大約西元前四十五億四千萬年 地球誕生
隕石與星體天文物理學（stellar astrophysics）的證據顯示，我們太陽系中的太陽與其他行星都約在同一時間誕生，也就是大約四十五億年前，由炙熱的星際氣體與微塵構成的巨大旋轉星雲崩塌形成。我們的家鄉，地球，是其中最大的多岩陸地型行星，運行軌道相對接近太陽，地球也是唯一一個擁有大型自然衛星的類地行星（terrestrial planet）。對地質學家而言，地球是一個充滿岩石的火山世界，內部劃分為薄薄的低密度地殼、較厚的矽酸鹽地函與部分熔融的高密度鐵質地核。對大氣學家來說，這是一座擁有淺薄氮氧與水蒸氣大氣層的行星，並擁有廣闊的液態水海洋與極圈冰冠系統作為緩衝，以上一切都與地質時間尺度下的週期大型氣候變遷有關。而對生物學家而言，這兒是天堂。
地球是我們所知宇宙唯一載有生命的地方。化石與地質化學紀錄的證據也確實顯示了，地球上的生命幾乎打從生物能夠生存之際，便隨即現身，剛好就是早期太陽系猛烈的小行星與彗星雨撞擊終於安靜下來的時候。地球表面環境條件似乎在過去四十億年來，一直保持相對穩定的狀態；這樣的安定，再加上我們的行星位於所謂的適居帶（也就是溫度適中且水分維持為液態），生命因此得以生長繁茂，並演化出無數的獨特形態。地球的地殼分裂成幾十塊能夠移動的板塊（tectonic plates），基本上漂浮於上部地函。地震、火山、山脈與海溝等激烈的地質現象則發生於板塊邊界。絕大多數的海洋地殼（約占地球表面70%的區域）都十分年輕，它們從中洋脊的火山噴出，生成的年代從數百萬年前，一直到今日。
地球大氣層的大量氧氣、臭氧與甲烷是擁有生物生存的指標，也是研究地球的外星天文學家能夠從遙遠他方偵測到的標誌。這些氣體也正是現今地球天文學家在眾多類似太陽的恆星附近，在那一座座類似地球的外太陽系行星裡尋找的指標。太空中是否有更多地球等著我們發掘？
約西元前六千萬年 靈長類
雖然哺乳類成功挺過兩次大規模生物滅絕，但是，在面對一座通常充滿更大型且更強壯的掠食者的世界中，早期哺乳類依舊必須發展出能夠幫助牠們成功生存的行為策略與演化適應優勢。有的哺乳類發展出挖掘洞穴的能力，協助牠們以隱匿的生活方式，躲過絕大多數的掠食者。有的哺乳類則學會爬到樹上，例如現代靈長類的前身。
靈長類屬於哺乳類，擁有雙手、如手般的雙腳與前視的雙眼。牠們的體型從嬌小的三十公克重的狐猴（lemurs），一路到兩百公斤的大猩猩（gorillas）皆有，兩個極端體型之間包括了許多物種，例如狨猿（marmosets）、眼鏡猴（tarsiers）、猴、人猿（apes），當然還有人類。絕大多數的靈長類都是技巧純熟的樹棲動物，最知名的例外就是我們人類。由於樹棲的生活方式，靈長類因此演化得更依賴視覺與嗅覺感官（勝過絕大多數的哺乳類），另外，更敏銳的立體視覺、色彩感知，以及對生拇指，都是極具優勢的適應發展。
最早的靈長類紀錄大約可以回溯到六千至五千萬年前，例如達爾文麥塞爾猴（Darwinius masillae）。這種如今已經絕種的動物，模樣其實如同現代的狐猴，但兩者的爪與牙齒有相當顯著的不同。靈長類的後裔究竟如何且為何與其他哺乳類分道揚鑣，是現今密集探討研究與爭論的主題。例如，某些基因證據顯示，一小部分的早期靈長類與靈長類前身可能因為與主要群體有了地理的隔絕，迫使牠們重新建立不同的生態棲位。
