地球表层这一概念最早是由德国地理学家李希霍芬于1883年提出的。当时他所说的“地球表层”是指地球岩石圈的上部，并认为这是地理学研究的核心。后来，他又将这一概念的范围扩大到地表的岩石圈上部、水圈和大气圈下部，并提出地理学的任务就是集中研究地球表层相互联系的各种现象，尤其是人类与自然之间的相互联系。李氏有关“地球表层”的概念后来得到西方地理学界的普遍赞同。
1910年，俄国地理学家布罗乌诺夫也提出，地球表层应为地表上下与人类有最直接关系的地球环境，实际上是些同心圈层，即由固体岩石圈上部圈层、液体水圈、生物圈和大气圈下部的气体圈等所组成的地表空间。其实，他所说的地球表层与李希霍芬后期观点是一致的，只不过提法上有所不同而已。
80年代中后期到90年代初，国内许多知名科学家和学者开始倡导进行有关“地球表层”的课题研究，其时所采用的“地球表层”概念与李希霍芬和布罗乌诺夫所提出的概念范围基本是一致的，认为下界在固态地面以下陆地为5～6 km，海洋为4 km的地方(即岩石圈上部圈层)，上界为同温层的底部(大气圈的下部圈层)，高度在地面以上平均约10 km(极地上空约8 km，赤道上空约17 km)。这样一个空间范围就是当时大多数人所认为的地球表层。实际上它只包括生物圈、水圈和大气圈与岩石圈的一小部分。
应该注意的是，地表各圈层是互相交错、互相渗透的，尤其是生物圈，它是一个渗透和交织于其他圈层之中，与非生物圈层相互作用而存在的。其实，地球表层中的任何一个圈层都不能脱离其他圈层而存在，更不能将一个圈层(如岩石圈和大气圈)割裂开来，否则将会破坏地球表层的完整性和系统性，即使存在这样一个缺乏完整性和系统性的地球表层，也是不会在其中演化出生态系统的。所以说，基于以研究生态系统为核心的地球表层的概念和范围，以上的界定是值得商榷的。
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