Buzul çağı

Buzul çağı ya da buz çağı, Dünyanın ve atmosferinin sıcaklığının uzun süren dönem boyunca azalarak kıtasal, kutup ve alp buzullarının genişlemesi ve varlığını sürdürmesidir. Dünyanın iklimi, gezegende buzulların olmadığı sera dönemleri ile buzul çağları arasında gidip gelir. Dünya halen Kuvaterner buzullaşması içindedir. Buzul çağındaki soğuk iklimin bireysel darbeleri buzul dönemi (veya kısaca buzullar) ve buzul çağındaki aralıklı sıcak dönemlere ise buzullararası denir.

Dördüncü Zaman, Dünya'daki toprakların %30'undan fazlasının buzlarla kaplandığı bir dönemidir ve Pliyosen Çağı ile Holosen Çağı arasında yer alır. Yunanca "eski" anlamına gelen pleistos ve "yeni" anlamındaki kainos kelimelerinin birleştirilmesinden oluşmuştur. Günümüzden yaklaşık 2.5 milyon yıl önce pleistosen döneminde başlayan buzul çağları bundan yaklaşık 10.000 veya 14.000 yıl önce sona ermiş ve Dünya'da buzullar arası Holosen çağı başlamıştır.

Dünya okyanuslarına ve atmosferine salınan antropojenik sera gazlarının miktarının önümüzdeki 500.000 yıl boyunca bir sonraki buzul dönemini önleyeceği tahmin edilmektedir. Aksi takdirde buzul dönemi yaklaşık 50.000 yıl içinde başlayacak ve ardından muhtemelen daha fazla buzul döngüsü başlayacaktı.

Hâlen Grönland, Arktik ve Antarktika buzulları var olduklarından dolayı; 2,6 milyon yıl önce pleistosen adı verilen dönemde başlayan buzul devrini yaşamakta olduğumuzu söyleyebiliriz. Ancak içinde bulunduğumuz dönemde buzullar erimeye devam ettiğinden buzul sonrası dönem yaşamaktayız.

Günümüzden yaklaşık olarak 18 bin yıl önce en üst noktasına erişen "son buzul çağı" olan Würm bundan yaklaşık 10.000 yıl önce sona erdi ve yerküre ısınmaya başladı. Bu ısınma süreci hâlen devam etmektedir. Doğal döngünün devam etmesi halinde Yeryüzünün yeniden soğumaya başlamış olması gerekirken insanın kullandığı fosil yakıtlar, karbondioksit, metan vb. sera gazlarının salınımı nedeniyle atmosfer ısısının artışına bağlı küresel ısınma devam ettiğinden en azından yakın bir gelecekte bir buzul devri öngörülmemektedir.

Pleistosen olarak da adlandırılan buzul çağları dördüncü zaman olan kuaternerin ilk ve en uzun evresidir. Buzul çağında kuzey yarıkürenin büyük bir kısmının buzullarla kaplı olduğu, dünyanın diğer kısımlarındaysa soğuk (buzullaşma) ve ılıman (buzullararası) iklimlerin birbirini izlemekte olduğu düşünülmektedir. Buzul çağlarında buzullar kuzeyden güneye doğru yayıldıkça memeliler de güneye (veya daha düşük enlemlere) doğru ilerlemiştir.

1742'de, Cenova'da yaşayan, mühendis ve coğrafyacı Pierre Martel (1706-1767) Savoy'daki Alpler'de bulunan Chamoniks vadisini ziyaret etti. Bundan iki yıl sonra bu gezisinin bir özetini içeren bir değerlendirme açıklaması yayımladı. Vadideki yerleşimci canlıların buzulların yer değiştirmesiyle ortaya çıkan bir dağılım gösterdiğini ve bu göstergeye göre de günümüz buzullarının bir zamanlar çok daha ileriye doğru uzanmakta olduklarını öne sürdü.

Daha sonra, Alplerin bulunduğu değişik bölgelerden benzer raporlar açıklandı. 1815'te, marangoz ve dağ keçisi avcısı Jean-Pierre Perraudin (1767-1858), İsviçre kantonlarından Valais'de bulunan Val de Bagnes'te gördüğü kararsız buzul kaymasıyla yer değiştirerek bölgeye gelen kopmuş kaya parçaları buzulların bir zamanlar daha ileride olduğunu işaret ediyordu. Bernese Oberland'de, Meiringen'li ağaç kesimiyle uğraşan bir kişi İsviçre-Alman jeoloğu Jean de Charpentier (1786-1855) ile 1834 yılındaki görüşmesinde benzer bir düşünceyi savundu. Aynı konu hakkında, İsviçre'de Valais'teki Val de Ferret ve batı İsviçre'deki Seeland'de yapılan karşılaştırmalı çalışmalar ve Goethe'nin bilimsel araştırmaları bilinmektedir. Bu tür çalışmalar dünyanın başka değişik yerlerinde de yapılmıştır. Bavyeralı doğa bilimcisi Ernst von Bibra (1806-1878) 1849-1850 yılları arasında Şili Andlar'da, bölge sakini yerlilerinin buzulların önceki hareketlerine atfettikleri buzultaşı (moren) fosilini ziyaret etmiştir.

Bu arada, Avrupalı akademisyenler bazı maddelerin dağılımına neyin neden olduğunu merak etmeye başlamıştılar. 18. yy.'ın ortalarından itibaren bazıları buna buzulların sürüklenmesinin yol açmış olabileceğini öne sürdüler. İsveçli maden uzmanı Daniel Tilas (1712-1797), 1742'de, İskandinavya ve Baltık bölgelerindeki buz denizi üzerinde sürüklenen buzulların bu dağılıma yol açmış olabileceğini öne süren ilk kişi oldu. 1795'te, İskoç filozof ve doğa bilimcisi James Hutton (1726-1797), Alpler'de bulunan dağılmış kaya parçalarının buzulların hareketiyle sürüklenişini açıkladı. Yirmi yıl sonra, 1818'de, İsveçli bitki bilimcisi Göran Wahlenberg'in (1780-18519), İskandinav Yarımadası'nda buzulların sürüklenmesi teorisini anlatan eseri yayımlandı. Buzullaşmanın bölgesel bir fenomen olduğu üzerinde durdu. Ondan sadece birkaç yıl sonra Danimarka-Norveçli jeolog Jens Esmark (1763-1839) dünya çapında oluşan bir dizi bu çağlarından bahsetti. 1824'te yayımlanan bir gazete makalesinde, Esmark buzullaşma değişimlerine iklim değişimlerinin (bkn: iklimbilim) yol açtığını anlattı. Bu iklim değişimlerini, Yeryüzü yörüngesindeki değişmelerin yol açmış olması teziyle açıklamaya çalıştı.

