Kỳ băng hà
Các nguyên nhân gây nên kỳ băng hà

Nguyên nhân của các kỳ băng hà hiện vẫn đang gây tranh cãi cho cả các thời kỳ băng hà trên diện rộng và thời kỳ rút lui nhỏ hơn và sự tuần hoàn của các giai đoạn "băng/gian băng" bên trong một kỳ băng hà. Một sự đồng thuận chung cho rằng nó là sự tổng hợp của ba yếu tố khác nhau: thành phần khí quyển (đặc biệt là tỷ lệ của CO2 và mêtan), những thay đổi của quỹ đạo Trái Đất quanh Mặt Trời được gọi là các chu kỳ Milankovitch (và có lẽ là Quỹ đạo của Mặt Trời quanh Ngân Hà), và vị trí của các lục địa.
Thành phần khí quyển có lẽ là nguyên nhân chủ yếu gây ra sự thay đổi, đặc biệt ở kỳ băng hà đầu tiên. Lý thuyết "Quả cầu tuyết Trái Đất" cho rằng những sự thay đổi về mức độ CO2 vừa là nguyên nhân gây ra, vừa là nguyên nhân làm kết thúc thời kỳ cực lạnh ở cuối Liên đại Nguyên Sinh (Proterozoic). Tuy nhiên, hai yếu tố còn lại cũng có liên quan tới sự kiện đó.
Sự hiện diện đông đảo của lục địa bên trong Bắc Cực và vùng Nam Cực có lẽ là một yếu tố cần thiết gây ra kỳ băng hà, có lẽ bởi vì khối lượng lục địa khiến cho băng và tuyết có địa điểm thích hợp để tích tụ trong những khoảng thời gian lạnh và vì thế gây ra một quá trình phản hồi ngược như những thay đổi của suất phản chiếu. Quỹ đạo Trái Đất không có hiệu ứng lớn đối với sự thành tạo trong quá trình dài của các kỳ băng hà, nhưng có lẽ nó bức chế mô hình lạnh đi và nóng lên rất phức tạp đã diễn ra trong kỳ băng hà hiện nay. Mô hình phức tạp của sự thay đổi trong quỹ đạo Trái Đất và sự thay đổi của suất phản chiếu có thể ảnh hưởng tới sự tuần hoàn của các pha băng giá và băng gian — điều này lần đầu được giải thích bởi lý thuyết của Milutin Milanković.
Các kỳ băng hà hiện tại được nghiên cứu kỹ nhất và chúng ta cũng có những hiểu biết tốt nhất về nó, đặc biệt là trong 400.000 năm gần đây, bởi vì đây là giai đoạn được ghi lại trong các lõi băng về thành phần khí quyển và các biến đổi nhiệt độ cũng như khối lượng băng. Trong giai đoạn này, tần số sự thay đổi giữa băng giá/băng gian theo các giai đoạn lực quỹ đạo của Milanković làm việc rất tốt khiến cho lực quỹ đạo này được chấp nhận chung làm nhân tố để giải thích sự kiện. Những hiệu ứng tổng hợp của sự thay đổi vị trí đối với Mặt Trời, sự tiến động của trục Trái Đất, và sự thay đổi của độ nghiêng của trục Trái Đất có thể làm thay đổi một cách đáng kể sự tái phân bố lượng ánh sáng mặt trời nhận được của Trái Đất. Quan trọng nhất là những sự thay đổi trong độ nghiêng của trục Trái Đất, nó gây ảnh hưởng tới cường độ mùa. Ví dụ, khối lượng dòng ánh sáng mặt trời vào tháng 7 ở 65 độ vĩ bắc có thể thay đổi tới 25% (từ 400 W/m² tới 500 W/m²,). Nhiều người tin rằng các khối băng tiến lên khi mùa hè quá yếu không đủ làm tan chảy toàn bộ số tuyết đã rơi xuống trong mùa đông trước đó. Một số người tin rằng sức mạnh của lực quỹ đạo có lẽ không đủ để gây ra sự đóng băng, nhưng cơ cấu hoàn chuyển như CO2 có thể giải thích sự không đối xứng này.
Trong khi lực Milanković dự đoán chu kỳ thay đổi trong các tham số quỹ đạo của Trái Đất có thể được thể hiện trong những dấu tích băng, nhưng vẫn cần có thêm những giải thích nữa để biết tại sao những chu kỳ đó được quan sát thấy ở mức cao nhất vào những giai đoạn băng giá/băng gian. Đặc biệt, trong 800 ngàn năm qua, sự dao động chính băng/gian băng là 100 ngàn năm, tương đương với những thay đổi trong sự lệch tâm và độ nghiêng quỹ đạo, và hơn nữa là yếu nhất trong ba tần suất do Milanković dự đoán. Trong giai đoạn 3,0 — 0,8 triệu năm trước, mô hình đóng băng chính tương đương với giai đoạn 41 nghìn năm của sự thay đổi trong độ nghiêng Trái Đất (độ nghiêng trục). Những lý do để gây ra tần suất theo kiểu này chứ không phải kiểu kia hiện vẫn chưa được biết nhiều và nó là một lĩnh vực thiết thực trong nghiên cứu hiện tại, nhưng câu trả lời có lẽ liên quan tới một số hình thức cộng hưởng trong hệ thống thời tiết của Trái Đất.
Sự giải thích "truyền thống" của Milankovitch phải gắng sức để giải thích sự thống trị của chu kỳ 100 nghìn năm trong 8 chu kỳ cuối cùng. Richard A. Muller và Gordon J. MacDonald và những người khác đã chỉ ra rằng những tính toán đó chỉ dành cho quỹ đạo Trái Đất hai chiều, nhưng quỹ đạo ba chiều cũng có một chu kỳ quỹ đạo nghiêng 100 nghìn năm. Họ cho rằng những biến đổi đó trong độ nghiêng quỹ đạo dẫn tới nhiều biến đổi trong lượng nhiệt nhận được từ Mặt Trời, bởi vì Trái Đất chuyển động ra và vào những dải bụi đã biết trong hệ Mặt Trời. Mặc dù có một cơ cấu khác biệt với quan điểm truyền thống, những giai đoạn "được dự báo trước" trong 400.000 năm qua gần như giống hệt nhau. Tới lượt mình lý thuyết của Muller và MacDonald lại bị Rial không thừa nhận.
Một nhà nghiên cứu khác, Ruddiman đã đưa ra một hình thức đáng tin cậy giải thích chu kỳ 100.000 bằng cách điều chỉnh hiệu ứng lệch tâm (yếu chu kỳ 100.000) về tiến động (chu kỳ 23.000 năm) tổng hợp với cơ cấu hoàn ngược của khí nhà kính trong các chu kỳ 41.000 và 23.000 năm. Tuy nhiên, một lý thuyết khác do Peter Huybers, người cho rằng chu kỳ 41.000 năm luôn chiếm ưu thế, đưa ra cho rằng Trái Đất đã bước vào một hình thức đối xử thời tiết theo đó chỉ chu kỳ thứ 2 và thứ 3 là gây ra kỳ băng hà. Điều này có thể ngụ ý rằng tính chu kỳ 100.000 năm thực sự là một sự phản hồi được tạo ra bằng cách cân bằng các chu kỳ đã kết thúc 80 và 120 năm trước. Lý thuyết này ủng hộ sự tồn tại của sự không chắc chắn trong thời gian nhưng hiện không được chấp nhận rộng rãi .