另一方面，最早的類靈長動物（猴與人猿）可回溯至大約四千萬年前。目前的假說認為牠們的起源地為亞洲，並且似乎很快就以某種方式越過大西洋（當時的大西洋寬度比今日狹窄，但距離依舊可觀），接著定居於非洲、歐洲與南北美洲等地的熱帶環境。
靈長類的生活方式包括獨居、配偶生活，以及大型社會結構。相較於其他體型相似的哺乳類，靈長類動物從幼年發展至成年的速度較為緩慢，但壽命也相對較長。許多現代靈長類的行為研究也發現牠們擁有較高的智力，發明與使用工具的歷史似乎也比較長。
約西元前一萬年 「冰河時期」的尾聲
米盧廷．米蘭科維奇（Milutin Milanković，西元1879—1958年）
根據定義，冰河時期（ice age）為地球表面與大氣層平均溫度，經過數百萬年以上長期遞減的時期，大陸冰川與極區冰層會在此時期增長。然而，從地質、化石、冰芯與海洋沉積紀錄中可見，每一段長時間的冰河時期內，都可以分為許多段較短的時期（約數萬到數十萬年之間），一波波地球平均氣溫較冷與較暖的短暫時期分別稱為「冰期」（glacial）與「間冰期」（interglacial）。地球歷史中各個長時間冰河時期，似乎都是由幾十段或甚至數百段短時間的冰期與間冰期循環週期。在1940年代早期，塞爾維亞（Serbian）的天文學家及氣候學家米盧廷．米蘭科維奇發現這些短期的氣候變化週期，都會隨著地球的傾斜度（obliquity）與地球繞日軌道的形狀（即偏心度〔eccentricity〕）而有所不同，而地球的傾斜度與偏心度都會影響地球表面接收到的能量多寡。這些天文變異名為米蘭科維奇循環（Milanković cycles），以紀念他對於此領域所作的開拓性研究貢獻。
我們都正生活於第四季冰河時期（Quaternary glaciation）的間冰期裡。現在的冰河時期似乎從兩百六十萬年前開始，而地質學家稱為全新世（Holocene epoch）的目前間冰期之起點，則在僅僅一萬兩千年前（時間與現代文明的誕生相同）。第四季冰河時期目前已經包含了超過60次冰期與間冰期的週期，影響兩者交替的不只有天文引力，但也包括了溫室氣體（例如二氧化碳）的長期變化、洋流與板塊構造運動導致的大陸移動。雖然有點感受不到，但嚴格來說我們其實正生活在冰河時期，最好的證據就是南極與格陵蘭的冰川與冰層在過去數百萬年之間都不曾消失。然而，若是現今氣候繼續以這般前所未見的模式繼續暖化，也許我們此時也正一步步迎向第四季冰河時期的終點。
約西元前3000年 最古老的活樹
根據化石證據，樹木首度在地球出現的時間大約在泥盆紀中期，約三億八千萬至四億年前。樹木似乎是植物進行廣大演化實驗中的繁殖方式之一，針葉樹等某些已知最古老的樹木物種都是最早的裸子植物（gymnosperms），這是一種生產種子的植物，必須實際與其他植物交換花粉才能繁殖。這類植物發展出與較早期陸地植物不同的繁衍路徑，早期陸地植物例如蕨類就以孢子繁殖，並需要額外協助，如授粉生物（例如昆蟲），以及／或風與火等自然授粉過程。開花的植物是裸子植物的分支之一，稱為被子植物（angiosperms），它則是一種會將種子包在果實中的植物。在白堊紀中期（約一億年前），會結果的開花植物樹木演化誕生，並且與針葉樹一起漸漸在地球各大陸廣大的溫帶與熱帶地區形成森林。
在沒有其他壓力因素之下，一般樹木都擁有一百到兩百年的壽命。不過，某些種類的樹木擁有更強大的生命力，能夠存活上千年，其中包括堅韌的刺果松（pinus longaeva）。刺果松擁有目前已知最年長的單一樹木（以年輪與碳定年計算），位於美國加州中部的白山山脈（White Mountains）的樹木定年約有五千年；包括其中一棵刺果松名為瑪土撒拉（Methuselah）。其他亙古老樹還包括巨杉（giant sequoias）、紅木（redwoods）、檜（juniper）與柏（cypress）。
