Для развития крупного оледенения достаточно понижения среднегодовых температур на 2–4 градуса по Цельсию, так считают ученые. Этого будет достаточно для роста ледяного покрова, а уже разросшийся ледник сам вызовет дальнейшее падение температуры на Земле. Существует несколько теорий, касающихся причин первоначального понижения средней температуры атмосферы Земли.

Часть исследователей считает, что это могло произойти в связи с уменьшением количества тепла, получаемого от Солнца. Если существует одиннадцатилетний цикл солнечной активности, то вполне может существовать и цикл, имеющий значительно большую длительность. Тогда похолодание будет совпадать по времени с периодами, когда солнечное тепловое излучение имеет наименьшую интенсивность.

Иногда повышение или понижение температуры происходит независимо от солнечной активности, а под влиянием изменения состава атмосферы. В 1909 году видный шведский ученый С. Аррениус обратил внимание на то, что содержание углекислоты в атмосфере влияет на температуру нижних слоев воздуха. Исследования показали, углекислый газ пропускает тепловое излучение Солнца, но поглощает большую часть теплового излучения Земли, то есть препятствует остыванию поверхности планеты. Если концентрация углекислоты в атмосфере уменьшится в два раза, то средние годовые температуры упадут на 4–5 градусов по Цельсию, что скорее всего приведет к новому ледниковому периоду.

Интересную гипотезу выдвинул вулканолог И.В. Мелекесцев. Он сопоставил периоды великих похолоданий с периодами увеличения вулканической активности. Вулканическая деятельность приводит не только к загрязнению атмосферы вулканическим пеплом, но и способна изменить газовый состав и температуру воздушной оболочки нашей планеты. Во время извержений вулканы выбрасывают в верхние слои атмосферы миллиарды тонн пепла. Мощные воздушные потоки быстро распространяют пепел над поверхностью земного шара. Например, пепел вулкана Безымянного в течение двух дней после извержения в 1956 году был перенесен по верхним слоям атмосферы на противоположную сторону земного шара и обнаружен над Лондоном. Загрязненная атмосфера теряет прозрачность для солнечной радиации и значительно ослабляет ее. Также пепел способствует конденсации водяных паров в атмосфере, в результате чего небо затягивается сплошной облачной пеленой, которая еще больше уменьшает интенсивность солнечного излучения. Например, увеличение облачности на десять процентов влечет за собой снижение среднегодовой температуры на два градуса по Цельсию. В наше время не раз происходили крупные вулканические извержения, но они были разнесены по времени на десятки лет, поэтому не смогли существенно повлиять на изменение климата.

На протяжении четвертичного периода интенсивность вулканической активности не раз менялась. Этот вывод был сделан после изучения осадочных пород на дне Тихого и Атлантического океанов. Причем время осаждений особенно насыщенных пеплом слоев совпадает с периодами сильных оледенений. Кстати, надо заметить, современная вулканическая деятельность не оставляет существенного следа в осадочных материалах. Значит, понижение температуры вызывалось более широкомасштабной вулканической активностью – как по числу, так и по силе извержений. На сегодня точно установлено: эпохи похолоданий и активного вулканизма проходили одновременно на Камчатке и в некоторых других тектонически активных зонах. Связь этих двух природных катастрофических явлений очевидна. Но и здесь есть исключения. В осадочных породах позднемеловой эпохи был обнаружен большой слой вулканического пепла, хотя расширения ледниковых образований в то время не происходило.