İzleyen yıllarda, Esmark'ın düşünceleri tartışıldı ve kısmen İsveç, İskoç ve Alman bilimcilerce devralındı. Norveçli buzul çağı uzmanı profesör Bjørn G. Andersen'in 1992'de yaptığı yorumlarına göre Edinburgh Üniversitesi'nden Robert Jameson (1774-1854), Esmark'ın düşüncelerine göreceli biçimde açık göründüğünü belirtti. Jameson'ın İskoçya'daki antik buzullarla ilgili tespitleri çok büyük bir olasılıkla Esmark etkisiyle oluşmuştu. Almanya', Dreissigacker'de ormancılık profesörü Albrecht Reinhard Bernhardi (1797-1849), Esmark'ın teorisini doğru kabul etti. 1832'de yayımlanan bir gazete makalesinde, Bernhardi eski kutup tepeciklerinin Yeryüzünün ılımanlaşan bölgelerine doğru kayma yaparak ulaştığı kurgusunu açıkladı.

Bu tartışmalardan bağımsız olarak, İsveçli inşaat mühendisi Ignaz Vanetz (1788-1859), 1829'da, Jura Dağları ve Kuzey Almanya Ovası yakınlarındaki bölge yapısına uygun olmayan kopmuş kaya parçası dağılımlarının varlığını dev buzullarla açıkladı. Yazısını İsviçre Doğal Bilimler Akademisi'nde okuduğunda bilimcilerin çoğunluğu şüpheci kaldılar. Sonunda, Vanetz arkadaşı Jean de Charpentier'i teorisine ikna etmeyi başardı. De Charpentier, Vanetz'in düşüncesini Alplerin buzullaşması ile sınırlayarak bir teoriye dönüştürdü. Düşünceleri Wahlenberg'in teorisine benziyordu. Gerçekte, her iki bilimci de erken tarih hakkında aynı volkanistik varsayımı veya de Charpentier'in yaklaşımını platonist varsayımlara tercih ediyordu. 1854'de Charpentier makalesini İsviçre Doğal Bilimler Akademisyenleri önünde okudu. O günlerde Alman botanikçi Karl Friedrich Schimper (1803-1867), Bavyera Alpler'i yaylalarındaki sürüklenmiş kaya parçaları üzerinde yetişen yosun öbekleri üzerinde çalışma yapıyordu ve bu dev boyuttaki kayaların nereden gelmiş olabileceğini merak ediyordu. 1835 yaz iklimi boyunca Bavyera Alpleri'nde bazı kısa süreli yolculuklar yaptı. Schimper, Alplerin yaylalarındaki kopmuş kaya parçalarının buzul tarafından taşınmış olabileceği sonucuna geldi. 1835'i 1836'ya bağlayan kış boyunca Münih'te bir dizi konferans verdi ve soğuk bir iklim ve donmuş suyla yok olan bir küresel etkinlikteki zaman diliminin var olması gerektiği varsayımını açıkladı.

Schimper, 1836 yılının yaz aylarını Beks yakınlarındaki Devens'te bulunan İsviçre Alpleri'nde üniversiteden eski arkadaşı Louis Agassiz (1801–1873) ve Jean de Charpentier ile geçirdi. Schimper, de Charpentier ve muhtemelen Vanetz; Agassiz'i bir buzul dönemi olduğuna ikna ettiler. 1836/7 kışı boyunca Agassiz ve Schimper bir buzullanma sekmeleri teorisini geliştirdiler. Bu teoriyi hazırlarken büyük ölçüde Goethe, Vanetz, Charpentier ve oradaki alan çalışmalarından elde ettikleri üzerinde biçimlendirme yaptılar. Agassiz'in de o esnada Bernhardi'nin makalesiyle benzer düşüncede bulunduğunu gösteren işaretler bulunmaktadır. 1837'nin başlarında Schimper buz veya buzul çağı anlamına gelen "Eiszeit" terimini icat ederek ileri sürdü. 1837 Haziran'ında, Agassiz; Neuchâtel'deki olağan yıllık İsveç Doğal Bilimler Akademisi Buluşması önünde birlikte hazırladıkları sentezin sunumunu yaptı. Dinleyiciler, yeni teorinin o güne kadar kurgulanmış iklim teorileriyle çelişkili bulunması nedeniyle oldukça fazla eleştirili (veya) hatta karşıt olarak değerlendirilebilecek bir tutum içinde oldular. Çağdaşları olan bilimcilerin büyük bir kısmı (ateş halinden) ergimiş bir yerküre olarak doğduğu andan itibaren (sabit bir hızla) tedrici olarak soğumakta olduğunu düşünmekteydiler.

Bu ret edilişin üstün gelmesi üzerine, Agassiz jeolojik alan çalışmasına başladı. Buzullar Üzerine Çalışma (Études sur les glaciers) adlı kitabını 1840'ta yayımlattı. De Charpentier, bununla aynı zamanda Alplerdeki buzullaşma hakkında hazırlamakta olduğu bir kitabı da piyasaya çıkardı. De Charpentier, Agassiz'e buzul araştırması derinliğini sunan kişi olmasından ötürü Agassiz'nin kitabında kendisi hakkında yer vermesinin gerektiğini hissetmişti. Bunun yanı sıra, aralarındaki kişisel çekişme nedeniyle Agassiz kitabında Schimper'den bahsetme konusunu es geçmişti.

