在20～30亿年前，地球的大气主要是二氧化碳和水蒸气，因为这时还没有办法产生大量的氧气。但在某种程度上，早期光合生物制造的氧气已经开始在大气中富集；制造出来的氧气要多于消耗掉的氧气。古代沉积物的锈化痕迹，为追溯大气中氧气的演化过程提供了线索。氧气是一种非常活跃的气体，当它与铁结合时，会生成铁锈。在氧气成为大气的主要部分之前，黑色的富铁沉积物从陆地上剥离并被搬运到海洋，过了一段时间，这些沉积于海底的物质被埋藏，最终硬化成岩。全世界，年龄在38～23亿年的岩石是由黑色的富铁层与浅色的贫铁层交互形成的，被称为条纹铁岩石。黑色层表明，铁进入海洋时并没有与氧气发生反应，而浅色层则代表了某种季节性的波动。
大约20亿年前，条纹铁沉积消失了，红色地层开始形成。这些红色地层是铁受到大气中氧气的氧化而形成的红色的岩层，它们表明，大气中的氧气浓度已经可以使陆地上沉积物中的铁发生氧化。在北美西南部和大峡谷的红色岩墙是由于沉积物暴露于富氧大气中，使沉积物中的铁大量氧化而形成的。大气已经开始向富氧性转化。
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，有机体己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75亿年前，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59亿年前，地球又变暖了，环境变得有利于生命发生又一次演化。
大约55亿年前，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，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体动物遗迹化石。这些化石，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：AdolfSeilaecher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着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。大部分的软体海洋动物死亡后，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。
圆圆胖胖的螠虫
螠虫是一群非常有趣的动物，圆圆胖胖的身躯有20多厘米长。身体前部有一个能神奇般膨大的吻部，吻的近上端有一对金色的钩状刚毛，围绕肛门还有一圈相似刚毛，喜栖身于沙滩或泥滩的半永久性洞里。它挖洞的方法很巧妙，前部的吻和刚毛像铲车一样在前方挖掘，靠身体后部的运动和肛门处刚毛的作用像推土机一样把挖出的泥沙向后推出洞外。洞一旦打成，它就在里边安居，不受骚动它是不会离开的。它前部的肌肉一收缩，身体就变细，洞外的水就被吸进来，收缩波沿身体往后传，变细的部分也随之后移，后方的水也就被往外推。这种蠕动作用，就像水泵一样把洞外的水吸进来，再由后方往外推。使洞里的水经常保持着“为有源头活水来”的清新状态。吃食的方法也很高明，它先分泌粘液形成一个网眼很细的网，置于洞口附近，然后身全向后退，网也随之向下拉长，等拉到5～10厘米长时，它就在洞里停住，身体迅速蠕动使水流动，水从粘液网的网眼流过时，食物就被过滤下来。待网上积满食物时，它又上去，连网带食物一起吃进去。它虽是以过滤方式捕食，但它的过滤系统完全设置在体外上。
