在漫长的地质年代里，地球上曾经生活过无数的生物，这些生物死亡后的遗体或是生活时遗留下来的痕迹，许多都被当时的泥沙掩埋起来。在随后的岁月中，这些生物遗体中的有机物质分解殆尽，坚硬的部分如外壳、骨骼、枝叶等与包围在周围的沉积物一起经过石化变成了石头。我们把这些石化的生物遗体、遗迹就称为化石。最早认识化石的是生活在公元前6世纪的古希腊哲学家色诺芬尼，他在当时就已经推测化石是生物的遗迹。后来的古希腊哲学家据此推断世界极其古老，甚至是无始无终存在着。但是在基督教在西方占据统治地位之后，这种世界观便成了异端。17世纪的时候，一位英国大主教根据《圣经》推算出上帝在公元前4004年创造世界。于是当时人们都普遍相信世界只有几千年的历史，最多不超过一万年。既然世界的历史如此短暂，那么化石就肯定不会是生物体经历了长期的历史过程而留下的遗迹，而只能认为它们是和生物体没有任何关系的自然形成的石头图像。为此，科学家与神学家的争论又持续了大约300年。到了十五世纪，著名的大科学家达·芬奇坚决主张化石是古代生物遗迹，并认为海洋曾覆盖过意大利。他认为，古代动物的遗体被深埋在海底，在后来的某个时候，海底隆起高出海面，形成了意大利半岛。这一观点为化石的研究打下了牢固的基础并逐渐形成一门科学。从那时起，化石对于地质学家越来越重要了。
到了17世纪下半叶，几名博物学家先后令人信服地证明了化石必定是生物体的遗迹，那么如何解释遗留在山上的海洋生物化石，便成了难题。当时有人认为，化石中的生物是《圣经》记载的诺亚大洪水中灭亡的，那几名最早证明化石是生物体遗迹的博物学家都持这样的观点。但这个理论在发现化石是分层分布的之后，就被彻底地粉碎了。仅仅一次的大灾难，如何能使化石形成分层分布，而且每一层都有独特的动物和植物的化石？
到了18世纪，地质学家已经认识到有两类岩石，一类是由于火山喷发出的熔岩和火山灰形成的火成岩，一类是泥沙在河里、海里沉淀后逐渐形成的沉积岩。火成岩是不分层的，也几乎不含化石，而沉积岩是分层的，每一层都含有独特的化石群。由于沉积岩是逐渐沉淀形成的，那么很显然，越往下的岩层，年代越久远，这样，通过比较岩层的顺序，就可以知道岩层及其化石群的相对年龄。于是在19世纪初，地质学家开始系统地研究岩层的矿物组成和化石群，其中最早的一位研究者是英国地质学家史密斯。一次，他在勘测运河期间，发现每一特定年代的地层都有独特的化石特征，因此可以反过来根据化石特征来鉴定地层。这样就可以把不同地方的地层分布联系起来了。尽管当时的地质学家没法测定地层的绝对年龄，但是他们知道，要形成这么厚的地层，必然经过了极其漫长的时间，因为泥沙的沉积速度是非常缓慢的。因此，《圣经》的记载肯定错了，地球有着比它所说的还要漫长得多的历史。
在19世纪，地球的年龄问题不仅吸引了地质学家和生物学家的注意，而且也引起了物理学家的兴趣。最先计算地球年龄的物理学家是德国的亥姆霍兹，他在1854年假定太阳的能量是来自引力收缩，通过太阳散失热能率计算出太阳能的总量只够它消耗2千多万年，而地球的年龄不会大于这个数字。在热力学方面极有建树的科学家开尔文利用热传导理论计算出地球的年龄为2千万年到4千万年。
地质学家估算出的关于地球年龄的大部分数据都超过2亿年，而物理学家计算出的大部分只有几千万年。于是，在1868年的格拉斯哥地质学会上，双方的争论开始了。开尔文在这次会议上说：“地质学理论中一场重大的改革，现在看来变得必不可少了，目前英国流行的地质学和自然哲学的原理是直接对立的。”这里，开尔文所说的自然哲学指的就是物理学，所谓直接对立，说的就是物理学家与地质学家在地球年龄问题上的不同意见。在1869年的伦敦地质学会上，英国生物学家赫胥黎在主席致词时对开尔文的批评给予了答复。他指出：地质学的证据像物理学的证据一样有效，而在地质学与物理学的直接对立中，可能是物理学家搞错了。赫胥黎还直接把反击的目标对准了开尔文，他觉得开尔文的工作所依据的理论和资料都是有问题的，“数学方法公认的精确性并不一定就使这些结果具有完全不能置疑的权威色彩，因为靠成页的公式并不会从稀疏的数据中得出确定的结果”。赫胥黎认为，地球的热扩散很可能比开尔文推测的更慢—些。