Tümüyle birlikte, buz çağı teorisinin kabul görmesi için birkaç on yıl geçti. James Croll'un 1875'te, buz çağlarının nedenleri hakkında güvenilir açıklamalar getiren Jeolojik İlişkileriyle İklim ve Zaman adlı eserinin yayımlanması da dahil olmak üzere Croll'un çalışmalarını izleyen 1870'lerin ikinci yarısından sonra uluslararası bir ölçekte kabul gördü.

Jeolojik kanıt, kopmuş kaya parçalarında su hareketinin aşındırarak yol açtığı düzleşmeler ve tahrişler, buzultaşları (morenler), buzul birikintilerinden meydana gelmiş dar ve uzun yığın tepecikleri (drumlinler), vadi kesileri ve buzulların taşıyıp yığdığı çakıl veya kum ile karışık balçık veya çökelti kayaları (tillites) ve buzul akıntısıyla sürüklenen taş ve kayalar olmak üzere çeşitli biçimlerde bulunmaktadır. Diğerini izleyen buzullaşmalar, yorumlanmalarını güçleştirecek biçimde jeolojik kanıtı çarpıtabilmekte ve silebilmektedir. Üstelik, bu kanıtın tam olarak zaman belirlemesini yapmak güçtür. Erken dönemli teoriler buzul dönemlerinin buzullararası dönemle kıyaslandığında daha kısa olduğu yönündeydi. Çökelti ve buz merkezlerinin açığa çıkarılmasıyla gerçek durum; buzul dönemlerinin uzun, buzullararası dönemlerin buzul dönemlerine göre kısa sürdüğünü ortaya çıkardı. Eldeki uyumlu teorinin ortaya çıkarılabilmesi için epey bir zaman geçmesi gerekti. Buzullar erimeye başladığında gövdelerinde çatlaklar oluşur ve tepelerinden göller birikmeye başlar. Buzul biriken gölün bir kenarından ayrılarak çöktüğünde göl suyu tazyikle ve tufan biçiminde hızla akmaya başladığında bu güçlü akıntı önüne çıkan dev kayaları bile sürükleyebilir. Hızı azaldığında içindeki birikintileri bıraktığı yerlerde drumlin adı verilen dalgalı kum tepecikleri oluşturur. Buzulun bıraktığı oval biçimli, balina görünümlü birikintilerin üzerinde sürükleme sonrası bırakılan kayalar bulunabilir.

Kimyasal kanıt, başlıca günümüz çökeltileri ve çökelti kayaları ve okyanus içi çökelti içlerinde bulunabilen fosillerin izotoplarında çeşitli oranlardadır. En son buzul dönemleri, buzul özlerinin içerdikleri buzdan iklim göstergeleri ve buzdaki hava kabarcıklarından elde edilen atmosfer örnekleri sağlar. Çünkü su içeren daha ağır izotoplar daha ağır bir buharlaşma ısısına sahiptir ve orantı miktarı daha soğuk iklim koşullarında azalır. Bu durum, örneğin oraya sıkıştığı tarihe ait bir ısı kaydının elde edilebilmesini sağlar. Ancak, izotop oranları dışındaki diğer etkenlerce bu kanıt yanlışlanabilmekte veya karmaşık hale gelebilmektedir. B-10 izotopu güneş etkinliğinin kayıtlarını tutar.

Güçlüklere rağmen, buzul çekirdeği ve okyanus çökelti özünün analizi son birkaç milyon içindeki buzul ve buzullararası periyotları göstermektedir. Bu göstergeler 'buz çağları' ile buzultaşı, drumlin ve buzul yığıntıları gibi kıtasal kabuk fenomeni arasındaki bağlantıyı doğrular. Bu nedenle, kıtasal kabuk fenomeni, buzul çekirdeğinin oluşmasından daha erken bir zaman aralığında oluşmuş tabakalarda bulundukları durumda daha erken buz çağlarının iyi bir kanıtı olarak kabul edilir.

Dünya'nın geçmişinde en az beş buz çağı vardır. Bunlar: Huronian, Kriyojeniyen, And-Sahra, geç Paleozoik ve Kuaterner buzullaşmasıdır. Bu çağların dışında, Dünya yüksek enlemlerde bile buzsuzdur. Bu dönemler sera dönemleri olarak bilinir.

Huronian Buzul Çağı adlı en eski köklü buzul çağına ait kayalar, erken Proterozoyik Eon döneminde yaklaşık 2,4 ila 2,1 Ga (milyar yıl) öncesine tarihlenmiştir. Huronyen Supergrup'un birkaç yüz kilometresi, Sault Ste. Marie yakınlarından Huron Gölü'nün kuzeydoğusundaki Sudbury'ye uzanan, buzulların sürükleyip bıraktığı çakıl ve kumla karışık balçık yatakları, artık taşlaşmış dev yatak katmanları, damlataşlar (dropstone), iklimsel birikimlerin oluşturduğu tabakalar (varv), buzul akıntısı ve oyulmuş taban kayaları ile Huron Gölü'nün kuzey kıyısının 10 ila 100 km kuzeyinde açığa çıkarlar. Marquette, Michigan yakınlarında ilgili Huroniyen yatakları bulunmuş ve Batı Avustralya'daki Paleoproterozoyik buzul yatakları ile ilişkilendirilmiştir. Huronyen buzul çağına, Büyük Oksidasyon Olayı sırasında bir sera gazı olan atmosferik metan'ın ortadan kaldırılması neden olmuştur.

Bir sonraki iyi belgelenmiş buzul çağı ve muhtemelen son milyar yılın en şiddetlisi, 720 ila 630 milyon yıl önce meydana gelen Kriyojeniyen dönemidir. Bu dönemde Yeryüzünün yer yer ekvator bölgesine kadar ulaşabilen buzul tabakalarından oluşan kartopu (bknz: Kartopu dünya) ile kaplanmış olabileceği düşünülmektedir. Bu dönem muhtemelen volkanlarca üretilen CO2 gibi sera gazlarının birikmesiyle bitmiştir. "Kıtalarda buzun ve okyanuslarda buz kütlesinin varlığı, günümüzde CO2'in iki temel çökelticisi olan hem silikat ayrışması hem de fotosentez'i engelleyecektir."

