20亿年前，早期的海洋藻类和细菌繁殖着，进行着光合作用，向大气中释放的氧气越来越多。然而，地球表面上的环境条件仍极不利于海洋生命的生长。当大气中的氧分子电离形成臭氧，地球表面就能免受紫外线的伤害。早期的地球，大气中没有足够的氧气，不能形成臭氧来保护地球表面的有机体免受阳光的直接烤晒。另外，有机体利用氧气与有机物质反应而获得能量，这个过程称为氧化作用。但是氧气在反应中如此活跃，所以细胞必须进化出一种方式来利用这一强大的能源，而不至于在氧化过程中伤到自己。太阳能对地球上大多数的生命形式而言，仍是一种相对不可利用的能源，生命的生长受到了限制。
大约10亿年前，大气中有了足够的氧气，有效的臭氧层开始形成，有机体已经具备了安全有效地利用氧气的方法。这时水的表层成了适于居住的环境；太阳的能量可以被利用了，海洋的植物开始繁盛起来。地球的气候和海洋的温度稍微凉了一些，大的陆地板块已经形成。
大约7.5亿年前，我们故事的背景开始改变。曾经是分离的岩石“冰山”块儿，通过构造板块在地球表面的运动，变成了一个横跨赤道，东西向延伸的庞大的超级大陆。板块构造运动很早就开始了，它是造成陆块运动、洋壳产生与消亡和地球上许多不稳定因素发生的原因，对地球、海洋和生命的演化方式有着极其重要的影响。古老的岩石和冰川遗迹表明，超级大陆的许多地方被冰覆盖着，这时的地球可能处于第一次也是最冷的一次冰期，甚至近赤道的地区也被冰雪覆盖了。一些科学家认为，这时的地球好像一个巨大的雪球，但对这一观点仍存在着争议。研究者们无法确定产生这样一次大的冰期的原因，提出的新理论把重点放在了赤道周围大陆的影响上。但是在大约5.9亿年前，地球又变暖了，环境变得有利于生命发生又一次演化。
大约5.5亿年前，前寒武纪结束，古生代开始。海洋中的生命不断繁殖增加着。非常低等的生命形式进化成更高等的种类丰富的生物，这是进化史上的一次重大的飞跃。许多年来，地质学家一直对这一现象迷惑不解，他们在化石记录中寻找其间缺失的联系。到1964年，地质学家R.C.Sprigg在澳大利亚南部的埃迪卡拉山的古代海滩沙中，发现了一种奇特的软地球表面积的70.8%，是由浩瀚的海洋组成。辽阔的海洋是生命的摇篮。体动物遗迹化石。这些化石中，数量最多的是一种环形的遗迹，形状像现代的水母：因此这一时期被称为水母时代，时间恰恰在古生代之前，距今约6亿年。在埃迪卡拉岩层中，还保存着蠕虫状动物、奇特的底栖动物和复叶状生物的痕迹和藏身处。在埃迪卡拉动物群落中，许多生物都很难归入现代的海洋生物种类之中。一些科学家认为，它们与海胆（棘皮动物）、蠕虫和甲壳类（节肢动物）有关。而德国古生物学家Adolf Seilacher提出了新的解释。他认为，这些外表奇特的生物与现代种类无关，而是代表着已经灭绝的生命形式，它们脆弱的垫状躯体易被新生的捕食者摄食。虽然继这次发现之后，在全球除了南极洲以外的每个大陆上都找到了埃迪卡拉动物群落，但它们似乎并没有在古生代之前的化石记录中出现。现在我们还不清楚，埃迪卡拉的海洋生物的灭绝是由于大灾难，还是由于不断变化的环境条件，或者只是被更成功进化的捕食者吃光了。
埃迪卡拉动物群落显著地说明了在古代海洋研究中采样所存在的问题。许多年来，地质学家们都是假定，在古生代以前，地球上根本没有生命存在，这并不是因为有证据表明确实没有生命，而是因为我们找不到生命存在的证据。在古生代以前，海洋中的生命基本上都是软体动物，既没有骨骼，也没有壳体，要成为化石保存下来，从地质角度来看，是不可思议的。因为大部分的软体海洋动物死亡后将沉入海底并很快腐烂。如果它们的遗体由于某种原因被软泥或沙快速埋藏，那么，它们能保存下来的几率就大大提高了。如果周围的沉积物受到富含硅钙等矿物的水的冲刷作用，可能会形成含有完整软体动物遗迹的岩层。如果一种生物具有壳体或骨骼，将更可能形成化石，这就是为什么我们对晚些时候的生命更加了解的原因。一旦由于纯粹的运气或推断发现了化石，我们想要知道化石是什么，以及它的生活方式，就得依赖于化石保存的完整程度。而且我们对现代生物种类的了解也会影响我们对化石的解释，而那些成为化石的生物，实际上一点也不像生活在现代海洋中的生物。
