Идеи Ляйелля произвели на Дарвина глубокое впечатление, а приобретенный им под руководством Седжвика опыт в производстве геологических наблюдений и составлении геологических карт позволил ему плодотворно применить учение Ляйелля к первому же интересному в геологическом отношении объекту, который встретился ему на пути «Бигля». Это был остров Сант-Яго, в геологическом строении и истории которого Дарвин сумел быстро и правильно разобраться. Собранный в дальнейшем, Дарвином материал по геологии многочисленных островов Атлантического, Тихого и Индийского океанов, восточных и западных берегов Южной Америки, Чилийских и Перуанских Андов является важнейшим вкладом в познание геологии этих стран, не утерявшим и до сих пор своего научного значения. Описания землетрясения в Консепсьоне, строения вулканической бомбы с острова Вознесения, ледников Огненной Земли и архипелага Чонос и многое другое точно так же прочно вошли в геологическую литературу. Но все это отступает на задний план перед некоторыми важнейшими обобщениями Дарвина, сделанными им уже во время путешествия и разработанными в последующие годы в его трех больших геологических монографиях.
Первое из этих обобщений относится к вопросу о природе океанических островов. Дарвин показал, что как континентальные, так и островные вулканы связаны с крупными разломами земной коры, с трещинами, образовавшимися в процессе поднятия горных цепей и материков. Он полагал при этом, что главные линии таких разломов проходят вдоль берегов больших материков. Последнее оказалось не вполне верным, но в целом идея Дарвина была подтверждена всем последующим ходом исследования этого вопроса.
Второе важное обобщение Дарвина относится к проблеме вековых движений земной коры. Дарвин показал, что на протяжении геологических периодов громадной длительности материк Южной Америки испытал неоднократные поднятия и опускания, которые чередовались с периодами относительного покоя. Незабываемы страницы «Путешествия натуралиста», на которых Дарвин широкими мазками рисует историю происхождения Патагонской равнины и постепенного выветривания (денудации) Кордильер.
Исследования Дарвина о вулканических островах и о берегах Южной Америки, опубликованные им в 1844 и 1846 годах в двух книгах, дали убедительное подтверждение справедливости учения Ляйелля о геологических закономерностях развития Земли и составили одну из замечательнейших страниц в. истории борьбы с катастрофистами за установление научно правильных представлений о развитии земного шара. Можно считать, что катастрофизм, нептунизм и плутонизм окончательно сошли со сцены в 40-х годах прошлого века — с появлением геологических трудов Дарвина.
Наконец, третьим и наиболее оригинальным геологическим обобщением Дарвина является его теория происхождения атоллов, или кольцевых коралловых островов. Эта теория составила содержание первой по времени большой геологической работы Дарвина, вышедшей в свет в 1842 году. Многие геологи, в том числе и Ляйелль, пытались разрешить загадку происхождения атоллов, которые в виде тонких низменных полосок суши, построенных целиком из кораллов и поросших кокосовыми пальмами, разбросаны на обширных пространствах Тихого и Индийского океанов в тропической полосе по обе стороны от экватора. Живые коралловые полипы могут существовать только на небольших глубинах, до 30–50 метров, и следовательно, глубже этого уровня живые кораллы не могут начинать свою строительную деятельность.
На каком же фундаменте возводят кораллы свои известковые постройки, поднимающиеся с величайших глубин океана? В то время, когда Дарвин путешествовал на «Бигле», наиболее вероятным считалось предположение, согласно которому кольцевые атоллы построены кораллами на кратерах подводных вулканов. Но не говоря уже о размерах многих атоллов, имеющих в поперечнике от 6 до 50 и более миль (а где в мире имеются вулканы с кратерами такого диаметра?), трудно и даже невозможно представить себе, чтобы на обширных пространствах океанов были расположены горные цепи с множеством вулканов, которые бы все, как один, подымались со дна до высоты 30–50 метров ниже уровня моря!