지구는 약 46억 년의 역사를 가지고 있지만, 지질학자들은 지구의 과거 역사를 어떻게 이해하고 있을까? 가장 중요한 작업 중 하나는 지층을 분석하는 것입니다. 지층은 지질학적 역사 동안 형성된 층화된 암석을 의미하며, 이에는 사암, 화산암, 그리고 이러한 암석의 변질물이 포함됩니다. 예를 들면, 지구에서 가장 오래된 사암층의 연대는 39억 년으로 알려져 있는데, 이는 적어도 39억 년 전에 지구에 물과 대기가 존재했다는 것을 의미하는데, 물이 있어야 풍화작용을 받은 암석 파편이 물속에 침식되었기 때문입니다.
39억에서 25억 년 전에 형성된 지층은 오랜 기간 동안 여러 번의 지각 운동, 압축, 파괴, 그리고 고온의 용암 활동의 영향을 받아 변질되었습니다. 이때 암석 구조가 변형되었고, 암석이 더 강해졌으며, 성분도 더 복잡해졌습니다. 이 기간에는 특히 대규모의 사암이 형성되었는데, 예를 들면 만주의 안산 철광석이 이에 속합니다. 이 기간의 지면온도는 70℃였는데, 지금은 평균 15℃입니다. 또한 산소가 결여되었기 때문에 일반적인 생물체는 생존할 수 없었지만, 청구어류는 지층 내에서 화석으로 남아있었습니다. 하지만 그 당시 청구어류의 종류는 매우 적어서 지층 분류에 도움이 되지 않았습니다. 지층 내에 화산 분출물이 많이 포함되어 있었고, 지각 운동도 많이 발생했기 때문에 상하 지층이 일관되지 않았습니다. 따라서 지질학자들은 지층 내의 방사성 원소를 통해 시기를 분석할 수 있습니다. 이 기간은 태古代라고 불립니다.
25억에서 5.41억 년 전에, 청구어류는 번성하였으며, 바다 내의 암석을 자신 주변에 고정시키면서 아름다운 叠层岩을 형성하였고, 심지어 암석을 포함하는 리프도 형성되었습니다. 또한, 핵세포를 가진 조류와 다세포 조류도 출현하였으며, 약 6억 년 전에 원시적인 동물도 출현하였습니다. 하지만 그 당시 동물의 수와 종류는 매우 적었고, 다공동물, 해파리, 環節동물 등만 존재했습니다. 이 기간에는 지각 운동과 용암 활동이 상대적으로 약했기 때문에, 지질학자들은 지층에서 고대 기후, 지질, 환경, 지각 운동, 용암 활동, 해陸 변화, 침수矿床 형성 등에 대한 더 많은 정보를 얻을 수 있었습니다. 이 기간은 여러 면에서 태古代와 달랐기에 지질학자들은 이를 元古代라고 불렀습니다. 새로운 기술의 출현, 예를 들면 구형 자기학의 적용으로 지질학자들은 지구의 대륙 판이 매우 적었고, 북반구에 모여있는 'Panthalassa'라는 대륙이 존재했다는 것을 지질학 연구에서 알 수 있었습니다.
- 41억 년 이후는 프로터وز오이코(Proterozoic)이며, 많은 생물이 출현하였습니다. 캄브리아 대炸(the Cambrian Explosion)이 일어난 후, 지질학적 기록에 수많은 화석이 남아 있었고, 지질학적 기록이 더 새로울수록 더 복잡하고 다양한 생물 화석을 발견할 수 있었습니다. 과학자들은 지질학적 기록 내의 암석과 화석을 통해 고대 생물, 기후, 지질, 환경 그리고 지각 운동, 용암 활동, 해陸 변화, 침수 광석 형성 등에 대한 정보를 얻을 수 있었습니다. 지층 연구와 화석 연구는 밀접히 연관되어 있고, 지질학의 기초이며, 따라서 별도의 학문인 지층학으로 분류되어 있습니다.