大家知道，地球从表面向地心可以分为地壳、地幔和地核三部分。其中地壳是地球的最表层，是由风化的土层和坚硬的岩石组成。地壳中已发现的化学元素有92种，即元素周期表中1至92号元素。地壳中不同元素的含量差别很大，含量最高的氧与含量最低的氡差1017倍。含量最高的三个元素氧、硅、铝的总量占地壳元素总量的846%。若加上含量大于1%的元素铁、钙、钠、钾、镁，总和达98%，剩余的84个元素重量的百分含量之和仅为2%。
由于技术水平、能源供应和经济效益的限制，我们还不能从一般岩石中提取人类所需的元素。如果从陆地岩石中提取1吨铁需要处理20吨岩石，提取1吨铬、镍、铜或锌各需1万～2万吨岩石，而提取1吨金则需285亿吨岩石，这是无论如何也难以做到的。幸而，由于地球内部的岩浆活动与地表风化过程等内外力的作用，一些元素相对地集中于某些矿物或岩石中，形成各类矿床，使开采与提炼这些元素在技术上与经济上成为可能。
截止到1998年底，全世界已发现且命名的矿物有3800多种。这些矿物原料和矿物材料是极为重要的一类天然资源，广泛应用于工农业及科学技术的各个部门。
地球科学的学者们最早能辨认的矿物之一就是铁和硫矿物，又叫二硫化铁或黄铁矿。这是世界上最普通的矿石，常被人称为“愚弄人的金子”，因为其外表很像黄澄澄的金子。这个别名的来源可追溯到加利福尼亚淘金热时期。当时有40多名矿工，他们大多数是流浪汉、犯过罪的人或者是一些什么都不会干的人，他们根本不知矿山里的金子什么样，怎么形成的。这些探矿的人碰到了黄铁矿就认为要发财了。他们欣喜若狂地冲进城里提出矿产要求，遇见人就请人喝酒以示庆祝。当矿物化验返回来时，原来这些愚弄人的金子是很普通的黄铁矿，一吨也仅值一美元。城里很多人即使知道这些金子是骗人的矿石，他们还是借机白喝了他们的酒。
长期以来，人们根据物理性质来识别矿物。如颜色、光泽、硬度等都是矿物肉眼鉴定的重要标志。一般说来，矿物颜色稳定，千年不变色。如绿色的孔雀石，褐红色的赤铁矿等都可作为天然颜料。那么矿物的颜色是怎样形成的呢？矿物的颜色是矿物对白光中不同波长的光波吸收的结果。如果是对各种波长的光波普遍而均匀地吸收，则随吸收程度不同而呈现黑、灰、白等色。如对各种波长的光波有选择性的吸收，则呈现各种较鲜艳的颜色。对于透明矿物来说，所有透过光波的颜色就是该矿物的颜色，如自然硫，是透明矿物，可以认为由于它较多地吸收了透射光中的紫、蓝、绿、橙、红色光波而透过较多的黄色光波而成黄色；对于不透明矿物来说，它的颜色主要决定于其表面反射光波的颜色，如黄铁矿表面反射出来的是以黄光为主，所以呈现黄色；白色方解石、自然银等分别表现为对透射光波、反射光波普遍而均匀的吸收、反射而呈现出白色。
矿物的命名有以下几种方式：以化学成分命名，如自然金、硼砂；以物理性质命名，如电气石以其具有焦电性而得名，雄黄以其颜色呈橘黄色而得名；以形态命名，如石榴子石以其形态似石榴子的颗粒而得名；结合两种特点命名，如闪锌矿以其光泽闪闪发亮，而成分以锌为主而得名；以地名命名，如包头矿，是1960年在内蒙古包头发现的一种硅酸盐矿物；以人名命名，如章氏硼镁石是为纪念我国地质学家章鸿钊先生而命名。
我国习惯上把具金属或半金属光泽的、或可以从中提炼某种金属的矿物，称为某某“矿”，如方铅矿、黄铜矿；把具玻璃或金刚光泽的矿物称为某某“石”，如方解石、孔雀石；把硫酸盐矿物常称为某“矾”，如胆矾、铅矾；把玉石类矿物常称为某“玉”，如硬玉、软玉；把地表松散矿物常称为某“华”，如砷华、镍华、钨华。
矿物资源是地球赐予人类的宝贵财富。进入现代社会，人们的生产和生活都离不开矿物，但矿物属于非可再生资源，而且基本上都产自地壳，其储量是有限的。所以人类应该科学、合理地开发利用和保护矿产资源，使它发挥出更大的作用。
石头的“水火”之争
地质学家按照岩石的形成原因，把岩石分为火成岩、沉积岩、变质岩三大类。这种岩石知识，现在已成为常识而为人们所共知。然而，它的得来并非易事，是人类经过长期的实践才总结出来的。围绕着岩石的起源与成因，曾展开过一场“水成派”和“火成派”的激烈争论。