某些樹木群或甚至是一整座森林的樹木，都是樹根相互連結成一系統的廣大營養系（colonies），其代表的是一個單一生物。雖然這些營養系生物地表的一棵棵獨立樹木通常只有數百年的壽命，或是鮮少擁有數千年的年齡，但某些營養系樹木（clonal tree）的樹根系統其實相當遠古。目前發現最古老的位於溫帶，其中北方橡木（boreal oaks）、雲杉（spruce）與松樹都估計高達一萬歲，而美國猶他州一個令人驚豔的白楊（aspens）營養系的樹根約估高齡八萬歲，或甚至可能是不可思議的一百萬歲。
西元1600年 眾多地球？
喬爾丹諾．布魯諾（Giordano Bruno，西元1548—1600年）
日心說的太陽系觀點由波蘭的天文學家哥白尼在1543年首度提倡，但並未被十六世紀的同儕學者們廣泛接受。雖然地球並非宇宙中心的的說法與十六世紀羅馬天主教（Roman Catholic Church）的經文並不一致，諷刺的是，身為天主教教徒的哥白尼卻從未因為他的觀點受到太多爭議。然而，其他像是伽利略（Galileo）等人很快就承接了眾多論爭。
哥白尼學說（Copernicanism）最早且聲量最大的提倡者之一，就是十六世紀晚期的義大利哲學家、天文學家與道明會（Dominican）修士喬爾丹諾．布魯諾。布魯諾似乎是當時許多異教與科學、宗教及自然哲學爭議觀點的強烈發聲者。雖然布魯諾從未有過任何特殊的觀察、技術或發現，但他最終對於非地心說的強烈堅信，甚至超越了哥白尼。
布魯諾在1584年出版《無限的宇宙與眾多世界》（De l’Infinito, Universo e Mondi）一書中，假設地球僅是無數恆星中所圍繞運行的無數行星之一，而我們的太陽也是無數恆星的一員。對於天主教而言，擁護這類多重世界的言論僅僅只算是溫和的異教思想，但布魯諾大張旗鼓地再加上其他對於基督神學中心教義的貶低，例如上帝在他的無盡宇宙中也並非中心。布魯諾曾在超過15年的時間中，逃過天主教法庭的迫害，但最終仍被逮捕、審判，在判決有罪之後，在1600年於羅馬以火刑燒死。
簡單地將布魯諾化為一名浪漫的科學烈士，為真理與宗教政權對抗，實在相當誘人，尤其是他的某些對於宇宙學及眾多世界的想法其實都是正確的。但是，在他之前或甚至與他同一時代許多同樣與教廷看法相左的人，都並未遭受如此極端的命運，最知名的伽利略也僅因為他對於宇宙的異教觀點被判在家軟禁。布魯諾的慘劇可能與他提倡哥白尼學說的關聯不大，而是在於他的對抗方式，以及他對於權威與所謂正統的全力批評。
1896年 地球科學界的女性
弗蘿倫絲．巴斯康（Florence Bascom，西元1862—1945年）
千年以來，現代科學研究追求一直都是男性為主的領域。不論是學術或社會上，女性都一直不被鼓勵從事科學或科技領域的職業，女性被強烈禁止進入任何尖端學術機構，任何頂尖的學術協會也不允許任何女性成員，甚至不得表揚任何女性。雖然歷史中的確有少數例外的紀錄，但在整段科學歷史期間，這裡絕大部分都是男孩俱樂部。
