现代地球表面环境是由岩石圈、大气圈、水圈、生物圈所构成，是地球形成后经历漫长的演化过程而形成的。

大约在46亿年前，从太阳星云中开始分化出原始地球，温度较低，轻重元素浑然一体，并无分层结构。原始地球的形成，有利于继续吸引和积聚太阳星云物质，使体积和质量不断增大，同时其温度因重力分异和放射性元素蜕变而升高。当原始地球内部物质增温达到熔融状态时，密度大的亲铁元素加速向地心下沉，成为铁镍地核，比重小的亲石元素上浮组成地幔和地壳，更轻的液态和气态成分，通过火山喷发溢出地表形成原始的水圈和大气圈。从此，行星地球开始了不同圈层之间相互作用，以及频繁发生物质-能量交换的演化历史。

地球圈层结构形成以后，地壳逐渐增厚，地球内能对地球表层的作用逐渐减弱，太阳辐射能逐渐成为地球表层发展的主要动力。进入地球表层的太阳辐射能主要以大气循环、水循环、岩石的物理化学风化等方式流转。太阳辐射能进入地球表层后很快就散失了，在内部积聚的量不多。这时地表环境处于还原状态，大气以甲烷（CH₄）、氮气（N₂）、氧化亚氮（N₂O）、氨气（NH₃）、二氧化碳（CO₂）等为主。在紫外线的强烈照射下，简单的小分子和元素在原始海洋中合成高分子碳水化合物。大约38亿年前，在广布有机化合物的海洋中合成了生命。自此，有机体成为地球表层中能量流转的一个新环节。最初是异养的细菌，靠海洋中有机化合物积聚能量为生。由于海洋中的有机化合物有限，当它们与异养生物的消耗达到平衡时，异养生物发生食物匮乏，从而出现了突破，产生了自养生物——具有叶绿素的蓝藻，能进行光合作用，自身固定太阳能。这样，在海洋中形成了最原始的生态系统，即具有自养与异养、合成与分解两个环节的菌藻生态系统。自养生物的出现是地球表层进化史上的一次飞跃，改变了系统的功能和结构，打破了原来能量积聚与散失之间的平衡，它从环境中获取了更多的负熵流，增加了太阳能在地球表层的存储。

有机体是高度有序的系统，它与无机环境不断进行能量与物质的交换，将无机要素更为有序地组织到生态系统中去。有机体改变了地球表层中的物理、化学过程，特别是元素的迁移过程，从而改变了地球表层的组成与结构，逐渐形成生物圈。由于光合作用，原始大气的成分逐渐从还原型改造成氧化型，原始大气中的CO₂减少，其中的碳以碳酸盐的形式被大量固定在岩石中，而氧被释放，使大气中的氧含量增加。大气圈的上层形成了臭氧层，臭氧层能吸收对生物有杀伤力的短波紫外线，给生物在地球表层上的繁衍创造了有利环境。氧气在大气圈中浓度增加，最初氧气是威胁原始生命生存的“污染”。因为起初原始生物是在无氧环境中生存的，是嫌气生物。生物改造环境，环境也改造生物。原始生物中逐渐产生了喜氧生物，进行有氧呼吸。当大气中的氧含量达到现代大气中氧含量的千分之一时，原始的嫌气生物逐渐让位给喜氧生物。有氧呼吸与无氧呼吸相比，能量的转化效率提高了大约19倍。可见生物对环境改造与适应的一个重要结果，是生态系统中的能量与物质转化效率提高。生物成为地球表层系统中能量流通转化的重要环节而进化发展。