近代以来，采矿业、采煤业和采油业的发展大大丰富了人们的地质知识，科学地了解地球的地质状况成了客观的现实需要，特别是大量化石的发现，使地质学作为一门学科渐渐成熟。17世纪，出现了近代第一位真正的地质学家——斯台诺。斯台诺本来是一位意大利医生，他热心于化石研究，发现了化石与现代生物之间的相似之处，认为化石是古生物的遗迹。他还提出，化石是鉴别地层的主要依据，含化石的地层是地层演化史的直接记录，通过化石鉴别可以识别地层的年代。斯台诺不仅开创了近代的地质学研究，而且提出了地质演化的思想。
海生生物的化石出现在高山地层的现象，引起了17世纪地质学家的高度注意。英国的医学教授伍德沃德依据《圣经》中的大洪水的说法，提出了地质构造的水成论。根据《圣经》，上帝创世后，人间充满了罪恶，为惩罚人类，上帝让洪水泛滥了40天，毁灭了地面上的一切生物，只有诺亚一家和他们带着的其他一些生物在方舟里幸免于难。伍德沃德认为，海生生物化石之所以出现在高山上，完全是大洪水冲积的结果。在出版于1695年的《地球自然历史试探》一书中，他系统地阐述了洪水泛滥对于地层变化的影响，提出了地层的沉积理论。
英国植物学家雷伊不同意水成论。他凭常识推断，生物化石在地层中新老叠加、层层堆积，洪水的一次冲积是无法解释的。他另出新论，提出地层的形成是地球内部火山运动的结果。由于火山不断爆发，地面上形成了一层又一层的熔岩，每一层中都有生物的遗体即化石。这就是所谓的火成论。
18世纪，随着地质考察活动的大规模开展，人们掌握了更多的地质知识，水成论和火成论者分别掌握了更多的实证材料作为自己的证据，同时也不断修正和补充自己的理论。德国地质学家维尔纳使伍德沃德的洪水冲积说更为系统、精细。他出生于一个矿业世家，26岁成为德国著名的弗赖堡矿业学院教授，他的水成论通过他的学生到处传播。
维尔纳认为，地球最初是一片原始海洋，所有的岩层都是在海水中通过结晶、化学沉淀和机械沉积而形成。通过结晶形成的原始岩石里没有化石，是最古老的。通过沉淀形成的岩石只有少量化石，而通过沉积形成的岩石所含的化石最多。维尔纳承认火山爆发是一种地质力量，但他认为火山是地底下的煤燃烧造成的，是地质岩层已经形成之后才出现的，因此不起主要作用。维尔纳的水成论有其岩石学基础，但他更多地注意岩石中的矿物而不是其中的化石。他的水成论也没有解释原始海洋后来是怎么消失的。
维尔纳的学说遭到了英国地质学家赫顿的反对。赫顿对苏格兰山脉进行了地质考察，发现那些结晶型的岩石并不像维尔纳所说的在水中结晶，而是熔岩冷却的结果。这使他对水成论产生了怀疑。1785年，他在爱丁堡皇家学会上宣读了他的第一篇地质学论文，论述了他的火成论思想。1795年，他又出版了《地质学理论》一书，系统阐明了火成论的地质理论。
赫顿认为：地球内部是火热的熔岩，当它们迸发出来时就成了火山，熔岩冷却后固化成结晶岩，结晶岩的表面是沉积岩，沉积岩是地球的内热与地面陆地和海洋的压力相结合形成的，沉积岩的多层次反映了地质形成时间的极度漫长。
赫顿的地质演化学说与《圣经》显然不相符合，因而遭到了神学家和信教的地质学家的反对。此外，持水成论的学者也从学理上对赫顿的学说提出了质疑。维尔纳的学生们认为，熔岩不会固化成晶体。赫顿的朋友，爱丁堡的业余科学家霍尔为此专门做了一个实验。实验表明，让熔融的玻璃非常缓慢地冷却就会变成不透明的晶体，只有快速冷却才能制成透明的玻璃。以熔岩做实验，情况依然如此。这就驳斥了维尔纳派的质疑，火成论取得了一席之地。但是，火成论者也不得不承认：光凭火山喷发似乎也难以解释岩石的水平层理结构和夹在其中生物化石的形成原因。因此，他们也使用了沉积岩这个概念，使现代地质教科书中的岩石分类系统既有岩浆岩，又有沉积岩，还有一个中间过渡的变质岩。
现在我们已经知道，地球表层的岩石圈，是由三种不同的岩石构成的：“火成”的岩浆岩、“水成”的沉积岩以及变质岩。其中，“火成”的岩浆岩构成了地壳的主体，按体积和重量计都最多。但地面最常见到的则是“水成”的沉积岩，它是早先形成的岩石破坏后，又经过物理或化学作用在地球表面的低凹部位沉积，经过压实、胶结再次硬化，形成具有层状结构特征的岩石。在地壳中，在大大高于地表的温度和压力作用下，岩石的结构、构造或化学成分发生变化，这就形成了不同于火成岩和沉积岩的“变质岩”。火成岩中的玄武岩、花岗岩是地球中最具代表性的岩石，是构成大陆的主要岩石。形成时代最早的花岗岩，年龄达38亿年，而玄武岩是构成海洋所覆盖的地壳的主要物质，均比较“年轻”，一般不超过2亿年。
