Поначалу геологи полагали, что покровное оледенение возникло на Земле лишь однажды (как и Потоп): ледник надвинулся, а затем отступил в свое нынешнее положение, оставив на память о себе все эти моренные гряды, камовые холмы и зандровые поля. Впоследствии, однако, обнаружили свидетельства многократности оледенений: заключенные между разновозрастными слоями морены слои торфа и даже гумусированные почвенные горизонты. Для образования почвы подобного рода необходимы достаточно теплый климат и обильная растительность - значит, холодные ледниковые эпохи (когда отлагались морены) перемежались с теплыми межледниковьями. В 1909 году А. Пенк и А. Брюкнер установили, что изученные ими древние галечные террасы с бортов альпийских речных долин аккумулировались в ледниковые эпохи (когда интенсивное морозное выветривание и отсутствие растительности ускоряли эрозию), а в теплые межледниковья начинался их размыв. Они выделили для Центральной Европы четыре ледниковые эпохи, названные по соответствующим альпийским речкам - гюнц, миндель, рисс и вюрм. Впоследствии сходная последовательность плейстоценовых событий была установлена и для остальных территорий Северного полушария: в Восточной Европе различают окское (лихвинское), днепровское, московское и валдайское оледенения, в Северной Америке - небраскское, канзасское, иллинойсское и висконсинское.
Итак, подтвердив и развив теорию Агассиса, геологи оказались перед лицом проблемы: в чем же причина оледенений? Что вызывало рост ледниковых покровов прошлого и почему, распространившись почти на треть суши, они вдруг начинали отступать? "Астрономические" гипотезы усматривали причину этих изменений в периодическом сокращении количества тепла, поступающего на Землю от Солнца. Другая группа гипотез акцентировала внимание на том, что оледенение - лишь одно из звеньев глобальной климатической системы и что система "ледниковый щит - океан - атмосфера" работает как единая гигантская машина; суть дела, заключали они, не в количестве тепла, поступающего на Землю, а в том, насколько равномерно это тепло распределено по поверхности планеты.
Солярная гипотеза, предполагающая периодические падения светимости Солнца, не имеет ныне сторонников: по мнению астрофизиков, звезды спектрального класса G-2, к которому относится наше Солнце, к подобным глупым шуткам совершенно не склонны. Зато весьма популярна теория астронома М. Миланковича (1924), связывающая оледенения с изменениями летней инсоляции (поступления солнечной радиации) в высоких широтах обоих полушарий, что, в свою очередь, обусловлено циклическими изменениями трех параметров орбитального движения Земли вокруг Солнца (вариациями наклона земной оси и пр.). Сделав поправки на эффекты менявшегося альбедо (отражательной способности земной поверхности), он рассчитал сдвиги в географическом положении границ ледниковых покровов за последний миллион лет, которые неплохо совпали с периодизацией европейских оледенений. Как на инсоляционных кривых Миланковича, так и на палеоклиматическом графике Пенка и Брюкнера ледниковые эпохи запечатлелись в виде коротких резких пульсаций, отделенных друг от друга длинными интервалами, и при этом "Великое межледниковье" (между минделем и риссом) занимает на графике то же место, что и предсказанный Миланковичем длительный теплый интервал (рис. 59). Впоследствии картина оказалась гораздо более сложной, чем это представлялось в 30–40-е годы, однако ныне существование 100 000-летних климатических циклов, порождаемых орбитальными возмущениями, имеет вполне солидное обоснование.
Теория Миланковича (в ее современных вариантах) удовлетворительно описывает динамику похолоданий и потеплений внутри ледникового периода, однако, к сожалению, не отвечает на вопрос о наступлении самого этого периода: вполне очевидно, что вся эта астрономическая циклика была точно такой же и в предшествующие плейстоцену эпохи, но никаких оледенений при этом не порождала. Поэтому с середины 50-х годов стал расти интерес к "земным" гипотезам оледенений, переносящим акцент на динамические взаимодействия в системе "оледенение - океан - атмосфера"; мы уже упоминали об обратных парниковых эффектах, порождаемых изменениями атмосферного соотношения CO2/O2, и о работе морских течений при различном расположении материков.