海洋的水来自太空
我们的故事发生在45亿年前的银河系中。大量的尘埃和小行星围绕着早期的太阳旋转。这些转动的物质既有微小的灰尘，也有直径几百公里的小行星。不久，大大小小的物质开始相互碰撞。最初，碰撞是缓慢的，引力将撞碎的空间物质结合在一起，形成了一个岩石体，这就是地球的雏形。随着越来越多的碰撞物的聚集，地球逐渐长大了，其引力场也变得越来越强，使周围旋转的星际物质越来越快地被拉向地球，以更强的力量冲击着地球表面，形成巨大的陨石坑，释放出大量的热。在强大热量的作用下，地球的外层开始熔化，形成了一个沸腾的熔岩浅海。还有大量的热被地球内部吸收，埋藏在成吨的不断生长的岩石下面。这样的过程持续了几百万年，直到地球长成现在的大小。
在地球早期的生长过程中，巨大的星际碰撞有规律地发生着，把大量的尘埃释放到大气中，遮住了所有的阳光，使地球陷入彻底的黑暗中。彗星、大量凝固的气体和冰块以及小行星撞击着地球，猛烈的风暴在地球上肆虐。巨大的撞击和不断的火山喷发产生的大爆炸使埋藏于岩石中的水和气体释放到大气中。这时的大气，条件恶劣，密度很大，由二氧化碳、水蒸气、氮气和其他几种气体组成。尘埃、蒸汽和火山灰形成的黑云笼罩着天空，狂雷巨闪划破黑暗，炽热的岩浆海在地面上沸腾着、激荡着。早期地球的黑暗让人无法想像它会变成一个蓝色的星球。
我们是怎样知道所有这些发生在大约45亿年前的事情的呢？科学家们利用一种新技术来估测地球诞生的时间，放射性测年。地球上所有的元素由于它们原子核内的中子和质子数的不同，而有一定的原子量。一些元素如铀、镭、钾和碳，由于同一种元素的原子核内中子数不同而有几种不同的表现形式，称为元素的同位素。同位素原子量虽然不同，但它们的化学性质是相同的。一些同位素不稳定，具有放射性。放射性同位素以一定的速率衰变，衰变速率称为半衰期。元素的半衰期就是这种元素从原始质量衰变到一半时所花费的时间。如果地质学家知道了某种元素的半衰期，他们就可以通过测定母体和子体（衰变的产物）的质量来计算岩石的年龄。例如，碳有三种同位素：两种是稳定的（碳12和碳13）；一种是不稳定的，即具有放射性（碳14）。当碳14衰变时，放出热量，生成氮14。碳14的半衰期是5570年，也就是说，在某种物质中的碳14需要花5570年的时间使一半的碳14转变为氮14。地质学家们可以通过测定现在岩石中碳14和氮14的量，来估计岩石的年龄，这就是碳测年法。
科学家们认为陨石和地球具有相同的年龄，通过对陨石进行放射性测年，得出陨石已经有45亿岁了。现在，科学家们认为地球在早期形成过程中受到一个巨大的小行星撞击，使地球的一部分脱离出去，形成了月球。所有的月球岩石的测年结果都略小于45亿年。古陨石坑，尤其是月球表面上的古陨石坑中的岩石的测年结果表明，大约45亿年前，地球已经长到了现在的大小，彗星和小行星的撞击频率开始减慢。
到44亿年前，撞击的减少使岩浆海的活动减弱，地球的表面开始冷却，慢慢地，冷凝的岩浆形成一层薄而黑的地壳覆盖着地球。虽然行星撞击和火山喷发时不时地把地壳撕开，把炽热的岩浆喷向天空，但是，随着撞击的不断减少，冷却的不断进行，地球表面形成了越来越厚的地壳。冷却使大气中的水蒸气冷凝，水滴以降雨的形式落到地面上。不久，暴雨冲刷大地，形成了第一个水的海洋。这时的海水是酸性的，而且非常热，水温大概有100℃。火山喷发和大量的降雨把一些元素带入海洋中，使海洋稍稍有一点儿盐度。环绕地球的大气仍充满着二氧化碳，并且密度大，具有腐蚀性。随着越来越多冷凝水的形成，阳光开始穿透黑云。这时海的周围矗立着高高的环形山，但水的侵蚀力量是巨大的，凶猛的洪水冲出深谷，冲蚀着山峰。最近的几次小行星撞击使海洋产生了滔天巨浪，海啸席卷了整个地球。因为那时的月球更接近地球，所以海洋中的潮汐作用很强。
