Kenozoiske istid

Den kenozoiske istid er en fase i jordas historie som startet for 30 millioner år siden da Antarktis ble dekket av is, og som fremdeles varer ved. Framfor alt de siste millioner år har lengre kuldeperioder med til dels store breframstøt vekslet med kortere og varmere perioder. De omtrent 2,7 millioner siste årene har også Arktis vært isdekt.

Nedising av Arktis

En langsom global nedkjøling som startet i eocen endte med at Arktis for omtrent 2,7 millioner år siden ble isdekt året rundt. Rundt 5,6 millioner år BP begynte Panamaeidet å lukkes, noe som fikk stor betydning for havstrømmene. Blant annet oppsto Golfstrømmen og luftfuktigheten i Arktis økte – «råstoffet» for nedisningen.

Inneværende istids struktur

Den pågående istida inneholder relativt varme og ekstremt kalde mellomfaser. Kuldeperiodenekjennetegnes av massive breframstøt (glasialer) og varer omtrent 90 000 år, mens de varme (interglasialene) bare har en varighet på rundt 15 000 år. De varme periodene starter ganske brått etterfuglt av en gradvis nedkjøling. Klimaendringene forløper dessuten sjelden jevnt, men foregår med brå forandringer og retningsskift.
En full syklus fra en varmetid til den neste har de siste 600 000 til 800 000 årene vart i overkant av 100 000 år. For 2,7 millioner år til omtrent 700 000 år BP varte en syklus bare rundt 40 000 år. Dette antas å skyldes at jordas aksehelning preseser med omtrent samme periode. 100 000 års syklusene kommer framfor alt av jordbanens nåværende eksentrisitet. Hvorfor varigheten på syklusene endret seg er ikke entydig avklart.
Den inneværendegående «etteristiden» i den geologiske tidsskalaen holocen, er en varm periode i en global istid som så langt har vart i 11 600 år. Liksom i andre varme mellomperioder er klimaet relativt kjølig med isdekke i polområdene og høyere fjellområder. Breene trekker seg likevel tilbake fra de midlere breddegrader og  klimaet blir mer moderat, særlig med mildere vintre.
Om atmosfærens konsentrasjon av CO₂ hadde vært «normal» (ikke over 240 ± 5 ppmv) burde inneværende mellomistid gå mot slutten om anslagsvis 1 500 år. I vår tid er CO₂-innholdet i atmosfæren 391.8 ppmv, og med et slikt nivå er det  vanskelig å få til en ny istid selv om dagens solinnstråling er lavere enn den var ved slutten av forrige istid. En annen konsekvens av det høye CO₂er at selv ikke isframstøt eller andre forandringer som skjer når istider starter opp vil kunne dempe effekten av menneskeskapt global oppvarming.

Istidas årsaker

For tiden antas det at den lange, gradvise nedkjølingen siden eocen framfor alt skyldes endringer på jorda selv, mens de kortvarige klimasvingningene best lar seg forklare som periodiske endringer av jordbaneparametrene og/eller solaktiviteten.
Å finne årsakene til de sykliske kalde og varme periodene hører til paleoklimatologiens viktigste og mest spennende utfordring. Sentrale navn er James Croll og Milutin Milanković som begge videreutviklet Joseph-Alphonse Adhémars ideer om at endringer i jordbanegeometrien forårsaker de gjenvendende kuldeperiodene.

Årsaker på jorda

Platetektoniske prosesser – det vil si forskyvninger av kontinentalplatene – gav hovedimpulsen til den allmenne avkjølingen som skjedde i paleogen og neogen.

Åpning og lukking av havstrekninger

Havstrømmene er viktige for varmetransporten på jorda og dersom bevegelser av kontinentalplatene fører til at havstrekninger åpnes eller lukkes, vil det kunne få store konsekvenser for klimaet.
I eocen var havstrømmene rundt Antarktika forbundet med ekvator slik at varmere vannmasser nådde kontinentet og varmet det opp, men i oligocen  drev Australia og senere Sør-Amerika vekk fra Antarktis. Med åpningen av Tasmanstredet og Drakestredet var kontinentet geografisk isolert, og en kald antarktisk sirkumpolar havstrøm startet opp som hindret varmt overflatevann i å trenge ned til kysten av Antarktika. Nedkjølingen av Antarktis var i gang og for omkring 35 millioner begynte iskappen å danne seg over kontinentet.
For 4,2 til 2,4 millioner år dannet landbrua mellom Nord- og Syd-Amerika seg slik at varme vannstrømmer ble dirigert nordover. Den nye Golfstrømmen varmet først opp den nordlige halvkulen, men sendte samtidig fuktighet nordover, og etter at temperaturen falt igjen, begynte innlandsis å legge seg over Grønland, Nord-Amerika og Nord-Europa.