大块的食物螠虫就丢弃了，但也浪费不了，螠虫的几位“亲朋好友”会来享用。有几种海洋动物喜欢借住在虫洞里，一来这里能给它们提供食物，二来比较安全。如2厘米长的豆蟹和4厘米长的多毛类蠕虫就是如此。多毛类蠕虫还总爱和螠虫靠得更近一些，以便比豆蟹更快地得到食物。还有两个常客是小虾虎鱼和蛤。虾虎鱼是以此洞为家，高潮时外出到泥滩上找食物；蛤不在泥滩上挖自己的浅洞，免得被人冲掉或被其他动物吃掉，而是在虫洞口下方的旁边挖通洞壁，把它那很短的出入水管伸进洞里，从洞内水流中吸取食物。
腰下宝珠青珊瑚
珊瑚礁区域往往成为“风景这边独好”的旅游胜地。人们漫步其上，拾珊瑚、捡贝壳，其乐融融。
珊瑚在能工巧匠手中可以制成各种精致的工艺品。如粉红珊瑚、黑珊瑚、金珊瑚和竹珊瑚等，能制造价值高昂的艺术品，人们常称它们是珠宝珊瑚。珠宝珊瑚业最初在地中海沿岸兴起，现多集中在太平洋地区，菲律宾、日本处主宰地位，我国台湾也有珠宝珊瑚加工业。1989年世界出产的粉红珊瑚价值6000美元以上，而且价格还在不断上涨。
我国古代就用珊瑚制品作饰物。《晋书》载：“魏明帝好妇人之饰，改以珊瑚珠。”即将皇帝冕前的后旒由珍珠改为珊瑚珠。《清史稿》载雍正年间规定一品官、二品官的帽顶都是珊瑚顶。唐代大诗人杜甫有“腰下宝珠青珊瑚”的诗句。唐代文学家罗隐《咏史》诗：“徐陵笔砚珊瑚架，趣胜宾朋玳瑁簪。”元赵孟頫《咏珊瑚》
诗：“仙人海上来，遗我珊瑚钩；晶莹夺凡目，奇彩耀九洲；自我得此宝，昼夜玩不休。”皆赞赏珊瑚工艺品之精致、贵重和令人喜爱。
用珊瑚建造的房屋美观耐用。我国台湾有许多街道用珊瑚铺成，坚固而平坦。有些珊瑚可做药用，能提炼出前列腺素。有的珊瑚用来制造水泥和石灰。
古珊瑚被用来判断地质年代、寻找储油层等。近代人们用珊瑚骨骼制造能用以制造光纤与电缆的晶体纤维束。法国一位医生用珊瑚为人接骨，因为它含钙98%，与人骨很接近。现在愈来愈多的伤残人在腿骨和颌骨中装接了珊瑚骨骼。
珊瑚礁中有些鱼类如鹦嘴鱼、隆头鱼、叉鼻等，上下颌的牙齿愈合成板状，像钳子一样厉害，专门啃食活的珊瑚，显然是珊瑚的冤家。对珊瑚危害更大的是海星，大量繁殖后的海星能像农田的蝗虫一样，成群结队袭击珊瑚礁。如长棘海星爱吃珊瑚，尤嗜吃造礁珊瑚，它们也像其他海星一样，把胃翻出来盖在珊瑚上面，向可食的部分分泌消化酶，消化后溶解的部分就被胃吸收，使珊瑚死亡。
积沙成丘珊瑚礁
造礁珊瑚的生长速度并不快，块状种类年增长不过数厘米，板状者年增长4～5厘米，枝状者年增长10厘米以上，珊瑚群体能像树上长芽一样在边缘上长出芽体，每个芽体就变成新的珊瑚虫。这样，子生孙，孙又生子，子子孙孙几世同堂，使珊瑚不断扩大，群体之间不断重新聚合，且不断增高加宽，常言道积沙成丘，无数小珊瑚体就逐渐形成巨大的珊瑚礁。
珊瑚礁的形成并非全是珊瑚虫的功劳，还有许多生物的作用同样不可忽视。珊瑚藻分泌的钙质鞘和珊瑚的骨骼很相似，能紧紧附在岩石表面。多孔螅也能分泌碳酸钙形成骨骼，和石瑚瑚长在一起。海绵中有些种类亦有钙质，硅质或解质骨骼亦有造礁作用。
珊瑚礁有大有小，离海岸有远有近，大致可分三类。第一类是岸礁。它沿海岸或岛屿周围延伸，像一条彩裙，又像一道坚实的屏障，保护着海岸免受海浪的冲击，有人又叫它裙礁。红海沿岸的岸礁有2700多公里长。第二类是堡礁。它与海岸隔海相望，其间隔有几十米深的礁湖，大致与海岸平行延伸。世界最着名的是澳大利亚大堡礁。第三类叫环礁。呈圆形、椭圆形或不规则环形，如岛屿下沉，周围的珊瑚礁就是环礁。全世界有330多个环礁，最大的如马绍尔群岛上的夸贾林环礁，面积在1800平方公里以上。
