万物起源是自然科学永恒的主题和科学研究前沿。现代自然科学近100年来不断在与时俱进的高精尖技术推动下，新发现、新认识、新理论不断涌现。万物起源的探索也不再局限在单个现象的起源探索阶段，而表现为跨大学科的万物统一起源的认知时代。本文系统综合了与地球及其物质起源相关的研究进展，特别是近10年来的进展，以建立天文理论的各种大现象起源为主线，包括宇宙、元素、恒星、原始地球等起源问题。最新研究揭示宇宙起源于137亿年的大爆炸，空间膨胀速度比光速还快，因此爆涨理论是其理论的最新发展；大爆炸10-35 s后可能因自发性破缺，原始“超力”开始破裂，出现强核力、电弱力和引力，同时氘、氦类稳定原子出现；10-34 s，宇宙仍很小，只有目前太阳系大小，但温度降到1027 K，强核力与其他两种力分离，宇宙膨胀期结束，进入标准弗里德曼扩充期；宇宙由自由夸克、胶子和轻子的热等离子体“汤”组成，自由的夸克浓缩成质子和中子，物质与反物质互相湮灭，但物质超反物质十亿分之一；初始宇宙由各种微观粒子充斥，元素就起源于这些微观粒子的相互碰撞和熔合，现今认为元素形成经历了8个生成阶段；大爆炸10亿年后，宇宙进入恒星浓缩阶段，宇宙温度降至18 K，出现第一个星系和恒星，星系内云雾状的尘埃和气体、星云开始聚集并形成恒星；U - Pb法最新测得太阳系的“时间零点”为(4 567±1) Ma;从宇宙起始到太阳系出现的约90亿年期间，宇宙可能已经发生了数百代巨大恒星的爆炸；现代星云说认为，原始地球的形成首先是星子聚集成行星胎，然后行星胎再逐渐增生，在约4 550 Ma，地球的大小大概是现在的1/2以上，而且在4 530 Ma左右早期地核就已经出现；初始比较冷的行星胎由于冲击、压缩和放射性衰变3个效应开始变热，原始地球不断产生热积累，并开始了全球性的发育过程。总之，本文简要介绍了诸多学科成就的菁华和前沿，也有助于全面认识与前地球演化相关的不同相关学科前沿的最新重大成就。

早期地球(early Earth)是指冥古宙(或称dark ages，黑暗时代)的地球，也称为“Hadean Earth”，即是45.6亿年至40亿年的地球。早期地球是地球科学研究的前沿，是诸多地质、地球化学理论或模型必须面对的基本科学问题。本文系统综合了与早期地球相关的研究进展，特别是近10年来的进展，以建立地质理论的各种大地质现象起源为主线，包括原始地核、原始地壳、地幔对流、岩石圈、地幔不均一性、陆壳和洋壳、水及大气圈和海洋、板块构造、早期生命等起源问题。这些都是地球科学的重大前沿科学问题，也与地球物质起源相关的宇宙起源、元素起源密切相关。原始地核出现最早，在原始地球形成之初的几个百万年内就形成了，4 450 Ma地球发生了最后一次全球整体的大规模熔融事件，地球的原始地幔和原始地核再次均一化，原始地核可能消失；4 450 Ma之后的地核大小与现今的地核大小基本一致，只是液态外核在不断冷却缩小，而固态内核在不断增大；从锆石年龄得出最早地壳大于4 408 Ma，而从Sm - Nd体系获得的最早地壳年龄为4 470 Ma，比后期地核形成要早。总之，原始地壳从原始地幔中分离出来的时间大体为44.5亿年。一些最老的锆石中Nd、Hf的地球化学特征也证明原始地幔分异发生在43亿年前。岩浆抽吸后的原始地幔上部经冷却，原则上可能构成原始地壳下部的原始岩石圈地幔，从而开始出现上地幔和下地幔的分异演化。但是，地球40亿年前的原始岩石圈没有大洋岩石圈和大陆岩石圈之分。对地幔对流循环起源有3种认识，最可能产生于44.5亿年前的偶然撞击事件。地幔不均一性起源可能与地幔对流循环有关，可用地幔柱理论或地幔翻转过程给予解释，且早于板块构造体制起源，板块构造增强了其不均一性。水、大气圈和海洋的起源早于陆壳和洋壳的分异。最早的水最可靠的直接证据来自发现的最老锆石的氧同位素，表明水在40亿年前就在原始地球表面稳定存在。但是，地球最早的矿物记录残存在西澳伊尔岗克拉通中(Mt.Narryer和Jack Hills地区)，为一颗44亿年的锆石。这颗最早的锆石也意味着最早的硅铝壳(陆壳)应当在44亿年前就出现了。陆壳记录远远早于板块构造在地球上运行的可靠记录，因而早期陆壳起源机制很可能是独立于板块构造体制之外的前板块构造体制制约，触发式拆沉驱动的构造岩浆过程和3个世代的岩浆分异过程最终导致大规模TTG(陆壳)爆发式形成。水是生命起源的必备条件，因此地球生命起源时间晚于4.0 Ga，化石确证生命至少起源于3.7 Ga前，且生命最可能出现在海洋中的热液喷口。总之，本文概要介绍了诸多地球科学成就的菁华和前沿，也有助于全面认识与早期地球组成、结构、演化及动力学过程相关的不同学科前沿的最新重大成就。

