지구의 역사는 지구가 형성된 이후 현재까지의 역사를 간단히 기술합니다. 지구가 태양계의 일원으로서 탄생한 것은 지금으로부터 약 46억 년 전이라고 생각됩니다. 최초의 지구 내부가 핵, 맨틀, 지각으로 나뉘는 과정에서 최초의 해양이나 대기를 형성하였습니다. 지구상에 최초의 생명이 출현한 것은 약 37억 년~39억 년 전쯤입니다. 생명이 출현할 때까지의 지구의 상태를 생각할 자료는 극히 적으므로, 운석, 운철(隕鐵) 따위의 자료나 다른 천체의 성질 등에서 추정하고 있습니다. 생명이 출현한 뒤부터의 지구의 연대는 생물이 발달한 단계에 고생대, 중생대, 신생대로 나뉘고, 각 지질 시대는 더욱 세분화된 연대로 구분됩니다. 이들 시대에 일어났던 갖가지 변동에 의하여 오늘날의 대륙과 해양이 완성되고, 생물계에는 점차로 고등생물이 출현하여 마침내 인류의 탄생을 보기에 이르렀습니다.
태양계의 형성
원시 행성계 원반의 모식도
태양계 형성의 표준 모델은 성운설이라고 하는 이론에 기초합니다. 이 이론에 의하면, 태양계는 우주 먼지와 기체가 모여 회전하는 거대한 구름인 태양 성운으로부터 형성되었습니다. 구성 성분은 빅뱅 직후 만들어진 수소와 헬륨, 그리고 초신성에서 방출된 무거운 원소들이었습니다. 45억 년 전, 근처 초신성의 충격파의 영향으로 성운은 수축하기 시작하였으며, 회전 속도도 빨라지기 시작하였습니다. 이로 인해 각운동량, 중력, 관성이 증가하면서 성운은 회전축에 수직으로 납작해져 원시 행성계 원반을 이루었습니다. 내부의 큰 물질들의 충돌로 인한 섭동으로 킬로미터 크기의 원시행성이 만들어졌습니다.
각운동량이 작았던 성운의 중심부는 빠르게 압축되었고, 이로 인해 열이 생성되면서 수소가 헬륨으로 핵융합하기 시작하였습니다. 곧 T 타우리 별이 연소되면서 태양을 만들었습니다. 한편, 성운의 외곽부에서는 물질이 응축되기 시작하면서 원시 행성계 원반은 여러 개의 고리로 나뉘게 되었습니다. 비교적 더 큰 우주먼지와 잔해들은 서로 뭉치면서 (강착) 행성을 만들었습니다. 이러한 과정으로 지구는 약 45.4억 년 전에 형성되었을 것으로 보이며, 1000~2000만 년 후 완전한 행성을 이루었습니다. 응축되지 못한 먼지는 태양풍에 의해 바깥으로 밀려났습니다.
원시 지구는 강착 과정으로 점차 크기를 키워갔으며, 내부는 뜨거워져 중금속인 친철원소들이 액화되기 시작하였습니다. 금속들은 토양을 이루는 규소염보다 더 무거웠기 때문에 가라앉았는데, 이 과정을 철의 대변혁(iron catastrophe)이라고 하여 지구 형성 1000만 년 후 원시 맨틀과 내핵이 분리되고 지구 자기장이 생겨난 사건입니다. 지구 최초의 대기는 태양 성운에서 비롯한 수소와 헬륨 같은 가벼운 원소로 이루어졌습니다. 이 원소들은 이후 태양풍과 지구의 열로 인해 우주로 날려져 버렸습니다.
명왕누대와 시생누대
지구 역사상 첫 누대 (이언)는 명왕누대로 지구 형성부터 38억년 전의 시생누대까지를 뜻합니다. 가장 오래된 바위는 40억 년 전 형성되었으며 가장 오래된 퇴적 지르코늄 결정이 44억 년 전, 지각이 형성된 지 얼마 안 되어 만들어졌습니다. 이 시기 원시 행성 중 하나가 지구에 부딪쳐 지각과 맨틀을 방출시키면서 달이 형성되었다는 이론을 거대충돌 가설이라고 합니다.
