上面概述了地球的生平。大家心中不免會有這樣的疑問:那些發生在億萬年以前的往事，妳們是怎樣知道的?別說億萬年前，千百年乃至幾十年前的往事，如不作記載，也容易湮滅無聞。地球形成以後，過了40多億年才有人出現，有誰去記錄它的歷史?
是地球自己，地球的歷史就記錄在那些巖石之中。
幾乎在1000年前，中國學者沈括(1031～1095)最早在《夢溪筆談》中對於地球表面的許多自然現象進行了科學的解釋。例如，他談到了流水的侵蝕與沈積作用，推斷華北平原表面的泥沙是由西部山區經過河流搬運而堆積下來的;他還根據太行山山崖間所見海生螺蚌化石推斷現在距大海約千裏的該地在古代曾經是海濱;他是我國首先認識並命名“石油”的人。許多巖石是泥沙在水下堆積形成的，它們被稱為沈積巖(sedimentary rock)，成層出現是沈積巖的特征。那巖石中的螺蚌殼，是地質學中所說的化石。化石是生物的遺體或遺跡，因為生物死後如果是被泥沙迅速掩埋，並處在水下與氧氣隔絕的環境中，便有可能不至於完全腐爛，生物的介殼或骨頭被水中的礦物質逐漸滲透取代，變得堅固並仍保留原來的形態，成為巖石中特殊的成分———化石(fossil)。
宋朝沈括之後400多年，意大利著名的藝術家、知識淵博的學者達·芬奇(L.daVinci，1452～1519)也做出了自己的判斷:亞平寧山脈上發現的海生介殼化石，本是生活在海濱的生物，是河流帶來泥土把它們掩埋，並且滲入到它們的內部。他還推論，後來這裏的地勢升高，所以這些海洋生物的遺體就會出現在山上。沈括和達·芬奇都認識到了今日的山可以是過去的海，山野間的巖層就是地球歷史的遺跡。1669年，出生於哥本哈根的斯泰諾(N.Steno，1638～1686)更總結出在這些巖層之間，存在著如下的規律:沈積巖層在形成後，如未受到強烈地殼運動的影響而顛倒原來位置的話，則應該是先沈積的在下，後沈積的在上，保持近於水平的狀態，延展到遠處才漸漸尖滅。這就叫地層層序律(law of superposition of strata)。它使我們能通過那些似乎是雜亂無章的巖層，辨認出地球史冊的先後生成次序。巖層在這裏有了時間的意義，形成了地質學中的壹個重要的基本概念———地層(stratum)。地層是具有時間意義的巖層或巖層的組合，每壹段地層都代表著壹定的時間。這裏面不僅指成層的沈積巖，而且也包括了壹切產出於這段時間的其他巖石。如果沒有將時間和空間統壹起來認識的觀念，就談不上認識地球的歷史。不同時期形成的地層，依據其所代表的時間長短，可劃分為宇、界、系、統、階等地層單位，它們與地質時代中的宙、代、紀、世、期的時間上下限相同，即在“宙”這段時期形成的地層稱為“宇”，在“代”這段時期形成的地層稱為“界”，以此類推。地質年代表(表21)，就是時間與空間結合為壹體的表現。
“譬如積薪，後來居上”，中國古代賢哲早就有了這種認識，遺憾的是，僅將它用來說明人和事，並不用它去觀察山野間的巖石，他們甚至也未想到過需要對自然界做些什麽觀察。因為“天下之物本無可格者，其格物之功，只在身心上做”;因為“豈但禽獸草木，雖天地也與我同體，鬼神也與我同體”。這就是說，只要坐在那裏冥思苦想，壹切問題都可以從自己內心找到答案。在西方建立的地質學傳來以前，中國的學者再沒有人超過沈括的見識。西方後來居上了，英國人赫頓(J.Hutton，1726～1797)根據自己在野外考察的實際經驗和前人的認識，把時空統壹的地質思維形象地表述為“在地球現在的構造中，可以看到舊世界的廢墟”(《地球論》，1785)。他告訴人們，地球上過去的壹切變化都是由現存作用的緩慢活動所形成的。後來赫頓的同胞，萊伊爾(C.Lyell，1797～1875)用更豐富的事實論證和闡明了這條被概括為“將今論古”的定律，或稱現實主義原理(Actualism)，他的名言是:“今天是認識過去的鑰匙”。他的巨著《地質學原理》使地質學真正成為壹門科學，登上歷史的舞臺。現實主義原理是地質學(研究地球演化歷史)所特別重視的思維方法。
