miniatuur|upright=1.55|De geschiedenis van de Aarde bestrijkt een extreem lange periode. Om dit te visualiseren wordt deze 4,6 miljard jaar weleens geprojecteerd op een 24-urige zogenaamde geologische klok. Op een dergelijke klok wordt de vorming van de Aarde geklokt op middernacht. Het eerste leven ontstaat rond 3.15 uur. Pas om 12 uur 's middags wordt de atmosfeer zuurstofrijk, en om 4 uur 's middags verschijnen de eerste primitieve zeedieren. De Cambrische explosie vindt plaats om kwart over negen 's avonds en om tien uur (tijdens het Devoon) verovert het leven het land. De dinosauriërs sterven om 23.40 uur uit en de eerste mensen verschijnen pas 20 seconden voor middernacht.
De geschiedenis van de Aarde schetst het ontstaan en de ontwikkeling van de planeet waarop de mensheid leeft. Volgens gangbare wetenschappelijke inzichten is de Aarde ongeveer 4,56 miljard jaar (4,56·10 jaar = 4.560.000.000 jaar = 4,56 Ga) geleden gevormd door accretie van materiaal uit de zonnenevel.Allègre et al. (1995) De ouderdom van de Aarde is vastgesteld door radiometrische datering van de oudste gesteenten en meteorieten (de andere planeten uit het zonnestelsel zijn ongeveer tezelfdertijd ontstaan). Ter vergelijking: het heelal ontstond waarschijnlijk met de oerknal, naar schatting 13,8 miljard jaar (Ga) geleden NASA; 2003: New Image of Infant Universe Reveals Era of First Stars, Age of Cosmos, and More. . Gearchiveerd op 30 januari 2023. en daarmee is het ongeveer drie keer zo oud als de Aarde.
Dit artikel geeft een samenvatting van wetenschappelijke theorieën over en inzichten in de geschiedenis van het systeem Aarde, dat bestaat uit de aardatmosfeer, de hydrosfeer, de biosfeer en de vaste Aarde. Deze inzichten zijn ontstaan door ontdekkingen in zeer uiteenlopende vakgebieden, zoals geochemie, geologie, evolutiebiologie, paleomagnetisme, ecologie, seismologie of astronomie. Nog steeds bestaan met name over de vroegste geschiedenis van de Aarde onduidelijkheden, waarover de wetenschappelijke inzichten nog verschillen.
De geschiedenis van de Aarde wordt weleens vergeleken met het verloop van een dag, waarbij 53.000 jaar wordt voorgesteld door een seconde.
Hadeïcum en Archeïcum
Het eerste eon van de geschiedenis van de Aarde wordt het Archeïcum (Engels: Archean) genoemd. Het duurde tot 2,5 miljard jaar geleden. De oudste op Aarde gevonden gesteenten zijn ongeveer 4,0 miljard jaar oud.Best (2003), pp 612-613; zirkonen in de Acasta Gneiss zijn gedateerd op 4030 miljoen jaar door o.a. Stern & Bleeker (1998) De tijd tussen de vorming van deze gesteenten en de vorming van de Aarde wordt soms als een apart eon gezien, dat Hadeïcum of Hadean wordt genoemd. Omdat geen gesteente uit deze tijd bewaard is gebleven is er weinig over bekend, behalve dat de Aarde bloot moet hebben gestaan aan een bombardement van meteorieten. De grote warmtestroom moet bovendien voor hevig vulkanisme hebben gezorgd. Er zijn wel sporadisch kristallen van zirkoon gevonden die ouder zijn dan 4,0 miljard jaar. Uit onderzoek van deze kristallen blijkt dat er wel al sinds 4,3 miljard jaar vloeibaar water in de vorm van zeeën aanwezig was. Rond 4,0 miljard jaar geleden hield het meteorietenbombardement op en was het ook koeler geworden. Vanwege de samenstelling van de Archeïsche atmosfeer was de Aarde echter nog steeds een planeet waarop hedendaags leven niet mogelijk was.
Ontstaan van de Zon en de planeten
miniatuur|Impressie van de protoplanetaire schijf waaruit het zonnestelsel ontstond.