다른 별들에 남은 크레이터 수로 추측할 때 약 41억년 전부터 38억 년 전까지는 제2 폭격기(Late heavy bombardment)라 불리는, 수많은 운석이 지구에 쏟아진 시기가 있었던 것으로 추측됩니다. 또 거대한 열의 흐름으로 인해 화산 활동이 매우 심했습니다. 그러나 이 시기의 퇴적 지르코늄 결정이 발견되었다는 사실은 이미 당시 물이 바다나 대양의 형태로 존재했다는 증거입니다.
시생누대 초기, 지구는 편이었습니다. 이 시기 대기는 산소와 오존층이 없었으므로 대부분의 생명체는 살아남기 힘들었습니다. 그럼에도 불구하고, 35억 년 전의 화석이 발견됨에 따라 과학자들은 시생누대 초기를 원시 생명의 출현 시기로 보고 있습니다.
달의 형성
이 부분의 본문은 달 및 거대충돌 가설입니다.
지구의 자연위성인 달은 태양계 다른 위성과 비교해볼 때 상대적으로 큽니다. 아폴로 계획 동안에 얻은 달의 암석을 연대 측정해 보면 약 45.3억 년으로 적어도 태양계가 형성된 지 3000만 년이 지난 후에 만들어진 것으로 보입니다.
달의 형성 과정에 대해 설명하려면 다음과 같은 질문에 답할 수 있어야됩니다. 먼저, 달은 밀도가 낮고 작은 금속성 중심부가 있습니다. 두 번째로, 물이나 휘발성 원소가 존재하지 않습니다., 세 번째로, 산소 동위원소의 상대적 농도가 비슷합니다. 수많은 형성 가설 중 가장 잘 받아들여지는 가설은 거대충돌 가설(giant impact hypothesis)로, 화성 크기의 물체가 원시 지구와 충돌하면서 달이 형성되었다는 것입니다.
이 “거대충돌”은 공룡 멸망의 원인이 된 운석 충돌의 1억 배 정도의 에너지를 냈을 것이며, 지구 외곽 일부를 기화시키고 지구와 원시 행성 둘 다 액화시키기에 충분했습니다. 맨틀 중 일부가 방출되어 지구 주변의 궤도에 자리 잡았습니다. 이 설명은 달에 금속이 극히 적다는 사실을 설명할 수 있습니다. 몇 주 내로 방출된 맨틀은 중력의 영향으로 구 형태로 변하였고, 이것이 달이 되었습니다.
첫 대륙
판의 이동은 맨틀 대류 때문에 일어나는 것으로, 지구 내부에서 바깥으로 흐르는 열의 움직임 때문입니다. 이로써 해령에서는 판이 생성되고 해구에서는 판의 섭입으로 파괴가 일어납니다. 시생누대 초기, 맨틀은 오늘날보다 더 뜨거운 섭씨 1600도 정도였으므로, 맨틀 대류의 속도도 더 빨랐다. 명왕누대와 시생누대 시기에는 해구가 더 많았고, 판이 더 작았을 것으로 추측됩니다.
이 과정과 제2 폭격기를 거치면서 원시 지각은 소멸되었습니다. 첫 대륙 지각은 명왕누대 말기인 40억년 전쯤 등장하였습니다. 이 대륙 지각 조각들을 대륙괴 (크레이톤)이라고 하는데, 이들이 모여 오늘날의 대륙이 기원한 중심부를 만들었습니다. 발견된 가장 오래된 바위는 캐나다의 북아메리카 대륙괴에서 발견된 섬록암입니다. 이 바위들에는 열로 인해 변모한 모습과 당시 존재한 강물이나 바닷물로 인해 떠밀려온 모래가 퇴적된 모습이 보입니다. 크레이톤은 대개 두 가지 지층으로 구성되었는데, 그중 첫 번째 지층이 그린스톤 대입니다. 그린스톤은 해구에서 발견되는 퇴적암과 유사하여 시생누대의 섭입 과정이 있었다는 증거로 사용되기도 합니다. 두 번째 지층은 규장질의 연한 바위로, 토날라이트, 트로젬암, 화강섬록암 등으로 이루어져 있습니다 (이 세 가지 성분의 이니셜을 따 TTG-지층이라고 불립니다).