大气中的二氧化碳开始溶入海洋，与海洋中的碳酸根离子结合形成碳酸钙或石灰石。随着沉积在海底的石灰石越来越多，大气中的二氧化碳逐渐减少，天空变得明亮起来。碳酸钙调节着海洋的酸性，使海洋的化学环境略带苦涩，其作用就像胃酸过多的人服用的抗酸药物一样。太阳的辐射增加，使地球的温度上升，大量的水从海洋中蒸发出来，使海平面下降，露出许多陆地。在雨水和河流的风化作用下，更多的矿物质从新的陆地进入海洋，海洋的盐度开始上升。
在这一时期，地球上的气候变化可能异常剧烈，同时火山喷发、地震海啸仍不断改造着地球表面。一些科学家认为，在这段时期，灾难性的小行星碰撞仍时有发生，海洋以几十年为周期不断地蒸发着、改造着。
海水的家族成员
海洋水是含有一定数量的无机质和有机质的溶液，主要溶解有氮、氧和二氧化碳等气体物质，以氯化物为主的各种盐类，以及其他许多种化学元素。
在为数众多的溶解于海洋水的元素中，氯化物和硫酸盐含量约占盐类总含量的99％，其中氯化钠、氯化镁等氯化物则占4／5以上。氯化钠（食盐）味道发咸，氯化镁和硫酸镁味道发苦，所以海洋水不仅有咸味儿，也有苦味儿。
全世界的海洋水里到底含有多少盐类呢？如果把它们全部提取出来，那是非常惊人的。据科学家计算，全球海洋水中盐类总含量约5亿亿吨，体积有2200万立方。这个数字有多大呢？打个比方，如果把海水全部蒸发掉，整个大洋底部将平均有60米厚的盐层，如果把这么多盐类均匀地铺在地球表面，则有45米厚；如果把它们全部倒入北冰洋，不仅可以将北冰洋填平，而且会在洋面上堆起500米高的盐层；如果把它们堆积到印度半岛上，盐层的高度甚至可以把世界第一高峰——珠穆朗玛峰完全埋没。
微量元素在海水内的含量微乎其微，但由于海洋水总储量非常庞大，所以这些元素也十分可观。例如，1000吨海洋水中含铀仅有3克，但在整个海洋中铀的总储量高达40多亿吨，比陆地上已知铀的总储量大2000～3000倍，大约相当于燃烧8000万亿吨优质煤所释放的能量。1000吨海洋水中含金0.0004克，整个海洋就有500多万吨；在1000吨海洋水中含碘60克，整个海洋就多达930亿吨。
海色和水色
海色和水色，听起来是一致的，其实是两个不同的概念。
海色，是人们看到的大面积的海面颜色。经常接触大海的人，会有这样的感受，海色会因天气的变化而变化。当阳光普照、晴空万里的时候，海面的颜色会蓝得光亮耀眼；当旭日东升、朝霞映辉之下，或者夕阳西下、光辉反照之际，可以把大海染得金光闪闪；而当阴云密布、风暴逞凶的时候，海面又显得阴沉晦涩，一片暗蓝。
水色，是指海洋水体本身所显示的颜色。它是海洋水对太阳辐射能的选择、吸收和散射现象综合作用的结果，与天气状况没有什么直接的关系。平时，我们看到的灿烂阳光，是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等7种颜色的光合成的。这些不同颜色的光线，波长是不相同的。而海水对不同波长的光线，无论是吸收还是散射，都有明显的选择性。在吸收方面，进入海水中的红、黄、橙等长波光线，在30～40米的深处，几乎全部被海水吸收，而波长较短的绿、蓝、青等光线，尤其是蓝色光线，则不容易被吸收，且大部分被反射出海面；在散射方面，整个入射光的光谱中，蓝色光是被水分子散射得最多的一种颜色。所以，看起来，大洋的海水就是一片蓝色了。
海洋水的透明度与水色取决于海水本身的光学性质，它们与太阳光线有一定的关系。一般，太阳光线越强，海水透明度越大，水色就越高（科学家按海水颜色的不同，将水色划分为不同等级，以确定水色的高低），光线透入海水中的深度也就越深。反过来，太阳光线越弱，海水透明度就越小，水色就越低，透入光线也就越浅。所以，随着透明度的逐渐降低，海洋的颜色一般由绿色、青绿色转为青蓝、蓝、深蓝色。
此外，海洋水中悬浮物的性质和状况，对海水的透明度和水色也有很大的影响。