Het zonnestelsel ontstond waarschijnlijk uit een interstellaire roterende moleculaire wolk, de zonnenevel, die voornamelijk bestond uit waterstof, helium en zwaardere elementen.Levin (1972); Chaisson, E.J., 2005: Solar System Modelling, Tufts University. De Zonnenevel begon ongeveer 4,6 Ga geleden onder zijn eigen gewicht samen te trekken of doordat een nabije ster als supernova explodeerde waarvan de schokgolf de zonnenevel trof. Deze contractie zorgde samen met de steeds snellere rotatie van de zonnenevel dat het geheel afplatte tot een protoplanetaire schijf.
De meeste massa concentreerde zich in het midden van de schijf en warmde op door de wrijving van de samentrekkende massa, totdat kernfusie (van waterstof naar helium) mogelijk werd. Zo werd een T Tauri-ster geboren: de Zon. In de rest van de gas- en stofwolk zorgde de zwaartekracht voor het samenballen van materie rond stofdeeltjes, waardoor de wolk in ringen uit elkaar viel. Bij botsingen tussen deeltjesmaterie werden steeds grotere fragmenten gevormd, een proces dat accretie genoemd wordt. Dit leidde tot de vorming van zogenaamde planetesimalen of protoplaneten van meerdere tientallen kilometers in diameter.
Uit computersimulaties blijkt dat uit een protoplanetaire schijf planeten kunnen ontstaan die vergelijkbare afstanden tot de Zon hebben als de Aardse planeten.Wetherill 1991
Ontstaan van de kern en eerste atmosfeer van de Aarde
Door accretie groeide de proto-Aarde, tot de temperatuur in het binnenste zo hoog was dat partieel smelten van de zware siderofiele metalen plaatsvond. Door hun grotere dichtheid zonken de gesmolten metalen naar het massamiddelpunt, waardoor al na 10 Ma een scheiding tussen de primitieve mantel en de (metallische) aardkern ontstond.
De Aarde was bij de accretie gehuld in een wolk van gasvormig silica (SiO2) en na de afkoeling zal deze silica op het oppervlak zijn gecondenseerd tot vast gesteente. Wat overbleef was waarschijnlijk een vroege atmosfeer van waterstof en helium.
De grote inslag
Een bijzonder kenmerk van de Aarde is dat ze een grote natuurlijke satelliet heeft, de Maan. Tijdens de Apollo-vluchten in de 20e eeuw is materiaal van de Maan meegenomen dat direct bestudeerd kan worden. Door radiometrische datering van dit materiaal is nu bekend dat de Maan 4527 ± 10 Ma oud moet zijn,Kleine et al 2005 ongeveer 30 tot 55 Ma jonger dan de rest van het zonnestelsel.Halliday 2006 Een andere bijzonderheid aan de Maan is dat ze een te lage dichtheid heeft om een grote kern van zware metalen te bezitten. De Maan verschilt daarmee van de andere Aardse planeten en heeft een vergelijkbare samenstelling als de mantel en korst van de Aarde samen, zonder de aardkern.
Dit kan allemaal verklaard worden met een grote inslag waarbij een planetesimaal ter grootte van de planeet Mars (het hypothetische object wordt wel Theia of Orpheus genoemd) op de proto-Aarde insloeg, waarna de Maan ontstond door accretie van het weggeslagen materiaal.Ida et al 1997; Canup & Asphaug 2001 Modellen die uitgaan van een kleine inslaghoek met de aardas voorspellen dat het materiaal dat de ruimte ingeslingerd werd en waaruit de Maan ontstond, afkomstig was van de mantel van het inslaande object en de mantel van de proto-Aarde, terwijl de metallische kern van het inslaande object door de aardmantel heen zonk en zich met de aardkern samenvoegde.Liu 1992; Melosh et al 1993 De inslaghypothese verklaart daarmee waarom de Maan een vergelijkbare samenstelling heeft als de korst en mantel van de Aarde samen en relatief weinig siderofiele elementen als ijzer of nikkel bevat.Newsom & Taylor 1989 Deze elementen waren al voor de inslag in de aardkern gaan zitten en hadden bovendien een hogere dichtheid, waardoor hiervan geen materiaal de ruimte ingeslingerd werd.
Samengevat is de meest aanvaarde opsomming van gebeurtenissen dat de Aarde al minstens 10 Ma bestond, waardoor een duidelijke differentiatie tussen kern en mantel was ontstaan, toen door een botsing met een andere proto-planeet materiaal uit de primitieve mantel de ruimte ingeslingerd werd, waaruit de Maan ontstond. Men neemt aan dat de hoek van de Aardas met het baanvlak van de Aarde (23,5°, wat de seizoenen veroorzaakt) ook een gevolg van de inslag is.