不過，至少在地球科學領域，此情形在十九與二十世紀期間有了緩慢的轉變。例如，英國化石收藏家瑪麗．安寧，便對十九世紀早期的古生物領域創造了重大貢獻，雖然她未曾接受任何該領域的正式教育，而且當時鮮少正式學術單位承認且讚揚。另一項例子，則是地質學兼古生物學家瑪麗．福爾摩斯（Mary Holmes，西元1850—1906年）在1888年，成為第一位獲得地球科學領域博士學位的美國女性。
另一位十九世紀晚期的頂尖地球科學家就是弗蘿倫絲．巴斯康，她更讓女性在科學領域有了十分重要的進展。巴斯康在1890年獲得地質學博士學位，是美國第二位地球科學領域的女性博士，並在1896年成為美國地質調查局第一位聘雇的女性。巴斯康主要研究曾經或現今大陸板塊邊界附近的火成岩組成與成因，她也是礦物學、結晶學與岩石學（petrology，研究岩石形成的學門）的專家，就像許多現代地質學家，她的研究也同樣結合了野外與實驗室等觀察。巴斯康針對美國東部海岸地區的阿帕拉契山脈的山麓（piedmont）一帶，提出並檢驗許多關於成因與後續演化的創新假說。在為美國地質調查局工作的過程中，她也一面在1901年為布林莫爾學院（Bryn Mawr College）成立了地質科學系，直到1928年之間，都在此教育與指引學生。
雖然始終遭遇無數性別歧視，研究生涯所做的貢獻亦經常不受承認，然而，安寧、福爾摩斯與巴斯康等許許多多女性，都緩慢地為後世女性推開學術的大門。即使如此，今日這扇大門仍然尚未完全敞開：目前科學領域的博士學位女性已占50%，但大學科學教職位置中的女性不到25%。就像美國科學教育家比爾．奈（Bill Nye）在科學節目《The Science Guy》所說的：「世界有一半人口是女人與女孩，所以，讓一半的科學家與工程師也是女人與女孩吧。」
西元1972年 地球科學衛星
將太空影像科技用於建立更好的氣象監測與預報，是衛星遙測地球相當明顯且重要的第一步應用。然而，1960年代與1970年代早期的科技有了大幅擴展，不僅是針對簡單的黑白或可見光波彩色相機的裝設，還有其他像是光譜儀等能夠判別表面與大氣層原子、分子或礦物成分的儀器。
1972年發射的第一顆美國政府地球資源技術衛星（Earth Resources Technology Satellite），之後更名為大地衛星一號（Landsat 1），就是太空遙測研究地球的主要進展之一。大地衛星一號掛載了兩個當時先進的影像相機，並且發射至極區軌道，因此可以在地表於衛星之下旋轉時測繪整座地球。大地衛星一號在五年的運作時間中收集了十分大量的數據，這些數據能應用在農業作物健康狀態、漁業與沿岸健康狀態、森林砍伐速率與健康狀態、水資源（河川、湖泊與海洋）的轉變、火災與洪水等天然災難的復原速率，以及全球尺度的氣候變遷（山脈雪峰、冰川與冰冠）。
由於進一步了解了地球受到的環境衝擊，接下來由美國太空總署發射並由美國國家海洋暨大氣總署管理的地大衛星二號至八號，每一架裝載的感測器都逐漸提升。美國同時也額外發射了許多地球科學衛星，主要針對海洋、大氣層與重力場及磁場的研究，監測各式各樣我們星球的特質，例如海浪高度、風速、降雨量與雲層，以及地表溼度等等。
其他國家與太空研究單位也十分投入太空領域的地球科學。自1972年，發射了地球科學與氣象監測衛星的國家就包括阿根廷、巴西、中國、歐洲太空總署、法國、印度、日本、摩洛哥、奈及利亞、巴基斯坦、菲律賓、俄羅斯、南韓、瑞典、泰國、土耳其與委內瑞拉等等。許多國家也陸陸續續地投入，而最近眾多私人公司也加入地球科學衛星數據的收集、處理與分配。
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