Kriyojeniyen çağının sonundan itibaren Ediyakaran ve Kambriyen patlaması ortaya çıkmıştır. (Kambrien/kambriyen paleozoik devrin ilk bölümüdür.) Bu sunum modeli yeni ortaya çıkan ve üzerinde ihtilafların bulunduğu modeldir.

Devoniyen döneminin başlangıcında kara bitkilerinin evrimi, gezegen oksijen seviyelerinde uzun vadeli artışa ve seviyelerinde azalmaya neden olarak Geç Paleozoik Buz Devri ile sonuçlandı. Eski adı olan Karoo buzullaşması, adını Güney Afrika'nın Karoo bölgesindeki buzullardan almıştır. Karbonifer ve erken Permiyen dönemlerinde Güney Afrika'da 360 ila 260 milyon yıl öncesine ait aralıklarla geniş kutup buz örtüsü vardı. Arjantin ve antik üstkıta Gondvanaland'dan elde edilen bulgular arasındaki karşılıklı bağlantılar bilinmektedir.

Kuvaterner Buzullaşma / Kuaterner Buz Devri, yaklaşık 2,58 milyon yıl önce, Kuzey yarıkürede buz tabakalarının yayılmasının başladığı Kuvaterner Dönemi'nin başında başladı. O zamandan beri dünya, buzul dönemleri, buzullar veya buzul ilerlemeleri ve buzullar arası dönemler veya buzul çekilmeleri denilen 40.000 ve 100.000 yıllık zaman ölçeklerinde ilerleyen ve geri çekilen buz tabakalarıyla buzullaşma döngüleri gördü. Dünya halen bir buzullar arası dönemdedir ve son buzul dönemi yaklaşık 11.700 yıl önce sona erdi. Kıtasal buz tabakasından geriye kalanlar Grönland ve Antarktika Buz Tabakası ve Baffin Adası gibi daha küçük buzullardır.

Kuvaterner'in 2.58 Ma'dan başlayarak tanımlanması, Arktik buz örtüsü'nün oluşumuna dayanır. Antarktika Buz Tabakası daha erken yaklaşık 34 My, Senozoyik ortasında oluşmaya başladı (Eosen-Oligosen Sınırı). Geç Senozoik Buz Devri terimi bu erken evreyi kapsamak için kullanılır.

Buz çağları yer ve zaman itibarıyla daha ileri biçimlendirmeler yoluyla bölümlendirilebilmektedir. Örneğin, Riss (günümüzden 180.000-130.000 yıl önce) ve Würm (günümüzden 70.000-10.000 yıl önce) özellikle Alp bölgesi'ndeki buzullaşmaya atıfta bulunur. Buzulun en geniş biçimi bütün bir aralık boyunca sürmez. Her buzulun oluşturduğu yıpratma etkisi ondan önceki buz katmanlarında bulunan kanıtları neredeyse tümüyle siler. Bu durumun istisnası ise sonraki dönemde oluşan bir buzulun bir öncekinin üzerini tümüyle kaplamamış olduğu ender bölgelerdir.

Buz çağları (ya da en azından devam eden biri) boyunca, daha sıcak ve daha şiddetli periyotlar meydana geldi. Daha soğuk periyotlara buzul periyotları, Eemian gibi daha ılımlı periyotlara buzullararası (interglacial) adı verilmektedir.

Buzul periyotları, Yeryüzünün büyük çoğunluğunu, geniş toprakları kaplayan ve kutuplardan düşük enlemlere doğru genişleyen deniz buzulu kütlelerinin oluştuğu daha soğuk ve daha kuru iklimlerle karakterizedir. Dağ buzulları, diğer durumda buzullaşmamış alanlar daha düşük karlanma hattı yüzünden daha düşük yüksekliklere doğru genişler. Geniş miktarda suyun su seviyesi üzerindeki buzul tepeciklerini oluşturması nedeniyle su seviyeleri azalma gösterir. Okyanus suyu dolaşımının buzul kütleleri nedeniyle kesintiye uğradığına dair kanıtlar bulunmaktadır. Yeryüzü arktik ve antarktik buzullarına sahip olduğundan, hâlen minimum düzeyde bir buzul çağı yaşıyoruz. İki buzul döneminin arasında kalan iklim dönemine buzullaşmalararası denilmektedir. Buzullaşma ve buzullaşmalararası periyotlar Yeryüzü yörüngesinde Milankovitch Döngüsü adı verilen değişimlerle eş zamanlıdır.

Yeryüzü, 11.000 yıldan daha fazla bir süreden bu yana Holosen adlı buzullararası bir periyotu yaşamaktadır. Günümüzde yaygın kabul gören biçime göre buzullararası dönem yaklaşık 12.000 yılda sona erecek olup bu durum hâlen devam eden bir soru işareti olarak beklemektedir. Örneğin, Doğa adlı bir makalede içinde bulunduğumuz döneme benzer bir buzullararası periyotun 28.000 yıl sürdüğü savunulmaktadır. Yörüngesel baskı (orbital forcing)'de tahmini değişmeler; insan etkisiyle oluşan küresel ısınma devam etmese bile gelecek buzul çağının bundan en az 50.000 yıl sonra başlayacağını öne sürmektedir. (bknz: Milankoviç Döngüsü). Üstelik, sera gazlarının artışından ortaya çıkan insan kaynaklı antropojenik zorlama fosil yakıtların yoğun kullanımı devam ettiği sürece yörüngesel baskılamadan ağır gelebilecektir.

Her bir buzul periyodu onu daha şiddetli yapan olumlu geri bildirime maruz kalmakta ve (ne kadar geç olsa da her durumda) en sonunda her periyodun sonlandığı olumsuz geri besleme konusunu oluşturmaktadır. Her buzul periyotu ona daha sert ve olumsuz geri beslemeyi getiren ve (bugüne kadar olduğu gibi her durumda) en sonunda onu sonlandıran olumlu geri beslemeye tabidir.

