地质时钟

为追溯地球的历史，需要知道地质体的年龄，推算各种地质事件发生的时代。地质学家们已经研究出各种关于岩石和构造的相对和绝对年代测定的方法，可以把地质事件按年代顺序进行编排。

一个岩石单位的相对年代是由它与相邻已知岩石单位的相对层位的关系来决定。

绝对年龄是用距今多少年以前来表示，可以通过某种岩石样品所含放射性元素测定的。

地质时间的早期估算

1658年，爱尔兰大主教厄谢尔（J.Ussher）认为地球诞生于公元前4004年，这个时间是以圣经里的纪年做为基础计算出来的，这是十八世纪晚期和十九世纪的地质学家所不能接受的。因为大多数地质学家，甚至包括维尔纳和布丰（Buffon）这样的水成论者也认为，地壳沉积岩的形成至少需要几万年。

（一）沉积速率

早在公元前五世纪，希罗多德（Herodotus）已对尼罗河三角洲进行了研究。他根据沉积物沉积的年速率推断，该三角洲必定有几千年的历史。后来，尤其在十九世纪末和二十世纪初，人们曾根据沉积岩最大厚度与沉积速率来计算地球的年龄。自从地球形成以来，估计已经沉积了厚33，000--100，000米的沉积岩，而沉积速率的估计变化相当大，每百万年从50--3000米。地球年龄估算结果是17至1584百万年。

（二）海洋里的盐

早期人们曾试图根据海洋内的全部盐量与每年增加的盐量的比较来确定地球的年龄。这个方案是假设在地球历史上海洋开始的初期为淡水水体。估计海洋里含盐的全部总量为16×1012吨，而每年增加160百万吨盐（主要来自岩石及土壤风化和河流溶解所携带的盐）。用这种推论方法，地球的年龄大约是100百万年。但是这个计算没有考虑世界许多地方在沉积岩系中出现的大量盐。

（三）冷却速率

十九世纪，英国物理学家开尔文（L.Kelvin）根据地球的冷却速率确定地球的年龄为70百万年。凯尔文假设地球开始是从太阳抛出的一个熔融体，而且地球最初的温度是平均火成岩的熔融点。这个计算的错误在于开尔文假设地球内部不存在热的来源。因那时还不知道放射性衰变能释放大量的热能。

这有个故事： 氡是放射性气体元素，它不断地产生氦气。铀是不产生射气的，它会不会也不断地产生氦气呢？应该做一下试验。

索地把一些含铀的物质放在大烧瓶里，把烧瓶里的空气抽掉，把瓶口封死。过了一年，索地打开烧瓶，取出瓶内的气体作光谱分析。果然，气体的光谱中出现了氦的诺线。虽然氦气的量不多，但是证明了铀也在产生氦气。

原来，从放射性元素放出来的看不见的射线，可以分为α、β和γ三种射线。其中的α射线，实际上就是无数的失掉了电子的氦原子。

原生构造

原生构造是在岩石沉积时形成的，其中交错层理、粒级层理、波痕等可以来确定相对年代。

交错层理：“上截下切”判定原理；

粒级层理：一个单层的底面到顶面，其粒级出现了由粗到细的变化。

不整合

当岩层上升被侵蚀后又被新沉积物所覆盖，这种埋藏的侵蚀面称为不整合。

不整合可确定地层的相对年代，主要有以下类型：非整合、角度不整合、 平行不整合和小间断。

雪球地球

“雪球地球”（Snowball Earth）是地质史上的一个名词，描述了距今约8亿到5.5亿年前，地球表面从两极到赤道全部结成冰，只有海底残留了少量液态水。美国哈佛大学地球学家弗朗西斯·麦克唐纳领导实施了这项研究，他和同事对夹在冰川沉积物之间的加拿大火山岩进行了研究。科学家可以通过冰川融化留下的残骸以及因冰川活动而变形的沉淀物，确定这种冰川沉积物。2010年3月8日，据美国国家地理网站报道，最新一项研究称，在距今7.16亿年前，如今炎热潮湿的地球赤道曾覆盖着冰雪，这似乎为“雪球地球”理论进一步提供了证据。

测量前寒武纪全球冰川沉积物的磁性矿物，指出7.3—5.8亿年前，有数次“雪地球”事件，以及在“雪地球”事件之间的暖期：在此之前的一次，发生在24.5—22.2亿年前。这个学说的主要证据，是发现碳酸盐沉积物，这种典型的低纬度沉积物堆积在冰川沉积物之上；况且海洋中出现沉积铁矿层，表明缺氧的环境也与冰川事件相吻合。“雪地球”事件的成因还很不清楚，但认为与当时大陆聚集在热带地区有关，因此增加地球反射的阳光，使全球变冷。

雪球地球的开始

7亿7千万年以前，一大块陆地分解成小块陆地，分散在赤道附近。

从前四周都是陆地的地区如今离海洋水源更近了。日益增加的降雨将更多的具吸热性的二氧化碳冲洗出空气，更快地腐蚀陆地岩石。结果全球温度下降，极地海洋形成大块浮冰。白色的冰反射的太阳能多于较暗淡的海水，从而使温度更低。

这种反馈循环引发了一场不可停止的冷却效应，它将在一千年内使地球被冰雪掩盖。

雪球地球的最冷时期

在失控的冰冻状态开始后不久，全球的平均温度降至零下50摄氏度。结冰海洋中冰块的平均厚度超过1公里，只有从地球内部缓慢散发出来的热量抑制着继续冻结。

大多数肉眼看不见的海洋生物死亡，但仍有一些生物因为生活在火山温泉附近而保住了性命。

寒冷干燥的空气阻碍了陆地冰川的生长，形成了巨大的沙漠。由于没有降雨，从火山喷射出的二氧化碳没有移出大气。随着二氧化碳的积累，地球变暖，海洋冰块慢慢变薄。

雪球地球的解冻期

在通常的火山活动进行了1千万年后，大气中二氧化碳的浓度增加了1千倍。不断发生的温室变暖效应把赤道处的温度拉升到融点。

随着地球继续变暖，赤道附近海水升华产生水气，在海拔更高的地方重新冻结，成为陆地冰川的一部分。

最后在热带地区形成的未冰冻的水吸收更多的太阳能，开始使全球温度有更快的增加。大约在若干个世纪之后，一个酷热湿润的世界将取代深度冰冻的地球。

最后形成的温室

随着热带海洋解冻，海水蒸发并与二氧化碳共同作用，产生更加剧烈的温室效应。表面温度骤升到50摄氏度以上，造成剧烈的蒸发降雨循环。

含碳酸的倾盆大雨腐蚀了随冰川消退而留下的岩石碎片，涨水的河流把碳酸氢盐和其他离子冲入海洋，在那里形成碳酸盐沉淀。当全球气候恢复正常时，新的生命形式——由漫长的遗传隔离和选择压力而产生——开始在地球上聚居。

地球雪球的生命存活与恢复

所有动物都是由最初的真核生物转变而来，真核生物出现于大约20亿年以前，其细胞有一个被膜包围的核。到第一个雪球地球阶段时，（此时已是首批真核生物出现之后10亿年了），真核生物的进化也未超出单细胞原生动物和纤维状海藻。但是，尽管极端的气候可能“切断”真核生物树，曾生活于地球上的11种门类的动物仍然都在最后一个雪球地球事件末的狭窄时间窗口中出现了。雪球地球固有的持续的遗传隔离和选择压力可能是新生命形式大量出现的原因。