Jääkausien syyt

Jäätiköitymisvaiheet ja interglasiaaliajat

Viimeksi kuluneiden kolmen miljoonan vuoden eli pleistoseenikauden aikana ovat lämpimämmät ja kylmemmät kaudet vaihdelleet keskimäärin sadantuhannen vuoden välein. Keskeisimpänä syynä tähän pidetään Maan akselikallistuman ja radan jaksollisia vaihteluja eli Milankovićin jaksoja.

Jäätiköiden tasapaino

Suuri sulavan lumen määrä salpaa tiettyinä aikoina termohaliinikierron, johon liittyvä Golf-virta lämmittää pohjoisia leveyksiä. Jäätiköitymisen aiheuttamat muutokset ilmakehässä leijuvassa pölyssä, vedenpinnan yllä olevassa vaikuttavat osaltaan ilmastoon. Näin syntyy mutkikas vuorovaikutusjärjestelmä. Järjestelmän eri komponentit reagoivat esimerkiksi auringon säteilymuutoksiin eri tavoin ja eri nopeuksilla.
Jääkaudella tapahtuva laaja jäätiköityminen edellyttää huomattavaa ilmaston kylmenemistä, varsinkin kesällä, sekä kohtuullisia lumisateita talvella. Kylmeneminen muuttaa jäätiköiden tasapainoa niin, että jäätiköt kasvavat suuriksi. Lumi ja jää sulavat yli nollassa asteessa, edellyttäen että lämmintä kestää kyllin kauan. Näin ollen kylmä kesä, jolloin lämpötila ei nouse yli nollan asteen, synnyttää jäätikköilmaston.
Uutta jäätikköä syntyy tiivistymällä syvälle vajoavasta lumesta. Jäätikkö kasvaa, jos lumisateet ovat kyllin voimakkaita estämään jäätikön kulumisen muun muassa sulamisen ja jäävuoriksi lohkeilun kautta. Jääkautta edistää suuri lumen sademäärä talvella, ja alhainen lämpötila kesällä. Merien lähellä on monesti runsaasti kosteutta talvisiin voimakkaisiin lumisateisiin. niinpä mannerjäätiköt alkavat laajeta merien läheltä. Jäätiköitymistä edistää lauha, lumisateinen talvi ja viileä kesä. Kuiville alueille syntyy jäätikön sijasta pelkkä ikirouta. Jäätikön tase on positiivinen lumirajan yllä. Jäätikkö pyrkii useimmiten häviämään valumalla lumirajan alle, mikä näkyy erityisen selvästi vuorijäätiköissä ja Islannissa. Kosteus ja kohtalainen kylmyys alentavat lumirajaa ja luovat mantereille jäätiköitä. Niinpä mannerjäätiköiden alueella lumiraja on maanpinnan tasossa tai hyvin alhaalla.  
Laaja jäätiköityminen alkaa, kun tähtitieteellisten syiden, muun muassa Maan akselikallistuman, akselin suunnan ja radan muutokset aiheuttavat pohjoiselle pallonpuoliskolle leudot, runsaslumiset talvet ja kylmät kesät. Maan akselikallistuman muutos muuttaa eri leveysasteille tulevaa insolaatiota, lämmittävää Auringon säteilyä. Eteläisen pallonpuoliskon viileneminen ei aiheuta jääkautta, koska jo jäätyneen Etelämantereen ympäristö on meren peitossa. Sinne syntyy vain vuodenajoiltaan vaihtelevaa merijäätä, joka lohkeilee jäälautoiksi ja vuoriksi. Mannerten jäätiköityminen vaatii myös kosteutta.
2–3 kilometriä paksun jääkentän synty vie noin 100 000 vuotta. Hyvin suuri talven kylmyys hidastaa jäätikön kasvua, koska lumisade hidastuu, mutta lunta sataa jonkin verran vielä keskilämpötilan ollessa −30 °C. Nykyään esimerkiksi jäätiköityneen Grönlannin yllä sataa talvella paljon ja kesällä vain kohtalaisesti. Mutta jäättömässä Siperiassa sataa kesällä paljon ja talvella vähän. Jää sulaa keskimäärin 3 metrin vuosivauhtia, jos kesällä nousee lämpötila yli 0 asteen. 
Nollasulaminen 0 asteessa vastaa suunnilleen vuoden keskilämpötilaa −10 °C. Jään sulamisnopeus paksuuden suhteen riippuu jyrkästi lämpötilasta. Jos vuoden keskilämpötila on −10 °C:n sijasta −5 °C, jäätä sulaa noin metri vuodessa. Näin jäätiköt ovat herkkiä kesälämpötilojen muutoksille.

Pienet jaksolliset ja jaksottomat muutokset

Maapallon lämpötilassa tapahtuu mm. 1 500 vuoden jaksolla säännöllisiä muutoksia, joita Milankovićin teoria ei selitä. Jääkaudella olleita suunnilleen tämän jaksoisia muutoksia kutsutaan Dansgaard-Oeschgerin tapahtumiksi. Esimerkiksi jääkauden lopussa tapahtuva jäätikön perääntymisen ajoittainen pysähtyminen ja Salpausselkien saattaa selittyä termohaliinikiertoon liittyvillä Golf-virran muutoksilla, jotka johtuvat joko valtamerten sisäisistä syistä tai ulkoisista jaksoista. Termohaliinikierrolla on tutkijoiden mukaan kaksi tasapainotilaa, joista pohjoiseen menevä Golf-virta tuottaa pohjoiseen lämmintä ja etelään jäävä Golf-virta kylmää. Jokin tekijä aiheutti näiden tilojen vaihtelun viime jääkaudella. Manaben ja Stoufferin vuonna 1988 tekemän GCM-tietokonemallinnuksen mukaan nämä merivirtojen muutokset muuttavat ilman lämpötiloja Pohjoismaissa noin 3–6 °C. Kylmä Dryas II ja lämmin Allerød selittynevät myös tällä tavoin. 
Nämä "lyhytjaksoiset" muutokset voivat liittyä Auringon aktiivisuuteen tai Kuun maahan aiheuttamiin häiriöihin. Plioseenikautisista kerrostumista, jolloin Maa oli lämmin eikä termohaliinikierto liene värähdellyt, on löydetty jaksot suunnilleen 1 500, 2 500 ja 10 000 vuotta.
Auringonpilkuissa tapahtuu muutoksia, joilla selittyvät lämmin kausi 1100–1250 jaa. ja pieni jääkausi 1300–1900. Pieni jääkausi, joka oli syvimmillään 1700-luvulla, johtui mahdollisesti muutoksista auringon aktiivisuudessa eli auringonpilkkujen määrästä. Pienen jääkauden aikana muutoin sulana pysyvä Thames-joki jäätyi.

Maan radan muutokset vaikuttavat tulivuoriin?

Vuonna 2015 esitettiin ajatus, jonka mukaan Maan radan muutokset ehkä vaikuttavat tulivuoritoimintaan. Tämä vaikuttaisi kasvihuonekaasuihin ja Maan lämpötilaan 100 000 vuoden jaksoissa.