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科学家可以根据地层中的岩石、化石来推断当时的古生物、古气候、古地理、古环境状况，以及当时发生的地壳运动、岩浆活动、海陆变迁、沉积矿床的形成情况等，从而探知地球的历史。地层的研究与化石的研究息息相关，它是地质科学的基础，所以单独成为一门学科——地层学。
地球形成至今已有46亿年了，地质学家是如何了解地球过去历史的？很重要的一项工作就是根据地层来分析。地层一般指地质历史中形成的层状岩石，包括沉积岩、火成岩以及由两者变质而成的变质岩。譬如，目前发现地球上最古老的沉积岩层的年代是距今39亿年，这证明至少39亿年前，地球上已存在水和大气层了，因为有水存在，风化的岩石碎屑才会在水中沉积下来。
距今39亿～25亿年间形成的地层由于年代久远，加上受到几次大的地壳运动的挤压、破坏，以及高温岩浆活动的影响，大多有些变质，即岩石结构有些变形，岩石质地较坚硬，岩石成分较复杂。这一时期常会形成一些特大型的沉积铁矿，如辽宁鞍山铁矿。这一时期的地表温度较高，大约在70℃（现在平均只有15℃），又缺乏氧气，所以不适合一般生物的生存，但却适合蓝细菌的生长，并可在地层中形成化石。但因当时蓝细菌的种类还很少，故对地层划分起的作用不大。而沉积岩层中夹有较多的火山喷发物，加上当时发生较多、较大的地壳运动，从而导致上下地层不一致，因此，只能利用地层中的放射性元素来测定年代。这一时期称为太古宙。
距今25亿～5.41亿年间，地球上的蓝细菌发展到了鼎盛时期，它们常把海里的岩屑固结在自己周围，从而形成颇为壮观的叠层石，甚至形成礁体。此外，真核细胞的藻类、多细胞的藻类也一一出现，到约6亿年前，原始的动物也出现了。但那时动物的数量和种类均很少，仅有多孔动物门的海绵类、腔肠动物门的水母类和环节动物门的蠕虫类等。由于这一时期地壳运动和岩浆活动相对较弱，所以当时形成的地层变质较少，地质学家可以从地层中获得如古气候、古地理、古环境、地壳运动、岩浆活动等更多的信息。这一时期在各个方面都与太古宙显著不同，所以古生物学家称它为元古宙。随着新技术的兴起，如古地磁技术的应用，地质学家从地层中了解到19亿年前地球大陆板块很少，且聚于北半球形成一块“泛大陆”。
从距今5.41亿年以来为显生宙，此时大量生物出现了。寒武纪大爆发后，地球上出现大量的生物，在地层中形成许许多多化石，而且地层越新，就能见到越多更加复杂、多样的生物化石。科学家可以根据地层中的岩石、化石来推断当时的古生物、古气候、古地理、古环境状况，以及当时发生的地壳运动、岩浆活动、海陆变迁、沉积矿床的形成情况等，从而探知地球的历史。地层的研究与化石的研究息息相关，它是地质科学的基础，所以单独成为一门学科——地层学。