De inslag had een aantal belangrijke gevolgen voor de jonge Aarde. Ten eerste kwam bij de inslag een gigantische hoeveelheid energie vrij, waardoor zowel Aarde als Maan volledig gesmolten raakten. De aardmantel bestond uit een zeer snel convecterende magma-oceaan. Ten tweede moet de Aarde, als ze voor de inslag al een atmosfeer had, deze compleet zijn kwijtgeraakt.Benz & Cameron 1990
Ontstaan van de atmosfeer en de oceanen
Omdat de Aarde geen atmosfeer meer had, ging het afkoelen snel. Aan de buitenkant moet binnen 150 Ma een eerste korst zijn gevormd, die de samenstelling van basalt moet hebben gehad. De tegenwoordige felsische continentale korst bestond nog niet. Binnen in de Aarde kon pas nadat de snel convecterende magma-oceaan ten minste gedeeltelijk gestold was, verdere differentiatie plaatsvinden. De mantel moet in het vroeg-archeïcum veel heter zijn geweest dan tegenwoordig, men schat 1600 °C rond 3 Ga, zodat ook toen nog een groot gedeelte gesmolten was.
Nadat de Aarde verder afkoelde ontstond er opnieuw een atmosfeer, dit keer uit gassen afkomstig van vulkanisme en ontgassing van de mantel. De verklaring van de enorme hoeveelheid water die tegenwoordig op Aarde aanwezig is, is een probleem: zoveel water kan namelijk niet alleen afkomstig zijn van dit vulkanisme en ontgassing. Men neemt daarom aan dat het voornamelijk afkomstig is van ijsmeteorieten en kometen die in het Hadeïcum op Aarde insloegen.Lunine 1999, p. 130-132 Hoewel de meeste kometen zich tegenwoordig in banen ver buiten de baan van Neptunus bevinden, laten computersimulaties zien dat kometen in het begin juist vooral in de binnenste regionen van het zonnestelsel voorkwamen. Waarschijnlijk is het meeste water op Aarde afkomstig van grotendeels uit ijs bestaande planetesimalen uit de buitenste delen van het zonnestelsel.Morbidelli et al 2000 Inslagen van dergelijke objecten op de Aardse planeten (Mercurius, Venus, de Aarde en Mars) zullen deze planeten hebben verrijkt met water, koolstofdioxide, methaan, ammonia, stikstof en andere gassen. Aangenomen dat al het water in de oceanen hiervan afkomstig is, waren ongeveer een miljoen inslaande kometen nodig om de Aarde zijn huidige hoeveelheid water te geven. Dat lijkt veel, maar het is een redelijk aannemelijk aantal. Sinds de resultaten van de ruimtesonde Rosetta wordt deze hypothese in twijfel getrokken. Rosetta discovers water on comet 67p like nothing on Earth, The Guardian, 10 december 2014. Gearchiveerd op 21 september 2022.
Water moet al rond 4,3 Ga in grote hoeveelheden op het Aardoppervlak aanwezig zijn geweest. Aan het einde van het Hadeïcum, 3,8 Ga geleden, was het oppervlak van de Aarde dus in ieder geval al deels bedekt met oceanen.
De nieuw ontstane atmosfeer bevatte methaan, ammonia, koolstofdioxide, stikstof en waterdamp. Zuurstof was afwezig, waardoor het tegenwoordige leven in deze atmosfeer niet had kunnen overleven. Door de afwezigheid van een ozonlaag stond het oppervlak bovendien bloot aan intensieve ultraviolette straling.
Ontstaan van platentektoniek en continenten
De convectiestroming in de mantel, die tegenwoordig het proces van platentektoniek aandrijft, is het gevolg van de warmtestroom uit het binnenste van de Aarde. Omdat de Aarde in het Hadeïcum veel heter was dan tegenwoordig, verliep deze convectie in die tijd sneller. Als destijds al platentektoniek plaatsvond (dat wil zeggen: tektonische platen ontstaan door oceanische spreiding op mid-oceanische ruggen en worden vernietigd door subductie bij subductiezones), zal ook dit proces veel sneller zijn gegaan dan tegenwoordig. Meestal wordt aangenomen dat er meer subductiezones waren waardoor de tektonische platen kleiner bleven.