1899年，英国地质学家乔利把盐浓度与地球年龄联系起来，采用了一种全新的方法研究了地球的年龄。这种方法的基本点是认为大洋水中的盐浓度不会减少，那么只要知道大洋中盐浓度近几个世纪的增长率，就能求出大洋的年龄。他估算出大洋已经出现了8千万至9千万年，而地球的年龄不会小于这个数字。到19世纪末，越来越多的地质学家都同意这样一个意见：地球是在不到l亿年前形成的。
真正地让地质学家和物理学家都认可的方法是于20世纪初期产生的。1896年，法国物理学家贝克勒尔发现了天然放射性现象。两年后，居里夫人首次测出放射性元素镭。此后，放射性元素就成了地球年龄的理想的“计时器”。二十世纪最伟大的实验物理学家之一卢瑟福根据放射性元素蜕变所释放的能量的原理，初步算出了地球的年代约为34亿年，太阳的寿命约有50亿年。
在放射性年龄测定原理和方法得到确定和发展之后，地球年龄数据在不断增长。目前，采用这一方法已经确定地球上最古老的岩石形成于38亿年前，这就可以定出地球固体地壳的最低限度年龄。本世纪50年代，科学家通过测定陨石的年龄首次确定了太阳系的年龄，对陨石的最新近测定值使地球的年龄提高到了46亿年。
地球是我们人类的母亲，哺育着我们成长。我们人类应该认识它，了解它。虽然现在已知地球年龄至少有46亿年，但目前地球上发现的最古老的岩石年龄仅为38亿年，中间约有8亿年的间隔完全缺失地质资料。因此，直到现在人们还没有一个关于地球早期历史的统一的理论。
地球的历史演变
地质学家经过多种方法测定，确定地球的年龄至少有46亿岁。那么长的历史，如何划分呢？自从陆上出现了生物以来，古代生物的遗体——化石，就成了我们认识地球的最好标志。科学家们根据化石以及岩石中的放射性元素来计算，把地球历史演变划分为五个年代，即太古代、元古代、古生代、中生代和新生代。每“代”还可进一步划为若干“纪”，如古生代从远到近再划分为寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪和二叠纪；中生代划为三叠纪、侏罗纪和白垩纪；新生代划为第三纪和第四纪。这就是地球历史时期的最粗略的划分，我们称它为“地质年代”。
地球正式成为太阳系的成员之后，大约又经过22亿年，便进入到地质时期——太古代。这段从46～38亿年的地质时期可被认为是地球的幼年时代。太古代时期的地壳很薄，也没有现在这样坚固复杂。由于地球内部放射性物质衰变反映较为强烈，地壳深处的融熔岩浆，不时从地壳深处，沿断裂涌出，形成岩浆岩和火山喷发。当时到处可见火山喷发的壮观景象。在太古代晚期，形成了稳定基底地块——“陆核”。陆核出现，标志着地球有了真正的地壳。太古代地球表面虽然已经形成了岩石圈、水圈和大气圈。但那时的地壳表面，大部分被海水覆盖，由于大量火山喷发，放出大量的二氧化碳，同时又没有植物进行光合作用，海水和大气中含有大量的二氧化碳，而缺少氧气。
地球发展从26～6亿年，这段经历了20亿年的悠久历史，称为元古代。这漫长的时期，地球上许多事物从无到有，就像是一个人的少年时代，长成了初步的轮廓。这时，太古代形成的陆核进一步扩大，稳定性增强，形成规模较大的原地台，后又经过几次地壳运动，原地台发展为古地台。这时海洋中已经出现了种类繁多的藻类，由于这些布满海洋的藻类植物的光合作用，吸收大量二氧化碳放出氧气，因此这时海洋和大气中有较多的游氧存在，同时二氧化碳也相对减少，为生物发展准备了物质条件。
古生代大约是6～23亿年，经历37亿年的历史。这比起太古代和元古代来，时间不算很长，但从地球的发展来看，却是一个重要的时期，这犹如人生的青年时代。发生在早古生代，特别是志留纪末期的地壳运动，称为加里东运动。这次运动后，不但大地构造性质发生变化，而且隆起上升，由海洋成为陆地，所以加里东运动后，世界陆地面积便不断扩大了。但到了晚古生代，有些地区又开始下沉，成为地台浅海，因此世界总的形势仍然是南升北降，南方为大致连在一起的冈瓦纳古陆，北方除加拿大与欧洲连起来以外，其余地区仍为地槽海与地台浅海所分割。但是到了晚古生代后期，由于海西运动，北方古陆联合为一体，称为劳亚古陆。这时，陆地面积不断扩大，陆地上森林繁茂，尤其是沼泽地带，更适合一些进化不很完全的植物生长，再加上石炭纪、二叠纪气候湿润，因此植物大量繁衍，那时的北半球呈现出绿树成荫，森林繁茂的景观。又因地壳运动频繁，海陆多变，陆地长好的植物，常为海水覆盖，不久又上升为陆地，继续生衍森林。这种环境，恰为成煤创造了良好条件，因此，石炭纪、二叠纪是北半球最主要的成煤时期。