Buz ve kar yeryüzünün beyazlık miktarını yükseltir, bundan sonrası; güneş enerjisinin daha fazla yansıması ve daha az emilimidir. Bu nedenle hava sıcaklığı düştüğünde, buz ve kar yağışı büyür ve ortaya çıkan bu olumsuz geri besleme mekanizması ile rekabet edecek kuvvet sistemi dengeye ulaştırıncaya kadar artı etkiyle sıcaklık düşmeye devam eder. Ek olarak, buzulların yayıldığı kuzey (boreal) ormanlarındaki azalış beyazlanmayı arttırır.

1956'da Maurice Ewing ve William L. Donn tarafından başka bir teori öne sürüldü. Bu hipoteze göre, buzların bulunmadığı arktik okyanusunda kar yağışı miktarı daha fazla olmalıdır. Bir kere düşük sıcaklıktaki buzlar okyanusu kapladığında o alanda deniz suyundan daha az miktarda buharlaşma veya yükselme (sublimation/fizik) olur ve kutup bölgeleri; orta enlemdeki çöllerle mukayese edilebilir biçimde yağış miktarı azlığı nedeniyle kurumaya başlar. Bu ortaya çıkan az yağış miktarı durumu kutup enlemleri kar yağışını yaz mevsimi boyunca eritir. Buzla kaplı olmayan bir arktik okyanusu uzun süren yaz günleri boyunca güneş radyasyonunu emer ve buzla kaplı bir denize göre Arktik atmosferine daha fazla miktarda buharlaşma getirir.

Daha çok yağış miktarıyla düşen karın bazı kısımlarda yaz boyunca erimemesi mümkündür ve böylece daha alt rakımlarda ve daha güney enlemlerde, Yeryüzü beyazlaşması nedenli olarak karasal alan üzerindeki sıcaklığın düşmesi yukarıda belirtildiği gibidir. Bundan başka, bu hipotez altında okyanus suyu içindeki tampon buzul kütlelerinin eksikliği, Arktik ve Kuzey Atlantik Okyanusu arasında daha çok miktarda su sirkülasyonu oluşturur; soğuk arktik suları ılınırken, ona göre daha ılımlı olan Kuzey Atlantik suları soğuklaşır. (Küresel ısınmanın yol açtığı mevcut sonuçlar Arktik Okyanusun 5-20 yıl arasında geniş ölçüde buzulsuzlaşacağını içermektedir.) Ilıman çevrim sürecinde Kuzey Atlantik deniz suyuna eklenen yeni eriyen su küresel okyanus suyu sirkülasyonu miktarını azaltabilecektir. Böyle bir azalma (Körfez akıntısının azalmasının etkisi) Kuzey Avrupa'da serinletici bir etki oluşturabilir ki bu etki de alt enlemlerdeki karın yaz boyunca alıkonmasına neden olabilir. Yaygınlaşmış bir buzul dönemi boyunca buzulların Saint Lawrence Körfezine doğru hareket edebilecekleri ve böylece Körfez akıntısını tıkama olasılığından yeterince uzak olabilecekleri de öne sürülmüştür.

Buzul örtüleri, buzul dönemleri boyunca üzerinde bulundukları karayı aşındıran formlardır. Bir zaman sonra, bu durum deniz seviyesi üzerindeki karayı azaltacak ve böylece buzul örtülerinin üzerinde oluşacağı boşluk miktarı da azalacaktır. Bu durum, beyazlanma geri beslemesini azaltır, buz örtüleri bir yandan oluşurken diğer yandan deniz seviyesi aşağıya düşer.

Buzulun büyümesiyle birlikte kuraklığı artıran diğer bir etken, mevcut yağış miktarının azalmasıyla buzullaşmanın devamlılığıdır. Buzullaşmanın geri çekilmesi böylece teşvik olur veya diğer bir süreç buzulun ilerlemesi yönünde benzer ters olumlu beslemeyle güçlendirilebilir.

Nature Geoscienceda yayımlanan araştırmaya göre, insanın karbondioksit yayımı bir sonraki buz çağını geciktirecektir. Araştırmacılar, bugünkü ılıman buzullararası dönemin en benzerinin oluştuğu yörünge bilgisini kullanarak gelecek buzul çağının 1.500 yıl sonra başlayabileceği tahmininde bulundular. Ancak yine de mevcut CO2 yayılımının bunu geciktirecek düzeyde bulunduğunu söylemeye devam ediyorlar.

Uzun süreli buz çağları periyotları ve ondan daha kısa süreli buzullararası periyotların nedenleri henüz tam olarak anlaşılamamıştır. Üzerinde görüş birliği bulunan bazı etkenler şunlardır: Yeryüzü atmosferinin bileşimi, örneğin karbondioksit ve metan gazı konsantrasyonları gibi. (Daha önceden bahsedilmiş olan bu konuda önem taşıyan seviyeler, Antarktika EPICA Dome C buzul çekirdeğinde yapılan incelemelerde son 800 bin yıl için görülebilmektedir.); Milankoviç Döngüsü olarak bilinen Yeryüzünün güneş etrafındaki yörüngesindeki ve kendi ekseninin eğimindeki değişmeler; Tektonik levha hareketleri göreceli konumlanma ve kıtasal yekün ile Yeryüzünü kaplayan okyanus örtüsündeki değişiklikler rüzgârların, okyanus akıntılarının, atmosfer akımlarının değişikliğine yol açmaktadır. Güneş enerjisi çıktısındaki farklılıklar; dünya-ay sistemindeki yörüngesel dinamikler ve nispeten geniş meteorlar ve süper yanardağ püskürmelerini içeren volkanik hareketler.

Maureen Raymo, William Ruddiman ve diğerleri Tibet Platosu ve Kolarado Platosunun muazzam CO2 temizleyicilikleri kapasitesi ile senozoik iklimin hatırı sayılır bir nedensel etkeni olduğunu öne sürdüler. Daha ötesinde, son 10 milyon yıl içinde miktarının yaklaşık olarak yarısı kadar yükseldiğini (CO2 temizleme kapasitesiyle birlikte) iddia ettiler.

