействованных организмов. Простые ископаемые формы можно найти в породах раннего докембрия, возраст которых составляет 3 500 000 000 лет, и широко считается, что жизнь на Земле, должно быть, зародилась до появления самых старых горных пород. Палеонтологические исследования летописи окаменелостей с кембрийского периода внесли большой вклад в теорию эволюции жизни на Земле.
Некоторые дисциплины геологических наук имеют практическую пользу для общества. Геолог отвечает за открытие полезных ископаемых (таких как свинец, хром, никель и олово), нефти, газа и угля, которые являются основными экономическими ресурсами Земли; для применения знаний о подземных структурах и геологических условиях в строительной индустрии; и для предотвращения стихийных бедствий или, по крайней мере, для раннего предупреждения об их возникновении.
Астрогеология важна тем, что способствует пониманию развития Земли в Солнечной системе. Например, американская программа пилотируемых полетов на Луну Apollo предоставила ученым информацию из первых рук о лунной геологии, включая наблюдения за такими объектами, как метеоритные кратеры, которые относительно редко встречаются на Земле. Беспилотные космические зонды дали важные данные об особенностях поверхности многих планет и их спутников. С 1970-х годов даже такие далекие планетные системы, как Юпитер, Сатурн и Уран, исследуются зондами.