未露出水面的珊瑚礁称作暗礁，也被称作航海者的坟墓，因稍有不慎，船就容易触礁沉没。
由于珊瑚虫还能进行有性繁殖，受精卵在消化腔中发育成浮浪幼虫，由口部排出随水漂流，不断扩大其分布范围，所以静卧海底的沉船用不了多久也会长满珊瑚。
埃及金字塔被诗人昂蒂伯特于公元前200年称作古代世界七大奇迹之一。但最高的“法老”
胡夫的金字塔也不过高1466米，与太平洋上的任何一个环礁都无法相比。大堡礁和珊瑚海被国际环境保护、教育、潜水、考古及博物组织于1989年9月评为世界水域七大奇观之一。它的确当之无愧。澳大利亚东北海域的大堡礁，南北长达2000公里，东西宽65公里，低潮时露出水面的面积有8万多平方公里，储存的礁石可以建造800万座金字塔。这些礁石是一个个小珊瑚虫建造而成，所以珊瑚礁的历史都比较悠久，长达几千年、几万年甚至百万年。
茂密海藻成软墙
在富饶的沿岸浅水区，长满了许多大型海藻。它们用假根将藻体固定在海底的岩石上或其他坚硬底质上。所谓假根就是说样子像根，但没有吸收水分及营养物等真正根的机能，只起固着作用。大型海藻含有气囊，可使它们的叶片在水中呈垂直状态由海底伸向表层。茂密丛生的海藻像海底的森林，像坚韧的软墙，对海岸往往有保护作用。狂风骇浪使坚固的码头和防波堤有时也难免毁于一旦，但海藻却可以随着海浪的进退，或起或平，或曲或直，常言道柔能克刚，靠这种变化就能挫败海浪的汹汹气势，使它溃散在这软墙之下，逐渐变小，变平静，从而保护好千里海堤和万吨码头。退潮后，大片丛生海藻也常露出水外，不得不短暂地忍受夏日的干热，冬天的风寒。但这对它们似乎无明显的损害，涨潮后被海水淹没了，它们又恢复勃勃生机。海藻丛生的地方，也是海洋生物最丰富之处，不仅为草食生物提供了丰富的食源，也为不少动物提供了栖息之地、隐蔽之所和繁衍生息的优良环境。
底栖藻也同样在阳光的照射下进行光合作用。光线射入水中后很快被海水吸收，透入水层的深浅与光波的长短有关。太阳光的光谱由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫色组成，红光光波最长，由红向紫逐渐变短。光波短，透性大，能达200多米深；光波长，能量少，只能透入几米或几十米深。各种海藻除叶绿素外还有一些其他色素。它们吸收光谱上各个部分的光能，并把光能转移给叶绿素。绿藻主要吸收红光，而红光透入水中很快被海水吸收，所以绿藻只分布于5～6米深的水层中，使水的上层看上去呈绿色。橙光和黄光透入水层略深，主要为褐藻所利用，所以30～60米深水中，往往是褐藻的天地。海水也几乎被染成褐色。再往深去，一般是红藻的世界，因为它们主要吸收绿光和蓝光，这些光波长较短，透入水层较深。
底栖藻的个体虽大，但分布范围小，总的数量相对较少，所以其光合作用每年的生产力只有海洋浮游植物的2～5%。
海洋植物
海洋植物指海洋中利用叶绿素进行光合作用以生产有机物的自养型生物。从低等的无真细胞核藻类到高等的种子植物，门类甚广，共13个门，10000多种。其中硅藻门最多，达6000种；原绿藻门最少，只有1种。海洋植物以藻类为主。海洋藻类是简单的光合营养的有机体，其形态构造、生活样式和演化过程均较复杂，介于光合细菌和维管束植物之间，在生物的起源和进化上占很重要的地位。海洋种子植物的种类不多，只知有130种，都属于被子植物。可分为红树植物和海草两类。它们和栖居其中的其他生物，组成了海洋沿岸的生物群落。此外，海洋植物还包含海洋地衣，它是藻菌共生体。海洋地衣种类不多，见于潮汐带，尤其是潮上带。
海洋种子植物