关于岩石以及岩层成因的水成论和火成论的论战是18世纪后期到19世纪初期的重要事件，它促进了地质学从宇宙起源论、自然历史和古老矿物学中分离出来，并逐渐形成了一门独立的学科。赫顿被后世称为“现代地质学之父”，他的理论对19世纪最伟大的科学家之一、“进化论”的创造者达尔文产生了深远影响。
石头与人类发展
说起石头，人们并不陌生。山里到处都是石头，河边、海滩上也能见到各种滚圆或有棱角的小石头，就连城市里也有石头：石头铺成的路面，石头砌就的建筑物和台阶，石头装饰的墙面等。这些石头虽然颜色、结构、成分不一样，可是人们一般统统称它们为石头。
在地质学术语中，人们通常所说的石头被称为岩石。“岩”有高山陡崖之意，而“岩石”就是形成这些高山峭壁的石头。实际上，岩石的含义已远不止是形成高山，岩石在我们生存的地球上广泛分布，山脉、丘陵、岛屿、江河湖海以及平原的基底，都是由岩石组成的。
岩石是有一定形状的固态集合体，有的成层状、片状，有的成块状、球状、柱状，形状各异。换句话说，那些没有固结的松散沉积物，如砾石、沙子、黏土、火山灰，海底沉积物等碎屑，由于它们没有固定的形态，更没有胶结形成坚硬的岩石，因此，他们不在岩石之列。
在人类的文明和进化中，岩石起到了非常重要的作用。我们的祖先注意到石头之初，可能是把它们当成了玩具。岩石大小不同、形状不同、颜色不同，他们放在手中把玩或相互投来掷去，岩石的质量使身体被触部位有痛感，我们的祖先感到可以用它们作武器，在围猎时掷向动物。再后来，他们发现用尖锐的石块可以削剥树枝，于是，不起眼的岩石成了人类的工具。中国的蓝田人、北京人所用石器大都由硬度较大的石英质矿物和岩石制成。旧石器晚期，出现于山顶洞文化时的钻孔石质饰物，表明人类对岩石的相对硬度有了一定认识。新石器时期，人类已利用天然宝石，如玛瑙，叶蜡石等作饰品。商、周是中国青铜器鼎盛时期，那时所用的铜矿石主要是自然铜和孔雀石。
中国早期地学典籍记载了许多岩石和矿物知识。《山海经》将矿物分为金、玉、石、土4类，并记述了各自的色泽、特征、产地。世界其他民族在早期也积累了丰富的岩矿知识。古希腊泰奥弗拉斯托斯的《石头论》是最早的有关岩矿的专门著作。他描述了70多种矿物，将岩石分为石质和黏土两大类，论述了颜色、硬度、结构、可燃性、可溶性等物理性质。
石头是古人所能寻找到的质地最为优良的天然建材。从四五千年前用整块巨石在平地上搭起的巨石阵，到1800年前建造的罗马万神庙；从举世闻名的万里长城到敦煌石窟、龙门石窟。古代的人们对石头的运用，大体上可以分为几种类型：一种是将原始的石料稍加打磨，搭建成所需的形状，英格兰的巨石阵就是其中最为典型的。人们通过这种搭建过程，逐渐掌握了巨石的采集、运输、搭建等工艺，为后人进一步拓展石料的使用空间奠定了基础。第二种是对整个巨石的雕琢，使其成为一种具有独特风格的艺术品。埃及狮面人身像属于此列。第三类是一种集大成的艺术精品，是一种将石料、象牙、各种贵重金属的选材、造型、雕刻等融为一体的综合艺术，奥林匹亚的宙斯神像是其中的代表。可以说，石头是人类不可或缺的挚友和亲密伙伴，是人类文明的载体和传播者。
石头象征着坚定、坚固、顽强以及各种我们所向往的品质。因此，人们用石心比喻坚定的信念，用石交指代牢固的友谊。也许正是由于这个原因，石头的魅力才这样恒久不衰。几千年来，地球上的人类以聪明才智不断丰富并发展着石头的应用及其内涵。今天，石头已经是人们生产和生活不可或缺的一部分。
斑斓大地
从太空上看下来，人类居住的地球一定是蓝色和绿色的。但是，如果你靠近地面，所能见到的土地可能只呈现棕色。那么，这种棕色是从哪里来的呢？美国科学家最近发现，大地的棕色其实来自于绿色植物。
科学家指出，植物枯萎和死亡后，叶子和枝干就会凋谢，继而将它们长期以来为生存而储存的碳元素带给了土壤。土壤中的微生物利用特殊的酶将凋谢的植物分解，并将这些“食物”“切”成适合自己“进食”的大小。饥饿的微生物加工了土壤中大量的碳，甚至将一些元素结合到自身细胞中。由于过于“忙碌”，微生物不可能完成所有的分解加工，有些碳没有被微生物吃掉，微生物死后，碳元素又进入土壤。这形成一个循环，总有碳元素留下来，于是，大量微生物残留物经过数千年的累积，便给了土地现在的这种棕色。