Son 100-1000 yıllık en son periyotta, insan aktivitelerinin hızla yükselmesi özellikle fosil yakıtların tüketilmesinin paralel hızla ve artışla atmosfer sera gazlarının Güneş'ten gelen ısıyı arttırıcı etki yaptığının kanıtları bulunmaktadır. Sera etkisinin küresel ısınmayı arttıran ve buzul adaları ile kutup buzullarının erimesini arttıran temel neden olduğu üzerinde görüş birliği bulunmaktadır. Dinozorların sindirim esnasında oluşturdukları metan gazının da küresel ısınmaya neden olmuş olabileceği iddialar arasında yer aldı. Dinozorların yaydığı metan gazı miktarının insanın bugün fosil yakıt kullanımı vb. etkinliklerle oluşturduğu miktarla aynı seviyede olduğu da buna eklendi. Dinozorların yok oluşu (y.n. iklim değişikliklerini oluşturabileceği belirtilen) büyük bir Gök taşı çarpmasına bağlanmaktadır.

Buz çağlarının başında sera gazlarının azaldığına ve buz katmanlarının yeniden oluştuğunda çoğaldığına dair kanıtlar bulunmaktadır. Ancak hangisinin neden veya sonuç olabileceğini tespit etmek güçtür. Kartopu dünya hipotezi geç Proterozoik boyunca dünyayı kaplayan donmaların olduğunu ve bunun atmosferdeki CO2 artışı ile sonlandığını, Kartopu dünyanın ortaya çıkışı ile kaybolması arasında CO2 miktarı arasında bağ bulunduğunu savundu.

Günümüzde Güney Kutbu üzerinde bir kıta ve Kuzey Kutbu'nda karayla etrafı neredeyse tümüyle kapanmış bir okyanus bulunması nedeniyle jeologlar yakın gelecekte Yeryüzünün buzul periyotlarını görmeye devam edeceğini düşünmektedirler.

Bazı bilim insanları Himalayaların buz çağının temel nedeni olduğunu çünkü bu dağların Yeryüzündeki toplam yağış miktarını ve buna bağlı atmosfere salınan CO2 miktarını yükselttiğini ve sera etkisini azalttığını öne sürmektedirler. Himalayalar yaklaşık 70 milyon yıl önce, Hint-Avustralya levhası, Avrasya levhasıyla çarpıştığında biçimlenmeye başladı. Hint-Avustralya levhası yıllık olarak 67 mm aynı yöne doğru ilerlemekte olduğundan Himalayalar yıllık olarak 5 mm yükselmektedir. 40 milyon yıl önce Eosen ortasından beri, Himalayaların geçmişi Dünya'nın ortalama sıcaklığındaki uzun vadeli azalmaya uymaktadır.

Eski iklim rejimlerine bir başka önemli katkı da, diğer faktörlerin yanı sıra kıta konumu, deniz seviyeleri ve tuzluluk tarafından değiştirilen okyanus akıntılarının''' değişimidir. Bu etkenler, soğutma (örneğin Antarktika buzunun oluşmasına yardım etme) ve ısıtma (örneğin Britanya Adaları'na kuzey iklimi yerine ılıman iklim verme) etkileri vardır. Bundan yaklaşık 3 milyon yıl önce Panama Kıstağının kapanması Atlantik ve Pasifik okyanusları arasındaki değişik sıcaklıklardaki su değişimini sonlandırarak Kuzey Amerika'daki bugünkü güçlü buzullaşma periyotunu başlatmış olabilir.

İncelemeler mevcut okyanus kararsızlıklarının son buzullaşma salınımlarında hesaba katılmasını önermektedir. Son buzullaşma periyotu boyunca deniz seviyesi 20–30 m. kadar su özellikle kuzey yarıküre buzul tabakaları tarafından çekildi. Buz toplandığında ve deniz seviyesi aniden alçaldığında Bering Boğazından su akışı (Sibirya ve Alaska arasındaki boğaz bugün ~50 m derinliğe daralmıştır.) azaldı ve Kuzey Atlantik'ten su akışı artış gösterdi. Bu, Atlantik'teki Termohalin döngüsünü yeniden düzenleyerek, Kutup buz birikimini eriten ve diğer kıtasal buz tabakalarını azaltan Kuzey Kutbu'na ısı taşınmasını artırdı.

Suyun salınması deniz seviyelerini yeniden yükselterek, Pasifik'ten daha soğuk su girişini ve buna eşlik eden kuzey yarımkürede buz birikimine geçiş sağladı.

2021'de Nature dergisinde yayınlanan bir araştırmaya göre, son 1,5 milyon yıldaki tüm buzul dönemi buzul çağları, atmosferden daha çok CO2 çekilmesine neden olan, okyanus sirkülasyon modellerini değiştiren eriyen Antarktika buzdağlarının kuzeye doğru kaymasıyla ilişkilendirildi. Yazarlar bu sürecin gelecekte kesintiye uğrayabileceğini öne sürmektedir çünkü Güney Okyanusu buzdağlarının bu değişiklikleri tetikleyecek kadar uzağa gitmelerine yetecek kadar ısınacaktır.

Matthias Kuhle'nin Buzul Çağı gelişim teorisi Buzul Çağları boyunca Son Buzul Maksimumunda Tibet Platosunun buzlarla kaplı oluşunu öne sürdü. Kuhle'ye göre, Tibet plaka tektoniğinin yükselmesi karlanma hattını çıplak alanlarda %70 daha fazlaya ulaşan bir beyazlaşmaya neden olarak yaklaşık 2.400.000 km² daha geniş bir alana ilerletti. Güneş'ten alınan enerjinin yeniden uzaya yansıtılması küresel bir soğumayla sonuçlandı ve pleistosen buzul çağını tetikledi. Bu alan tropikal altı enlemde bulunduğundan yüksek enlemlere göre 4-5 kat daha fazla güneşlenme almaktaydı ki yeryüzünün en sıcak yüzeyi soğuyan bir yüzeye dönüştü.

Milankoviç Döngüleri, Yeryüzünün Güneş etrafındaki yörüngesinde bir dizi döngüsel değişimlerdir. Her döngü farklı bir genişlikte olduğundan bazı zamanlarda bir diğerini takviye edici ve diğer zamanlarda ise bir diğerini kısmen iptal edici etki yapar.

