Эпохи оледенений возникали периодически и зависели от изменения климата на Земле. Остается пока неразрешенным вопрос о причинах этого явления. Существует несколько причин изменения климата Земли: причины космического порядка и причины, связанные с изменениями, происходящими на Земле (теллурические причины).
Космические факторы могут влиять на климат Земли лишь в силу вызываемого ими изменения количества солнечного тепла, получаемого нашей планетой. К таким факторам можно отнести изменение напряженности самой солнечной радиации, которая падает в периоды максимального развития солнечных пятен, повторяющихся в среднем через 11 лет. Но одиннадцатилетний период изменений солнечной радиации, во-первых, слишком мал, чтобы объяснить вековые изменения климата, а во-вторых, он вообще не сопровождается заметным понижением или повышением температуры Земли. О более длительных и сильных изменениях напряженности солнечного излучения можно только строить предположения, которые еще достаточно не обоснованы.
На климат Земли влияют также периодические изменения угла наклона земной оси к плоскости эклиптики и периодические изменения эксцентриситета земной орбиты.
В настоящее время земная ось образует с перпендикуляром к плоскости эклиптики (т. е. к плоскости земной орбиты) угол 23,42°. В связи с этим полярные круги располагаются на 23,5° широты от полюсов, а тропики на 23,5° широты от экватора. Однако угол наклона земной оси периодически колеблется от 22 до 24,5°. Увеличение этого угла приводит к усилению на поверхности Земли климатических различий между широтными климатическими поясами, так как при максимальном значении угла наклона сокращается зона умеренного климата и полярные круги сближаются с тропиками. Период изменения угла наклона земной оси составляет 40 100 лет.
Эксцентриситет земной орбиты, т.е. степень ее вытянутости, изменяется с периодом в 90800 лет. При наибольшем эксцентриситете заметно возрастает расстояние Земли от Солнца в афелии, и соответственно уменьшается количество получаемого тепла. Зато в перигелии Земля, наоборот, оказывается заметно ближе к Солнцу, чем в эпоху малого эксцентриситета, и получает больше тепла. Наибольший эффект оба указанных фактора дают тогда, когда максимальный наклон земной оси совпадает по времени с наибольшим эксцентриситетом орбиты.
Югославский ученый Милпнкович (1939) вычислил ход изменений солнечной радиации за последние 600 тыс. лет существования Земли под воздействием двух этих факторов. Вычерченная им кривая обнаруживает за этот период три максимума похолодания климата на Земле. Эти максимумы похолодания ни кривой Миланковича многие стремятся отождествить с тремя эпохами оледенения и течение четвертичного оледенения — миндельской, рисской и вюрмской. Однако имеется ряд весьма важных факторов, противоречащих такому толкованию причин оледенений.
Согласно теории Миланковича оледенения были разновременными в обоих полушариях, тогда как фактически, по крайней мере, в четвертичном периоде, они были одновременными. Кроме того, причины, которые учитывает теория Миланковича, действуют непрерывно, а следовательно, и оледенения, если они действительно названы этими причинами, должны были бы повторяться через небольшие промежутки времени в течение всей истории Земли. На самом же деле их не было совсем в течение всего мезозойского и третичного периодов, а в четвертичном периоде они следовали друг за другом через десятки тысячелетий.
Главным и очень существенным недостатком расчетов Миланковича является то, что они основаны на учете исключительно астрономических факторов без учета влияющих на изменение климата земных факторов. Между тем в отдельных случаях значение этих факторов может быть весьма существенным, хотя и трудно оценить его количественно.
Различными учеными указывались Следующие возможные причины климатических изменений, обусловленных земными явлениями: 1. Уменьшение прозрачности атмосферы ведет к похолоданию климата - запылению атмосферы может возникнуть в моменты бурных выбросов вулканической пыли. 2. С вулканическими извержениями также связано обогащение атмосферы углекислым газом. Этот газ обладает способностью не пропускать тепловые лучи, излучаемые Землей, и, следовательно, является термоизолятором. Увеличение количества углекислого газа в воздухе способствует, таким, образом, потеплению климата. 3. На изменение климата могут влиять палеогеографические причины, в первую очередь изменения очертаний суши и моря и их распределение на Земле.
Первые две причины, возникающие одновременно, но действующие прямо противоположным образом, несущественны, но последняя причина несомненно очень важна.
Температура моря всегда является важнейшим регулятором климата прилежащей суши. Так, Гренландия покрыта сейчас материковыми льдами, так как ее побережья омываются холодными течениями, несущими воду из Ледовитого океана, а Скандинавский полуостров, лежащий в тех же широтах, но омываемый теплым течением Гольфстримом, обладает умеренным Климатом. Если бы Гольфстрим под влиянием изменения очертаний Европейского континента перестал проникать в Норвежское море, то на Скандинавском полуострове и во всей Северной Европе обязательно началось бы материковое оледенение. А появление такого огромного естественного «холодильника» привело бы, без сомнения, к общему значительному похолоданию климата всего северного полушария, хотя космические факторы оставались бы неизмененными.
В настоящее время причины ледниковых периодов в прошлом Земли еще окончательно не выяснены. Очевидно, наиболее благоприятные условия для их проявления могут возникнуть вследствие совместного действия основных космических и теллурических факторов.