Одной из самых интересных представляется гипотеза климатологов М. Юинга и У. Донна (1956). Задавшись вопросом "почему оледенение не возникает сейчас, когда температурные условия Арктики вроде бы вполне тому благоприятствуют?" - они сочли это следствием дефицита осадков. Главный тезис их гипотезы: решающее условие возникновения оледенения в Арктике - усиление притока несущих влагу воздушных масс и усиление снегопадов; от этого ледник начинает нарастать, альбедо увеличивается, температура падает… ну, дальше - ясно. Вопрос: что же за фактор повышал влажность в арктических широтах? Ответ: освобождение Ледовитого океана от его ледового панциря в результате усиления притока теплой воды из Северной Атлантики. При отсутствии покрова морских льдов этот океан должен становиться мощнейшим испарителем, воздух над ним - "заряжаться" водяным паром, а интенсивность снегопадов над окружающей сушей - резко возрастать; рост альбедо доводит падение температуры до ледниковой эпохи. А вот дальше самое интересное! В некоторый момент похолодание достигает той точки, когда Ледовитый океан вновь замерзает, и тогда начинается дегляциация: потеряв главный источник атмосферного питания, ледниковые покровы начинают "съеживаться". Ледник тает, при этом уровень океана повышается, ветви теплого Северо-Атлантического течения вновь прорываются в Арктику, растапливают ее морские льды - и цикл начинается по новой.
Существование этой парадоксальной автоколебательной системы, в которой оледенение порождается потеплением, а дегляциация - похолоданием, нашло недавно косвенное подтверждение при изучении донных отложений Атлантики: оказалось, что в плейстоцене Гольфстрим периодически исчезал; при этом выяснилось, что усиление Гольфстрима действительно совпадает с периодами похолоданий, и наоборот. Вообще один из главных вопросов, на которые приходится отвечать "земным" гипотезам (подразумевающим примерное постоянство инсоляционного баланса планеты), сводится к тому, каким образом прекращается разрастание ледника; по идее этот процесс должен идти с положительной обратной связью. Ведь рост ледника приводит (через увеличение альбедо) к падению температуры, что еще увеличивает ледник - и так до тех пор, пока льдом не покроется вся планета… Один из наиболее убедительных ответов состоит в том, что по достижении ледником некоего порогового размера над ним (именно из-за высокого альбедо) возникает постоянно действующий антициклон (область высокого атмосферного давления), который усиливается по мере роста ледника и в конце концов лишает его "питания" - осадков. Таким образом, климат перигляциальных (окружающих ледник) территорий должен быть холодным и сухим, что полностью подтверждается палеонтологическими данными. В этих ландшафтах складывается весьма специфическая фаунистическая группировка с сочетанием криофильных (холодо-любивых) и ксерофильных (сухолюбивых) элементов, которую А. Я. Тугаринов (1929) назвал тундростепной; типично тундровые (влаголюбивые) элементы встречаются здесь лишь близ водотоков. Сейчас группировки, сходные с перигляциальными, сохранились в виде так называемых реликтовых степей - островков среди таежного и лесотундрового ландшафта, приуроченных к южным склонам гор Северо-Восточной Сибири и Аляски, а также в холодных засушливых высокогорьях Центральной Азии (здесь их называют "пастбищем яков"). Реликтовые степи, как и тундра, представляют собой безлесые сериальные стадии к хвойным таежным климаксам - соответственно, ксеро– и гидросерию; соотношение площадей, занимаемых в ареале сукцессионной системы сообществами ксеро– и гидросериального ряда, определяется климатической ситуацией. В перигляциальном ландшафте, где вся вода вымерзает на массе ледника (как в морозилке холодильника) и ситуация складывается фактически аридная, доминируют криоксерофильные тундростепи, а настоящие тундры существуют лишь в виде приводных сообществ. Когда же ледниковая эпоха заканчивается и наступает межледниковье, ситуация меняется на обратную. Ледник тает, высвобождая массы воды, и доминировать на осовобождающейся ото льда территории начинают сообщества гидроряда (тундра - это в некотором смысле чудовищно разросшееся таежное моховое болото), тундростепи же съеживаются до крохотных островков "реликтовых степей" на сухих прогреваемых южных склонах.