自然
生命の定義について万人が合意したものはないが、科学者は一般に生物学的な生命の徴候として、代謝、成長、適応、刺激への反応、生殖を挙げる。生命は単に生物の特徴的状態であるという場合もある。
地球上の生物(植物、動物、菌類、原生生物、古細菌、真正細菌)に共通する特徴として、細胞があり、炭素と水を基本とする複雑な組織があり、代謝活動し、成長する能力があり、刺激に反応し、生殖するということが挙げられる。これらの特徴を持つものは一般に生命と見なされる。しかし、生命の定義で常にこれらの特徴が必須とされるわけではない。組織の組成を除外すれば、人工生命も生命と見なされうる。
生物圏とは地球の外殻部分の一部(地表、水中、空気および大気中)であり、そこで生命が生まれ様々に変化する領域である。広義の地球生理学的観点から言えば、生物圏とは全ての生物とそれらの関係を含む地球規模の生態系であり、岩石圏・水圏・大気圏の各種要素との相互作用も含む。現在、地球上には750億トンのバイオマス(生命)があり、それらが生物圏の様々な環境に生息している。
地球全体のバイオマスの9割は植物であり、動物は植物の存在に強く依存している。動植物の種はこれまでに200万種以上識別されており、現存する種の実際の数は数百万から5000万以上あると見積もられている。今も次々と新種が出現し、同時に絶滅する種もあるため、現存する種の数は常に変化している。現在、種の数は急速に減少している。
地質学は地球を構成する固体や液体について研究する科学の一分野である。地質学は、構成、構造、物理特性、力学、地球を構成する物質の歴史、それらが形成・移動・変成されたプロセスなどを研究する。それは主要な学問分野の1つであり、鉱業や石油・石炭などの採掘にとっても自然災害の可能性を知り被害を防ぐという意味でも重要であり、過去の気候や環境を理解する上でも重要である。
ある地域の地質は、マグマが冷えたり、堆積によって岩盤ができ、変成作用でその組成が変化したり地殻変動によって位置や形状が変化することで形成される。
岩石はまず堆積によって形成されるものとマグマが母岩に貫入することで形成されるものがある。堆積岩は地表に堆積物が積もり、それに続成作用が働いて形成される。火成岩には溶岩が地表を覆ってできる火山岩もある。火山灰の堆積でできる凝灰岩は堆積岩に分類される。バソリス、ラコリス、岩脈、岩床などの火成貫入岩は、上にある岩体を押し上げ、貫入することで結晶化したものである。
形成された岩はその後、なんらかの力を受けて変形したり、変成作用によって組成が変化したりする。典型的な変形は水平方向の圧縮する力による褶曲、水平方向の伸張させる力やすれる方向の力による断層などがある。これらの構造は主にプレートの境界に対応しており、収束型境界、発散型境界、トランスフォーム型境界がある。
地球は、太陽や他の惑星と共に約45億4000万年前に原始太陽系星雲から誕生したとされている。月はそれから約2000万年後に形成された。当初は熱で融解していたが、外側から徐々に冷却され、固体の地殻が形成された。ガス放出や火山活動が原始大気を形成した。彗星の氷などから水がもたらされ、水蒸気が凝結することで海洋などの水圏が生まれた。そして約40億年前に高エネルギーの化学反応によって自己複製可能な分子が生まれたと言われている。
大陸は形成と離散を繰り返しており、数億年をかけて超大陸を形成しては、それが分裂するということを繰り返している。約7億5000万年前、既知の最古の超大陸ロディニア大陸が分裂を始めた。個々の大陸は再び集合してパノティア大陸を形成し、約5億4000万年前に再び分裂を開始した。そしてパンゲア大陸が形成され、これが分裂を開始したのが約1億8000万年前のことである。
新原生代に激しい氷河作用によって地球全体が氷に覆われたと見られる重要な証拠が見つかっている。この仮説的状態を「スノーボールアース」と呼ぶ。その直後の5億3000万年前から5億4000万年前にカンブリア爆発と呼ばれる多細胞生命体の劇的な増殖が始まった。