Современная геология выделяет в эволюции Земли три начальных этапа, которые занимают 7/8 всей геологической истории (одно из названий этого периода — докембрий).
Первый этап — этап формирования нашей планеты, который занял промежуток от 3,9 до 4,5 млрд. лет. Его можно назвать этапом возникновения Земли. В этот период возникли первичные гидросфера, атмосфера и литосфера. Земная атмосфера появилась в процессе вулканической деятельности, а водяные пары конденсировались в океане. Возраст земной коры — 3,9 млрд. лет. Границей этого этапа может служить появление живых организмов.
Второй этап — этап формирования современного лика Земли и появления первых живых организмов вплоть до фотосинтезирующих. Он занимает время приблизительно от 3,8 до 2,0 млрд. лет. Этот этап можно назвать этапом возникновения жизни на Земле. Его граница — появление фотосинтеза. Резкое изменение состава атмосферы, превращение ее в кислородную произошло примерно 2 млрд. лет назад и связано с эволюцией жизни.
Третий этап характеризуется широким распространением жизни на Земле. Этот этап продолжался от 2 млрд. лет до периода, названного кембрием (около 570 млн. лет назад). На этом этапе возникали континенты, от него дошли ледниковые отложения. В атмосфере появляется свободный кислород. Это этап возникновения современной биосферы.
Три последующих этапа «явной жизни» (так называемый фанерозой — от греч. «phaneros» — явный, «zoe» — жизнь) делятся соответственно на палеозой («древняя жизнь»), продолжавшийся 340 млн. лет, мезозой («средняя жизнь»), продолжавшийся примерно 160 млн. лет, и кайнозой («новая жизнь») продолжительностью примерно 70 млн. лет. Здесь речь идет скорее о биологической эволюции, о которой подробнее будем говорить ниже.
В палеозое, особенно в каменноугольном периоде, накапливались огромные запасы углей, которые обеспечили энергией промышленную революцию XVIII в. и служат до сих пор энергетической базой человечества.
В мезозое возникли огромные травоядные ящеры и питающиеся ими хищные динозавры. Их массовая и безвозвратная гибель примерно 65 млн. лет назад, а также гибель обильной растительности, существовавшей в то время, — древовидных папоротников, плаунов и хвощей, — знаменовала переход к кайнозою, в котором расцвели млекопитающие и другие дошедшие до наших дней виды жизни.
Наконец, последний период развития Земли в несколько миллионов лет связан с появлением человека и называется антропогеном (от греч. «antrōpos» — человек и «genés» — рожденный).
В 1915 г. немецкий геофизик А. Вегенер, исходя из очертаний континентов, предположил что в геологическом периоде карбоне примерно 200 млн. лет назад существовал единый массив суши, названный им Пангеей (от греч. «pan» — все и «gaia» — богиня Земли). Пангея раскололась на Лавразию и Гондвану. 135 млн. лет назад Африка отделилась от Южной Америки, 85 млн. лет назад Северная Америка отделилась от Европы.
Эта гипотеза противоречила господствовавшим в геологии представлениям о неподвижности континентов в истории Земли. Первоначально в поддержку данной гипотезы свидетельствовало только то, что если мы мысленно соединим ныне существующие континенты, то их очертания хорошо подойдут друг к другу.
Решающим аргументом в пользу принятия данной концепции стало эмпирическое обнаружение в конце 1950-х гг. расширения дна океанов со скоростью несколько миллиметров в год, что послужило отправной точкой создания новой теории эволюции Земли — тектоники литосферных плит. В соответствии с данной теорией литосфера разделена на плиты, нижние части которых погружены в жидкий расплав астеносферы. Плиты имеют толщину 75-250 км. Они движутся под влиянием глубинных конвективных потоков (движение обусловлено разностью давлений в различных точках — такова же природа образования ветров и циклонов), направленных вверх и в стороны и тянущих за собой плиты. Итак, движущей силой служит конвекция в мантии, а источником энергии — радиоактивный распад. Процессы ядерного распада играют роль как бы «мотора» эволюции Земли. Всего насчитывают 15–20 основных плит. Плиты перемещаются со скоростью до 20 см в год (в некоторых районах). На плитах жестко укреплены континенты, которые движутся вместе с плитами, меняя лик планеты. Столкновение плит вызывает горообразовательные процессы. Так, например, столкновение Евразийской плиты с Индо-Австралийской привело к образованию Тибета и Гималаев 40 млн. лет назад. В пределах плит имеются сквозные разломы и возникающие в связи с этим напряжения в горных породах приводят к землетрясениям. Прогнозирование землетрясений представляет сейчас одну из главных задач геологии и геофизики. На протяжении геологической истории Земли континенты неоднократно соединялись в единый континент, который вновь раскалывался. Суперконтинентальный цикл имеет период примерно в 500 млн. лет.