地球发展23～07亿年，称为中生代。这段时期出现全球性的海退，基本构成现时地貌轮廓。由于地理、气候环境发生较大变化，生物要适应新的环境，于是又出现新的飞跃。古生代末，新露头角的裸子植物，到中生代大量繁衍，表明植物也完全征服了大陆。动物发展到中生代已是爬行动物时代了，标志着动物完全征服了大陆。始祖鸟，一种介于爬行动物与鸟类之间的动物，表明动物向空中发展。以上说明地球发展进入到中生代，一切都已“成熟壮大”，犹如人生的壮年时代。
新生代是地壳发展最近的一个时期，相当于人类历史的近代史。大约7000万年以来的这段地壳发展时期，从时间来看虽然是最近和最短的，但从整个地壳演化来说，却是内容丰富而又极其重要的时期。中生代地壳重新活跃，新生代继承发展了地洼特征，故称地球的回春期。这时的地壳发展主要由活动趋向稳定，大地构造轮廓和古地貌逐步接近现代状况。新生代时期，不仅植物的发展非常迅速，而且各种食草、食肉的哺乳动物也空前繁盛。自然界生物的大发展，最终导致了人类的出现。
地层好比是一部内容丰富的大自然史册，它对研究生命的起源和演化，寻找石油、天然气、煤等化石能源及矿产资源有着广泛的应用，对控制生态平衡和保护人类的地球家园，也起着越来越重要的借鉴和指导作用。
地球形状的“变化”
地球是人类的摇篮。自古以来，人类就在不断地探索自己生存的这个世界，力图说明它的形状。
在漫长的人类社会历史中，因受科学技术水平的限制，人们只能站在地球上观察地球。在没有仪器设备辅助的情况下，人的视野是非常有限的。即使站在毫无障碍的原野上，眼力所能达到的范围，也只是周围地平线以内的一块圆形地盘，其半径最大也不过46公里左右。对于庞大的地球表面来说，这几十平方公里的地盘，实在是太微不足道了。在人类活动能力和活动范围都很小的古代，凭借直觉器官对世界的非常浅薄的认识和主观臆想，人们对地球的形状作出了各种各样的解释。在我国古代，对地球形状的解释主要有两种。一种是盖天说，即“天圆地方”，认为“天似穹庐，笼罩四野”，“天圆如张盖，地方如棋局”。另一种是浑天说。我国东汉时期的科学家张衡的浑天说认为，天地如卵，天包着地就像卵壳包着卵黄一样。他对地球形状的解释，比起“天圆地方”的说法已大大前进了一步。古代其他国家也有对地球形状的种种解释。古印度人认为地球是一个隆起的圆盾，这个圆盾由三只站在龟背上的大象驮着，而这只巨大的龟又被一条在一望无际的海洋中游动的巨蛇支撑着。古代的俄罗斯人则认为，大地是由三条鲸鱼驮着的盘子，而这三条鲸鱼也是在海洋上浮游。
公元前350年，古希腊伟大的科学家亚里士多德系统地总结了航海家的经验，第一次较完整地提出了地球形状的理论：大地实际上是一个球体，一部分为陆地，一部分为海洋。地球外面由空气包围着。他的主要论据有：人们在南北不同地点观察北极星的高度是不同的；沿南北方向旅行时，会看到前方地平线有一些新的星星升起，而在后方地平线附近，原先能看到的一些星星，则会渐渐消失在地平线以下，这说明洋面并不是平的，而是弯曲的；月食一定是地球的阴影掠过这个卫星的表面时引起的，既然这个阴影是圆的，那么大地本身就应该是圆的。尽管亚里士多德的天地观有着充足的道理，但当时并没有获得很多人支持。一个重要的原因是：当时人们没有搞清引力。他们认为，如果亚里士多德说得对，那么住在地球另一端的人，怎么能脚朝下走路呢？那里的水不会流向天空吗？
正当人们对地球的认识逐步深化、日趋佳境之时，欧洲进入了漫长而黑暗的中世纪，科学受到了最野蛮的摧残。那时，谁要是再说一句大地是球形的，就立即被斥为异教，甚至有杀头的危险。荒唐的教会借助宗教的“权威”，硬把大地又拉回到“平地”，甚至天地也重新毗连起来。直到1000多年以后的15世纪，反动教堂中仍然用地球对面人头向下的画片来嘲笑大地为球形的学说。但科学真理毕竟是不可战胜的，15世纪之后，人们对地球的认识又开始向纵深发展。1519年，葡萄牙航海家麦哲伦率领的5艘海船，从西班牙出发，依次经过了大西洋、太平洋、印度洋，用3年时间完成了第一次环绕地球航行，回到了西班牙。用实践证明了地球是一个球体，不管是从西往东，还是从东往西，毫无疑问，都可以环绕我们这个星球一周回到原地。从此，人们便一致把我们所在的世界称为“地球”。