地球45.6~5.43亿年处于前寒武纪，具有很多独特的古气候、沉积、岩浆、变质、变形等地质特征，地幔和岩石圈的动力学机制也非常不同。本文通过总结前寒武纪地球动力学进展，系统介绍了前寒武纪地壳和岩石圈物质组成与性质、地壳生长的幕式增生特征、太古宙地幔温度和黏度变化、地壳和岩石圈厚度变化、地壳和岩石圈强度与流变结构演变。地球38~25亿年期间的热流值是现今热流值的2.5~4倍，在热的早期地球期间，下地幔热的积累比上地幔热损失快，导致周期性循环翻转，即上升的下地幔穿过干的橄榄岩固相线，并在大于150 km深处经历大规模熔融。这就是太古宙大陆岩石圈地幔形成的机制和能量背景，但在太古宙以后，因地球的长期冷却，这种机制终结了。太古宙高热流值也说明太古宙热地幔难以支撑较大的地形高差，太古宙岩石圈强度也不大，在重力作用下会发生快速地形响应。但是，随着巨型基性岩墙群(大约2.75和2.45 Ga)首次出现以及表壳岩系的出现，又意味着太古宙晚期地壳逐步足够刚性，允许熔体上升穿过地壳并冷却固化。前寒武纪重大地质事件的根本原因都是因为地球热振荡衰减的结果，前寒武纪地壳生长(增生)、超大陆形成、岩浆作用、成矿作用等都是不等周期、非线性的幕式演化，从TTG大规模短时间集中式形成，表明早期大陆生长模式可能以垂向增生为主。最后，探讨了冥古宙特征，大陆起源、生长和保存机制，前寒武纪超大陆重建与机制和早期地球环境生命协同演化等前寒武纪关键科学问题和前沿。

前寒武纪地球动力学关注地球45.6~5.43亿年期间的沉积、岩浆、变质、变形、地幔和岩石圈的动力学机制，是永恒的地球科学前沿研究内容。现今研究积累表明：早前寒武纪构造还难以完全用板块构造理论给予说明，板块构造起源的时间虽然可能因地而异，但主流认识是27~21亿年期间，华北克拉通也是如此。板块构造出现之前的前板块构造体制也业已提出了多种认识：地幔柱理论、地幔翻转、重力构造、小板块构造等，其中重力构造被认为主要发生在冥古宙的地球层圈分异阶段，尤其是45.4~44.5亿年间地核形成和地幔的岩浆海阶段。迄今，对于地壳层次的卵形构造成因，也有8种模式之多：底辟构造、中下地壳流动构造、水平渠道流、多期褶皱叠加构造、变形分解构造、龟裂拗沉俯冲构造、卵形构造的多层Top down流变构造、岩基侵入挠曲分解构造等，它们皆可出现在挤压、伸展、走滑构造背景下。无论是板块构造还是前板块构造阶段，全球构造过程似乎都是Top - down机制。

文中系统综述了板块构造启动时间的不同观点及其依据，并探讨了板块构造启动的三个必备条件：刚性岩石圈、俯冲作用、地幔对流循环的起源，进而探讨了前寒武纪俯冲作用、板块构造体制与现代俯冲作用、板块体制的差异。板块构造体制启动的三个缺一不可的条件：刚性、俯冲和地幔对流，直到27~21亿年期间才在全球不同地点同时满足。但现代板块构造体制起始的时间为10(或19)~8(或6)亿年，其标志性物质记录或识别标志依然是蛇绿岩建造、高压超高压变质、岛弧型岩浆建造等。最后，系统描述了板块构造可能的启动机制和过程，为认识前板块构造和板块构造差异提供一个约束，也为推动地球动力学统一理论的思考和探索提供一些最新认识。

华北克拉通研究近20年来取得一系列重大进展，但是还存很多遗留问题待解决。本文首先探讨了华北克拉通前寒武纪构造单元划分中存在的问题，据此提出了动态构造单元划分原则，并初步动态划分了古—中太古代、新太古代、古元古代、中—新元古代的构造单元，从而确定了不同时期构造格局演变过程。基于新的划分方案和华北克拉通记录的一系列前寒武纪大量重大地质事件，侧重探讨了不同演化阶段的独特构造样式、构造体制机制转变，基于华北克拉通一些太古宙陆核刚性化完成于25亿年，而显著的线性裂谷带或活动带最早出现于22亿年，因此，提出华北克拉通初始板块构造机制起始于新太古代末期的论断，本文约束了区域性垂向构造向区域性水平构造转换的相关构造证据。最后，本文基于长期构造解析的研究，系统论述华北克拉通于18.5亿年的最终集结过程。