Yörünge elipsinin dış merkezliliği: 90 ve 100 bin yıl arasında Dünya; Jüpiter ve Satürn'e yaklaştıkça eliptik yörüngede meydana gelen değişmeler Güneş ışığının yeryüzüne ulaşırken kat ettiği mesafeyi etkilemektedir.

Eğrilik devinimi: Dünya tam yuvarlak olmadığından 41.000 yılda 22,1° ile 24,5° arasında değişmektedir. Dünya hâlen yaklaşık olarak 23.4° eksen eğimine sahiptir. Bu değer, devinim döngüleri boyunca yörüngesel düzlemin statikliği ile bağlantılı yaklaşık olarak sabit kalmaktadır.

Milankoviç Döngülerinin buzul ve buzullararası periyotların oluşumuna etkisi hakkında güçlü kanıtlar bulunmaktadır. Özellikle son 400.000 yıl, bu dönemde atmosfer bileşenleri ve sıcaklık belirtici ipuçlarını veren buzul özleri oluştuğundan son buzul çağı üzerinde en çok çalışılan ve en iyi anlaşılandır. Bu dönem boyunca tekrar eden buzullaşma/buzullaşmalararası tekrarlanmalar Milankoviç yörüngesel baskı döngüleriyle yakın miktarda örtüştüğünden genellikle doğru olarak kabul edilmektedir. Güneş'in Dünya ile mesafesindeki değişmeler, Dünya eksenindeki devinimler ve dünya ekseni eğiminin değişimi gibi durumlar Güneş ışığının Dünya'ya yeni dağılım biçimi oluşturması gibi birçok etkiyle açıklanmaktadır. Dünya'nın eksen eğimindeki değişimler mevsimlerin yoğunluğundaki değişimlerin temel nedenidir. Örneğin temmuz ayında 65. Kuzey enleminde toplam Güneş enerjisi alım miktarı en fazla %22 oranında (450 W/m² ile 550 W/m² arasında) değişiklik gösterir. Yazları bir önceki kışın biriktirdiği kar yağışını eritmeyecek kadar sıcaklık düşmesi olduğunda buz tabakalarının ilerlediği yaygın biçimde kabul edilmektedir. Bazı araştırmacılar yörüngesel baskının buzullaşmaları tetiklemeye yetmeyecek kadar düşük olduğunu düşünmekte olup CO2 gibi bir geri besleme mekanizmasının bu örtüşme açığını açıklayabileceğini düşünmektedir.

Milankoviç, Yeryüzü yörüngesel elementlerindeki döngüsel değişimlerin buzullaşma rekorunu açıkladığı tahmininde bulunmuş olsa da buzul ve buzullararası devrelerin zamanlamasında hangi döngü veya döngülerin en yüksek önemi taşıdıklarının açıklanmasına gerek vardır. Özellikle, son 800,000 yıl boyunca buzullaşma-buzullaşmalararası baskın salınım devresi 100.000 yıldır ki bu da Yeryüzü'nün yörüngesel dış merkezliliği ve yörüngesel sapmasındaki tedirginliğe denk gelmektedir. 3.0–0.8 milyon yıl öncesi aralığındaki dönem boyunca buzullaşma devresi baskın periyotu; 41,000 yıl içinde Yeryüzü eğiminin değişmesine karşılık gelmektedir. Bir tekrarlama biçiminin diğerine karşı baskın gelmesinin nedenleri zayıf bir miktarda anlaşılabilmiştir ve güncel araştırmaların devam eden aktif bir alanıdır.

Geleneksel Milankoviç açıklaması 100,000 yıllık döngü baskınlığını son 8 döngü üzerinden açıklamaya çalışmaktadır. Richard A. Muller, Gordon J. F. MacDonald ve diğerleri bu hesaplamaların Yeryüzü yörüngesinin iki ölçüsüne göre yapıldığına ancak üç ölçekli yörüngeye göre 100,000 yıllık bir yörüngesel sapma döngüsüne sahip olduğuna işaret etmekte ve Yeryüzü toz kuşakları içinde ve dışında hareket ettiğinden yörüngesel sapmadaki bu çeşitlenmelerin güneşlenme miktarındaki değişmelere yol açtığını öne sürmektedirler. Geleneksel bakışlardan farklı bir mekanizma olsa da 400.000 yılın üzerinde tahmin edilen periyotlar yaklaşık olarak birbirinin aynısıdır.

Güneşin ışıma gücü her 1 milyar yılda yaklaşık olarak %10 artış göstermiştir. Bu durum Güneş'in bir kırmızı dev olup Yeryüzünü de içine almasına kadar sürecektir. Güneş lekelerinin azalıp artmasına göre Güneş'in ışıma gücü de azalıp artmaktadır.

Daha kısa dönemli çeşitlenmeler, Güneş lekeleri döngüleri ve Maunder minimum adı verilen; küçük buz çağında 1645-1745 yılları arasındaki gibi Güneş lekelerinin daha az görüldüğü dönemler. 1645-1715 yılları arasında, Küçük Buz Çağının ortalarında Güneş aktivitelerinin daha düşük olduğu bir dönem ve Spörer Minimum adı verilen, 1460 ve 1550 yıları arasında belirgin bir soğuma dönemi olmuştur.

Volkanik püskürmeler buzul çağı periyotlarının başlaması ve/veya bitmesinde etkili olmuş olabilir. Paleoiklim boyunca, CO2 düzeyleri bugünkünden iki veya üç kez daha fazla idi. Volkanlar ve kıtasal tabakalardaki hareketler atmosfere yüksek miktarda CO2 salınmasına yol açmıştır. Volkanların çıkardığı karbondioksit muhtemelen periyotlara etkide bulunmuştur. Paleosen Eosen Isı Maksimumuna getirilen bir açıklama denizaltındaki volkan patlamalarının klatratlardan metan ortaya çıkarması ve bunun da hızlı ve yüksek miktarda sera etkisine yol açmasıdır. Bahsedilen zamanlarda volkan püskürmelerinin olduğuna kanıt bulunmaması bunun gerçekleşmediğini de kanıtlamamaktadır.