Fjellkjedenes rolle

I yngre tertiær (neogen) førte kolliderende kontinentalplater til øket fjellkjedefolding. De nye foldefjellene, som for eksempel Alpene, Rocky Mountains og Himalaya, endret sirkulasjonsmønsteret i atmosfæren slik at fuktighet ble transportert dit den bidro til nedising av store deler av den nordlige halvkulen. Det dannet seg også breer i de nye høyfjellene.
En teori gir Tibet en sentral posisjon ved å forutsette at området har vært nesten fullstendig nediset. Jordas merkbart høyere albedo resulterte i en betydelig nedkjøling. At Tibet skulle ha opplevd en isolerte nedising blir delvis avvist, men at endringer av snødekkets varighet førte til endret albedo er udiskutabel.

Andre jordiske årsaker

I kritt og paleogen var det mer vulkanaktivitet enn i neogen og kvartær. Siden vulkanutbrudd frigjør store mengder CO₂ var CO₂-innholdet i atmosfæren langt høyere enn nå, og jorda langt sterkere påvirket av drivhuseffekten.

Jordbanegeometri

Sola, jorda og månens gjensidige gravitasjonskrefter forårsaker at formen på jordbaneellipsen varierer med en periode på omtrent 100 000 år,  jordaksens vinkel på omløpsbanen med en periode på omtrent 40 000 år og jevndøgnene med en periode på 25 780 år (presesjon). Gjennom disse såkalte milanković-syklusene forandrer fordelingen av solenergi på jordoverflaten seg periodisk.
Ifølge den tysk-russiske metereologen Wladimir Köppen har kalde somre større betydning for at klimaet forverres enn kalde vintre har. Inspirert av Köppen formulerte Milutin Milanković en hypotese om at kuldeperioder alltid opptrer når sommerinnstrålingen er minimal på høye breddegrader. Milanković søkte dermed etter istidenes årsak der virkningen av dem er som størst, dvs på høye breddegrader. Variasjonene i jordbaneparametrene (Milanković-syklusen) var utløsere og grensebetingelser, men virkningen ble forsterket av andre faktorer, som den påvirkning på havstrømmene som fordelingen av de tektoniske platene har. I tillegg var CO₂innholdet i atmosfæren tett sammenkoplet med temperatursvingningene, slik forskjellige undersøkelser av isborekjerner fra Antarktis og Grønland viser. I henhold til disse skal nedgangen i konsentrasjonen av drivhusgassen CO₂ (sammen med metan og dinitrogenoksid) stå for ca en tredjedel av temperaturforandringene mellom varme og kalde perioder, i henhold til en nyere så mye som halvparten. Andre positive feedbackprosesser, som is-albedo-tilbakekoplingen, vegetasjonsdekket og endringer i atmosfærens vanndampinnhold spilte også en rolle. Svingninger innen glasialtidene, de såkalte stadialer og interstadialer, antas å ha sammenheng med tilbakekoplingseffekter fra den den termohaline sirkulasjonen.

Solas aktivitetssykluser

I den siste glasialtiden var det 23 kraftige klimaomslag med stigning av lufttemperaturen med opp mot tolv grader over Nord-Atlanteren. Disse Dansgaard-Oeschger-hendelsene opptrådte stort sett med 1 470 års mellomrom og forsøkes forklart med to kjente aktivitetssykluser på sola som opptrer hvert 87. og 210. år. Etter 1 470 år har 210-års syklusen opptrådt sju ganger og  86,5-års syklusen sytten ganger. I dagens interglasial opptrer ikke D-O-hendelsene mer, da svingningene i solaktiviteten har vært for svake til å forstyrre de siste 10 000 årenes stabile atlanterhavsstrømmer.  Gerard C. Bond har framsatt en hypotese om at sammenlignbare, mindre voldsomme klimasykluser som Bond-hendelser kan være fortsettelsen av D-O-hendelsene inn i holocen.