Теорию литосферных плит подтверждают и биологические данные о распространении животных на нашей планете. Теория дрейфа континентов, основанная на тектонике литосферных плит, ныне общепринята в геологии. Она представляет собой научную революцию в геологии XX в., коренным образом изменившую представления об эволюции Земли. До создания тектоники литосферных плит считалось, что основные силы, вызывающие горообразовательные процессы, действуют вертикально; тектоника литосферных плит определила, что они горизонтальные. Хотя значение изменений представлений в геологии кажется не столь важным в сравнении с астрономией, на самом деле это можно назвать «коперниканским переворотом» в геологии.
Как мы увидим в дальнейшем, Земля — это «фабрика» по производству (причем безотходному) сложных соединений, минералов и живых тел.
Первые две из названных наук достигли своего расцвета в XX в. и относятся к типу переходных наук, которых в XX в. появилось особенно много (как уже упоминавшаяся астрофизика).
Геофизика изучает физические процессы, происходящие в недрах и на поверхности Земли. Эта наука имеет важное как теоретическое, так и практическое значение. Первое связано с изучением внутреннего строения Земли, которое можно исследовать только особыми физическими методами, но не непосредственно. Существуют специфические методы геофизики: сейсмический, радиоактивный и т. д. Практическое значение геофизики определяется поисками полезных ископаемых, которые все труднее открыть традиционными методами — геологическим молотком и т. п.
Геохимия изучает геохимические процессы, происходящие в недрах и на поверхности Земли; распределение и перемещение химических элементов по лику Земли. Все планеты Солнечной системы построены в основном из небольшого количества химических элементов (около 30). Сложные органические соединения начинали возникать еще на последних ступенях остывания солнечной туманности. Процессы радиоактивного распада, поднимая температуру Земли, сделали возможным осуществление всех химических процессов, происходящих на ней.
Геохимические процессы, т. е. процессы круговорота химических элементов на поверхности и в недрах Земли (так называемые геохимические циклы), находились под влиянием развития жизни. Изучая эти процессы, В.И. Вернадский выяснил, что ключевую роль в их протекании играют все разновидности живого вещества, в том числе простейшие бактерии. Это дало начало еще одной науке — биогеохимии, которая изучает влияние живого вещества на распределение химических элементов на Земле.
География, в отличие от геофизики и геохимии, является одной из самых древних наук. Ее научный статус был не очень высок, что отражалось в самом названии (от греч. «gё» — Земля и «grapho» — пишу, описываю). Географы занимались описанием прежде всего поверхности нашей планеты. В таком понимании значение данной науки должно было бы постепенно сойти на нет, поскольку поверхность Земли достаточно полно описана. Имеется в виду физическая география, поскольку экономическая география принадлежит к числу не естественных, а гуманитарных наук. В XX в. предмет географии существенно изменился, что вдохнуло в нее новую жизнь. География, сохранив свое название, перестала быть описательной наукой, превратившись в конструктивную — науку о способах и путях преобразования лика Земли.
Существуют также науки, которые изучают отдельные виды процессов или участки земной поверхности: геоморфология — наука о рельефе, гидрология — наука о гидросфере, гидрогеология — наука о подземных водах, гляциология — наука о льде и ледниках и т. п.
Еще в Древнем мире люди знали, что погодные условия зависят от угла наклона солнечных лучей к земной поверхности. Само слово «климат» происходит от греч. «klima» — наклон. Угол наклона зависит от широты местности и от времени суток и года. Изменение климата может быть замечено только в масштабе десятилетий, тогда как погода меняется в течение года.
Одной из основных причин резкого изменения климата считают небольшие изменения земной орбиты и наклона земной оси. Климатологи установили, что климат периодически (примерно раз в 100 тыс. лет) существенно менялся и не в отдельных регионах, а на всей планете. Эти периодические изменения климата модифицируют лик нашей планеты. Эволюция климата соответствует периодическим изменениям поверхности Земли, движениям континентов и гидросферы. Только периодичность разная: не 500 млн. лет, как в суперконтинентальном цикле, а 100 тыс. лет.
В настоящее время на эволюцию климата большое влияние оказывает человеческая деятельность. Так, содержание углекислого газа в атмосфере из-за сжигания ископаемого топлива увеличилось за последние 100 лет на 25 %, что усиливает парниковый эффект и ведет к повышению температуры на поверхности Земли, которая выросла за двадцатое столетие на 0,5 градуса. Дальнейшее увеличение грозит непредсказуемыми последствиями для планеты.