第四纪冰河时期

冰核的分析提供了高分辨率的气候变化的证据。并证实了海洋同位素阶提供的编年。冰核分析表明，过去40万年的各次间冰期都很短暂（10,000至30,000年），如同现今一样温暖；而各次冰期很漫长（70,000至90,000年）。新的EPICA南极冰核提供了400,000至780,000年前的样本，表明间冰期占据了每次冰期/间冰期旋回的很大时间段，但是没有更近的间冰期那样温暖。

第四纪更为古老的阶段

**根据Gibbard Figure 22.1.[4]

地球的轨道与冰期的关系

19世纪后期，James Croll首先提出地球轨道的变化与冰期的关系[8]。1930年前后，米盧廷·米蘭科維奇，一位南斯拉夫地球物理学家，明确提出并计算了地球轨道的不规则的变化与冰期之间的关系，被称之为米蘭科維奇循環[9]。

地球轨道离心率以100,000年为周期改变[10]。 地球自转的轉軸傾角在22°至24.5°之间变化[10]（地球自转轴相对于地球公转平面的倾角，造成了季节变化。倾角越大，四季越分明）。自转轴倾角的改变以41,000年为周期[10]。 地球自转轴进动以21,700年为周期。根据米蘭科維奇的理论，上述因素导致地球每40,000年周期性冷暖变化。主要原因是季节性接受太阳辐射热的对比的变化，而不是地球接受太阳总辐射能量的变化。

直到1970年代有了充分长且详细的第四纪温度变化的编年数据后，米蘭科維奇的理论才被证实是成立的[11]。深海钻孔取样分析表明，过去数十万年的气候波动非常接近于米蘭科維奇的计算结果。

米蘭科維奇的理论存在的问题是：天文学周期存在了数十亿年，但冰期的出现确是稀少的。实际上，天文学周期用来解释一个冰河时期内冰期与间冰期的交替。其它因素，如大陆的位置及对洋流的影响，太阳内部的长期波动等等，可能造成了冰河时期。

有的理论认为，大气中CO₂的下降，启动了长期的冷却，最终导致冰期。最近对格陵兰冰芯钻探取样中的微小气泡中CO₂比例的分析，倾向于支持这一理论。地球化学碳循环表明从中生代以来大气CO₂的比例下降了10倍[12]。但不清楚什么原因导致了CO₂含量的下降，以及这种下降是气候变冷的原因还是结果。

CO₂对冰期与间冰期的轮替也有重要意义。高的CO₂含量对应于温暖的间冰期，而低的CO₂含量对应于冰期。但研究表明CO₂可能不是冰期与间冰期转变的原因，而是一种反馈[13]。

气温长期下降的一个重要原因可能是大陆相对于南北极的位置（但这不能解释冰期的快速出现与消退）[14]。 这种相对关系可以控制洋流与大气的循环，影响到洋流能否把热量输送到高纬度地区。在大部分地质历史上，北极是开阔的、开放的海洋，大型洋流可以从赤道不受阻碍的进抵北极区。这种不受限的循环在大部分地质历史时期形成了温和、均匀的气候。

在新生代，北美大陆与南美大陆离开了欧亚板块而向西移动，形成了大西洋呈南北分布，北极区成为一个小型的，几乎是被陆地包围的海盆——北冰洋。大约3百万年前，南北美大陆的汇合形成了巴拿马地峡，改变了洋流，形成了流向北大西洋与北冰洋的湾流，这与第四纪冰河时期开始时间一致[15]。

第四纪冰河时期产生的湖泊数量超过了其它地质过程的总和。大陆冰川完全打断了冰前水系。冰川流经之地遭到了擦蚀与侵蚀，在基岩上留下了无数封闭的、没有外流出口的洼地。这些洼地填入了水后就成为湖泊。

在冰缘产生了非常大的湖泊。北美与欧洲的大陆冰盖的中心之处厚达3,000米（9,800英尺） ，并且向冰缘处逐渐变薄。冰盖中心处的地壳受到冰的巨大压力而下沉很大。当冰盖融化后，地壳反弹上升有个后延时间，造成了向着冰盖中心的地壳倾斜。这种倾斜产生的盆地可以持续数千年。这种盆地变成湖泊或者海侵。北美五大湖[16]与波罗的海[17][18]就是如此形成的。

冰川导致了一些距离冰缘较远的干旱或半干旱地区有了较多降水，增加了河流与时令河的水量，导致了大型雨成湖的形成与增长。雨成湖在冰期可以非常大，但在间冰期由于降水减少，雨成湖往往蒸发成盐滩。

当前全球地壳垂直运动速率。

第四纪冰河时期的大陆冰盖数千米的厚度，压迫其下的岩石圈下沉，达到了均衡调整（isostatic adjustment）。加拿大环绕哈德逊湾的大片地区下沉到海平面以下，同时期欧洲环波罗的海地区也是如此。冰川融化后这些地区的地壳处于反弹上升中。9,000年前还曾在斯坎迪纳维亚引发了大地震。这些地震非常独特，因为它与板块构造无关。

研究表明地壳上升有两个不同阶段。冰消后最初的上升是快速的（或者说是弹性的）。弹性阶段后，地壳上升是缓慢黏滞的，上升速度呈指数下降直到趋于0。现在，典型上升速率是1 cm每年的数量级或者更小。在北欧，这被GPS数据观测网BIFROST所证实[19]。研究认为地壳反弹还会再持续10,000年。整个地壳反弹取决于冰期时的当地冰盖重量，在冰盖中心可能是几百米。

大规模的陆地冰盖，很大地改变了大气环流[20]。冰缘的风是很强烈与持续的，因为密度大的寒冷空气流出冰原。 这种风吹起并运送了大量松散、细粒度的冰川带下来的沉积物。风携带这些物质，在一定地区逐渐累积形成了黄土，包括密苏里河河谷的一些不规则条状分布、中欧、中国华北。在中国黄土高原，代表了寒冷干旱气候的黄土与代表暖湿气候的古土壤（典型如红粘土）交替分层出现达28次，表明了地质史上的气候冷暖旋回。

早第四纪时沙丘分布非常广泛与活跃。如内布拉斯加州的沙山，覆盖了大约60,000 km²（23,166 sq mi）[21]。这一地区在更新世是广阔活跃的沙丘地区，但现在已经是稳定了并被草地覆盖[22][23]。