生物在海洋里有一个漫长的发展历史。生物以原核细胞进化到真核细胞，植物与动物逐渐分化。4亿年前，生物从海洋登陆。生物进入了一个接受太阳辐射能更为充分的广阔天地，生物种类与数量都大幅度增长。在水、陆环境中形成了兼有生产者（植物）、消费者（动物）和分解者（细菌和真菌）的复杂完善的生态系统。绿色植物在地球表层上形成了覆盖层，更多地固定太阳能和引入负熵流，成为改造地球表层的强有力因素。泥盆纪末期气候温湿，陆地出现茂密的森林，最后又以煤炭、石油、天然气等形式储存在地层里，使大量的太阳能在地球表层积聚。从泥盆纪植物繁荣时代以后，生物界逐渐进化到现代的动植物区系，其种类和数量都空前增长。已存在过的生物种类估计达5亿种，尚存四五百万种，其中植物40万种，绿色植物25万种以上。

适宜于人类生存的环境，是第四纪（距今300万～250万年），特别是全新世以来才逐渐形成的。人类的产生和发展是地球表层系统进化史上最近的重大飞跃。开始时人类只是天然系统中的一个普通消费环节，后来由于人类以社会生产的方式改变生态系统的能量和物质的输入、输出和流转，形成了独立的具有更为高级的耗散结构开放系统——人类生态系统。火的使用是人类第一次将大量的能量投入到生态系统中，此后输入的能量逐渐增多，人类生态系统的进化发展也越来越快。人类的活动已极大地改变了地球表层的面貌，人类的作用使具有耗散结构的环境系统进入了一个全新的发展阶段。

环境演化是地球岩石圈、大气圈、水圈、生物圈按照自身的发展规律、相互联系和相互作用，逐渐发生和发展的。

从无序到有序环境系统在演化过程中，能量与物质的分布不均匀性增加，太阳能在地球表层中的流通转化途径日趋复杂。最初只是在无机环境中以物理、化学的形式流转，以后被有机体固定转化，从而使地球表层提高了固定太阳能的能力，太阳能在环境系统内部不断积聚。环境作为一个开放系统，负熵流不断增加，积累着越来越多的自由能，使它不断进化，形成越来越复杂有序的耗散结构。

地球表层有三大耗散结构，即自然地理系统、生态系统、人类生态系统，环境演化就是这三大系统的进化发展过程。自然地理系统是生态系统的环境，生态系统是在自然地理系统中孕育发展的。由于有机体能固定、转化太阳能，引入的负熵流比自然地理系统更多、更强，因此也更为有序，功能更强。人类生态系统是以人为中心的生态系统，它与天然生态系统有本质的区别，是以人的社会生产与消费实现系统与环境的能量和物质交流及其在系统内部的流转。人类生态系统从天然生态系统中获取最重要的负熵流，维持人类生存所必需的食物等。人类将天然生态系统不断地改造成人工生态系统，譬如农田生态系统、牧场生态系统、城市生态系统。此外，人类生态系统还大量开发利用地球表层在过去地质历史时期积聚的太阳能，如煤、石油、天然气等。人类生态系统是生态系统进化的产物，由于它获取了更强的负熵流，形成了远比天然生态系统复杂有序的耗散结构，并且表现出比自然地理系统和生态系统高得多的进化速率。

自然地理系统、生态系统、人类生态系统三者除了发生学上的联系外，在能量与物质交换方面也紧密相连。地球表层内的能量在三个系统中的流通途径是：自然地理系统→生态系统→人类生态系统。当一个系统从另一个系统中获取负熵时，必然引起后一系统总熵的增加。生态系统的生产者自身固定太阳辐射能，增强了地球表层的负熵流，因此与自然地理系统是协调一致的。人类生态系统从环境中索取能量与物质，同时又将大量废物排放到环境中去，危害了生态系统和自然地理系统的正常功能，导致环境系统总熵增加，环境问题日趋严重。人类一方面从自然环境中获取能量和物质，另一方面又要克服生态系统和自然地理系统的退化，形成一对永恒的矛盾。但有矛盾才有发展，正是这对矛盾推动人类社会改造环境、适应环境。对环境演化的认识，可以帮助我们树立人与自然和谐发展的思想，走上可持续发展的道路。