表2-1 地質年代表
註:此表主要依據InternationalCommissiononStratigraphy，UNESCO＆IUGS，2004;國際上有些學者建議把第四紀並入新近紀，此表暫保留之;元古宙的劃分按照國內的方案。
有了地質學這個武器，記錄在地球自己身上、過去不為人知的歷史，便壹點壹滴地被揭示出來了。地層中巖石的物質組成狀況，即它們的巖性和巖相，也可以告訴我們當初所處的環境。今日河流搬運泥沙入海，是從粗到細，由近及遠，先後有序地沈積。據此推知，今天地面上同壹地區同壹組地層中出現的巖石組成物質由粗到細的變化，正勾畫出當時沈積時水的深淺和離岸遠近。根據今天的變化，可以在巖層中找到過去留下的痕跡，連當初“浪翻湖底、風成沙丘、土地龜裂、雨打沙灘”，都有跡可尋(圖2-2)。
不過，僅僅從巖層本身的性質和位置的上下順序來解讀地球的歷史，顯然是不夠的。因為，並不是任何時候、任何地方都有沈積物在堆積，而且舊的巖層還在受到破壞並被搬走，歷史上這種情況很多。因此我們在壹個地區看到的地層，不可能留下所有時期形成的完整記錄，只能將世界各地分布的地層拿來對比，才能拼湊出壹個比較連續和完整的地層系列。我們還要看到，在巖層形成以後，還會有變動，而且有時會很強烈。原來近於水平的地層會變得歪歪扭扭，或者發生斷裂錯動，離開了原來的位置。
圖2-2 波痕(A)、風成交錯層理(B)、泥裂(C)和雨痕(D)
怎麽樣才能把這部被攪亂了的地球史冊整理清楚呢?化石對於時代相對先後次序的確定，能起到關鍵性的作用，有它獨特的優越性。因為生物的發展總是從簡單到復雜，從低級向高級不斷進化的，這被稱為生物演化的進步性，同時生物演化還具有階段性和不可逆性。只要能認出形成化石的生物，就可以同其他地層中的化石比較，以確定其先後次序。自學成才的英國運河工程師史密斯(W.Smith，1769～1832)，在開鑿運河的過程中獲得了大批化石，經過他的整理研究，發現每壹地層都有其特定的化石，他據此制定出世界上第壹張系統的地層表，不僅使英國地層層序得到科學的整理，而且對歐洲地層的劃分也很有參考價值。從此，又多了壹個化石層序律(law of fossil of sequence)來幫助我們查考地球的歷史。
化石不僅對確定層序有用，而且也能反映出當時的環境狀況，如現代珊瑚喜歡溫暖清澈的海水，寒冷地區的動物長有厚厚的長毛;因此，含有珊瑚化石的地層，不會形成於寒冷地帶，披著長毛的犀牛和大象化石的出現，說明它們當時的生存環境不會像今天非洲那樣炎熱。而古代形成的石灰巖中含有大量藻類化石，有力地證明了這些石灰巖是形成於海洋之中的。海洋中的生物，壹般不會跑到陸地上的淡水湖中變成化石;陸地上才有的植物化石，壹般也不容易在古海洋地層中找到。
古生物學研究的成果為地層的劃分提供了強有力的支持。精通解剖學的法國古生物學家居維葉(D.G.Cuvier，1769～1832)在研究了大量動物器官的構造與機能以後，發現各種形態的動物機體都是壹個統壹的體系，這個體系的每個局部在構造和機能上都是互相適應的，因此了解局部就能推知其整體。居維葉這個“器官相關律”使我們能夠就化石保存的動物殘骸來推定它的身體結構和習性，重新塑造出它原來的形象，從而對地球歷史上的環境與生命的活動得到更多的了解。他也註意到化石與地層的密切關系，認為“如沒有這種關系，我們就決不會想到在地球的形成過程中曾有過前後相繼的時期”。他的工作對地質學的發展起到了積極的促進作用。
因此，化石的價值是不可以用金錢來估量的，我國國務院早在1956年4月2日就頒布了法令禁止買賣“龍骨”，即脊椎動物化石，對化石進行保護。近年來又做出了更全面細致的規定。