Kuzey Amerika’daki başlıca buzullaşma devreleri Illinoian, Eemian ve Wisconsin devreleridir. Nebraskan, Afton, Kansan ve Yarmouthian (Yarmouth) devreleri bölümlendirilmesi Kuzey Amerika’daki buz devrini dilimlendirmekte ve Kuaterner jeologları ve jeomorfologlarınca kullanılmaktadır. Bu sayılan devrelerin hepsi 1980’lerde Pre-Illınoian tanımlamasının içinde birleştirilmiştir.

En son Kuzey Amerika buzullaşması boyunca, Viskonsin Devresinin son parçası boyunca (26,000 ile 13,300 yıl önce) buzul tabakaları 45 derece kuzey enlemine kadar uzanmıştı. Bu buzullar yaklaşık 3 ile 4 km kalınlığa ulaşmaktaydı.

Viskonsin buzullaşması Kuzey Amerika yer biçimi üzerinde geniş bir etki bıraktı. Büyük Göller ve Finger Gölleri buzulların derinleştirerek oyduğu eski vadilerdi. Minnesota ve Viskonsin’deki göllerin birçoğu buzullarca oyularak oluştu ve daha sonra buzul eriyiği sularla doldu. Eski buzul öncesi Teays Irmağı drenaj sistemi kökten biçimde değişti ve geniş biçimde şimdiki Ohio Irmağı drenaj sistemine dönüştü. Diğer ırmaklar setlendi ve Niagara gibi yeni kanallara yönlendiler, böylece su akışı kireç taşından sert ve eğimli yüzeylerle karşı karşıya geldiğinde etkileyici şelale ve geçitler biçimlendirdiler. Benzer bir şelale alanının günümüzde kurumuş bulunan, Syracuse yakınlarında bulunan Clark Korunan Devlet Parkında görmek mümkündür.

Özel derecede ilginç bir iklim değişikliği buzullaşma dönemleri içinde yarı kurak Andlarda yaşandı. Mevcut iklimle kıyaslandığında beklenen sıcak düşüşü, burada kayda değer bir yağışa yol açtı. Bu nedenle, günümüz araştırmaları tropikal altı Acocagua kitlesi (6.962 m)'nde bir 'buzullaşma akımı' tipi yoğun bir buzullaşma olduğunu göstermektedir.

Buzulların günümüzde ender olarak 10 km genişliğe ulaştığı yerlerde karlanma hattı (ELA) 4.600 m. yüksekliğe ulaşmakta iken o zaman bu yükseklik 3.200 m.'ye düştü. Buna göre bir yıl içindeki sıcaklık düşüşü yaklaşık 8.4 °C'dir ve bir yağış artışı olmuştur. Bağlantılı olarak, buzul zamanlarındaki iklim nem kuşağı bugün için birkaç enlem daha öteye yerleşmiştir.

Son buzul periyotu 8,000 yıldan daha uzun süre önce sona ermiş olsa etkileri günümüzde hissedilebilmektedir. Örneğin, Kanada Arktik Takımadası küresel ısınmanın etkilerini ortaya koymaktadır. Grönland, kuzey Avrasya ve Antarktika’da buzullar vardır. Kararsız kayalar, buzul yığıştırmaları, yığın tepecikleri, eskerler, buzultaşları, fiyordlar, çökelti kayaları, sivri yükseltili dağ tepeleri, dağ göletleri, buz yalakları, hörgüç kayalar, asılı vadiler buzulların oluşturduğu yer şekilleridir.

Buzul örtülerinin ağırlıkları Yeryüzü kabuğu ve mantosunu deforme edebilecek kadar yüksektir. Buzul örtüleri eridiğinde önceden buzulla kaplı toprak parçası geri kazanım sürecine girer. Yeryüzü kabuğu yarı sıvı halde bulunduğundan süreç oldukça yavaş işler. Buzullaşma süreci boyunca okyanuslardan sular yüksek enlemlere doğru taşınır. Bu durum deniz seviyesinin yaklaşık 110 m. alçalmasına, kaya tabakalarının ortaya çıkmasına ve toprak parçaları arasında karadan köprüler ortaya çıkarak canlılar için yeni göç yolları ortaya çıkmasına yol açar.

Buzulların erimeye başladığı buzullararası periyotta sular okyanuslara geri döner ve deniz seviyesinin yükselmesine yol açar. Bu durum kıyı şeritlerinde ani değişimlere, göllerin tuzlanmasına yol açar. Karanın, buzulun, tuzlu suyun ve tatlı suyun hızla böylesi bir kaotik biçimde değişmesine en yakın örnek olarak Baltık ve İskandinavya bölgeleri ve son buzul maksimumu sonlarında ortaya çıkan Kuzey Amerika’nın durumu örnek gösterilmektedir. İskandinavya'nın yükselmesi şimdi Kuzey Denizinin altında kalan, Britanya Adaları ve Kıta Avrupasını birbirine bağlayan geniş bir düzlüğün suyun altına batmasına yol açmıştır.

Yüzey kitlelerinin yeniden dağılımının yerkabuğu üzerinde oluşturduğu ağırlık eğrilmelere ve Yeryüzü üzerindeki stres artışı ile sonuçlanır. Buzulların varlığı genellikle aşağıdaki fayların hareketliliğini bastırır. Buzullaşmanın eridiği dönem boyunca faylar hızlandırılmış bir deprem tetikleme kayması yaşar. Depremler buzul sınırının yakınlarında tetiklenir ve bu da buzul parçalanmalarını hızlandırır ve bu durum da Hartmut Heinrich tarafından belirtilen son buzul çökmeleriyle birlikte kayaların okyanus tabanına çökmesi anlamına gelen Heinrich olayının nedeni olabilir. Buzul sınırının yakınlarından daha fazla buzul söküldüğü için daha fazla plaka içi deprem meydana gelir ve bu olumlu geri besleme buzul tabakalarının hızla çöküşünü açıklayabilir.

Avrupa’da buzul erozyonu ve buzul ağırlığının çökmesi sonucu Baltık Denizi oluşmuştur. Buzul çağı öncesinde Baltık Denizinin bugün bulunduğu alan baştan başa antik Eridanos Irmağınca kanalize olmuş durumdaydı.