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岩浆和熔岩的成分，以及冷却的速度决定了所形成的矿物性质。冷却速度主要控制结晶的大小。大的石英晶体——一种坚硬的矿物——在地球表面以下缓慢地形成。石英同其他矿物相结合而形成的侵入岩称为花岗岩。
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熔岩流到地球表面，占据了海洋盆地的大部分，形成喷出岩。玄武岩是地球表面最常见的喷出岩。如果熔岩不是流出，而是从火山口喷出，就会非常迅速地冷却。有些以这种方式形成的火成岩含有孔穴且分量轻，例如浮岩；有些呈玻璃质，例如黑曜岩。玻璃质是熔岩遇到静水和突然冷却而形成的。
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沉积岩
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有些沉积岩（sedimentary rock）是由已经存在的岩石侵蚀（erosion）下来的砾石、砂粒、粉砂和黏土形成的。地表水（surface water）将沉积物携带到海洋、沼泽、湖泊，或者潮汐盆地中。这些物质受到叠加在其上部的沉积物的重力压实作用，以及由水和某些矿物的化学活动所产生的胶结作用，就形成了沉积岩。
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逐渐形成的一层层的沉积岩称为地层（图3.2）。通常，一种类型的沉积物聚积在一定的地区。如果岩石的颗粒大而圆——例如像砾石般大小和形状的碎石构成的岩石——称为砾岩。砂岩的组分由砂粒构成，而粉砂和黏土则构成粉砂岩和泥岩。
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图 3.2 亚利桑那州大峡谷里的沉积岩，在此照片中很明显。（© Robert N. Wallen）
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沉积岩也可来源于有机物（organic），例如来自珊瑚、贝壳和海洋生物的骨骼。这些物质沉积在浅海的海床中，形成石灰岩。如果有机物主要由分解了的植物形成，它就能发育成一种称为烟煤的沉积岩。石油（petroleum）也是一种生物产物，它是在数百万年埋藏中，生物体经过化学反应，其中某些有机物转变成液体和气体化合物之后而形成的。油和气的分量轻，因此它们通过周围岩石的孔隙运移到像页岩那样渗透性差、阻碍油气向上运动的地方。沉积岩在颜色（从黑色到白色）、硬度、密度和抗化学分解程度方面都是极其多样的。
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大部分大陆都发育沉积岩。例如，几乎整个美国东半部都覆盖着沉积岩。海相岩层表明，在地质历史中海洋覆盖地球的部分远比今日大得多。
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变质岩
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变质岩（metamorphic rock）是由火成岩和沉积岩在地球作用力产生的热力、压力或化学反应作用下形成的。“变质作用”这个词的意思就是“形状发生了变化”。地球的内部力量可能大到其产生的热力和压力足以改变岩石的矿物结构，从而形成新的岩石。例如，页岩（一种沉积岩）在巨大压力下可变成一种性质不同的岩石——板岩。在一定的条件下，石灰岩可变成大理岩，而花岗岩可变成片麻岩（其发音同nice，即精美的）。在很大深度处变质的物质只有在覆盖于其上的地面被缓慢侵蚀掉以后才会暴露出来，它们是地球上已知最古老的岩石。然而，它们的形成像火成岩和沉积岩一样，也是一种持续的过程。
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岩石是大多数地貌的组成部分。岩石的硬度，渗透性和矿物的含量控制着岩石对将其塑造和再塑造成形的力量的反应方式。两种主要的进程改变着岩石：①趋向于建造地貌的作用力；②磨损地貌的夷平过程。所有岩石都是老岩石不断转变成新岩石的“岩石循环”中的一部分。在整个地球历史中，没有一种岩石是一成不变的。
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3.2 地质年代
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地球大约形成于47亿年以前。如果我们觉得一个人活到100岁就已经算是长寿，那就能明白地球的确是令人难以置信得“老”了。因为通常我们关于年代的概念是短暂的，所以当我们谈起几十亿年时，将地球的年龄同某些比较熟悉的事物做一番对比是有好处的。
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试想，芝加哥西尔斯大厦（Sears Tower）的高度代表地球的年龄。该大厦有110层，或者说412米高。相对而言，甚至铺放在大厦楼顶的一张纸的厚度也比人类的平均寿命长得多。在整个大厦的高度中，仅4.8层就代表2亿年，相当于如今的洋底形成以来所经历的时间。
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在这种情况下，我们生存于其上的地貌，只是被极其细微地建造和破坏。所有有关的作用进行得如此长久，以至于任何一处地方在它们过去的不同时间段中都极可能是大洋或陆地。今天，地球上的许多地貌特征只能追溯到几百万年前。生成和侵蚀那些地貌的过程是同时发生的，但通常是以不同的速率进行。
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在过去40年中，科学家已经研发了一种有用的框架，使人们能很好地研究持续变化的自然环境。这项工作依据的是阿尔弗雷德·魏格纳（Alfred Wegener）在20世纪初期的地质研究，他提出了大陆漂移（continental drift）理论。魏格纳认为，所有的大陆曾经是一个联合的超级大陆，被称为“泛大陆”（“联合古陆”）。该大陆在千百万年中发生破裂，陆块彼此分开，缓慢地漂移到它们现今的位置。虽然魏格纳的理论最初被彻底否定，但是近年的新证据和对旧知识的再认识使地球科学家广泛接受了大陆移动的概念。魏格纳的概念是广义板块构造理论（plate tectonics）的先行者。关于板块构造理论将在下一节“大陆运动”中解释。
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3.3 大陆运动
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由地图学家绘制的地貌图只是薄薄的岩石覆盖层，即地壳表层的起伏形态（图3.3）。在地球内部的上部，是一层部分的熔融层，称为软流层（asthenosphere）。它支撑着一层薄而坚硬的岩石层——岩石圈（lithosphere）。其中，外侧较轻的部分就是地壳。地壳由一组位于大洋下面的岩石和另一组构成大陆的岩石组成。
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图 3.3 地球的外圈（未按比例尺）。岩石圈包含地壳，软流层位于岩石圈之下。
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岩石圈分裂成大约12个巨大的和许多小的刚性板块。根据板块构造理论，每一个板块在重而半熔的软流层上缓慢地滑动或者漂移。一个单一的板块往往既含有大洋地壳，也含有大陆地壳。例如，图3.5表示了北美板块，它包含了大西洋的西北部和北美的大部分——虽然不是全部。墨西哥半岛（下加利福尼亚）和加利福尼亚州的一部分则位于太平洋板块上。
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