빙하기, 氷河期, ice age
지구의 기온이 오랜 시간 동안 하강하여 남북 양극과 대륙, 산 위의 얼음층이 확장되는 시기를 의미한다.
빙하학적으로는 빙하기라는 말은 남반구와 북반구에 빙상이 확장한 특정 시기를 의미하며, 이 정의에 의하면 그린란드와 남극의 빙상이 존재하는 현재도 지구는 빙하기에 있는 것이다.
과거 수백만 년 전의 빙하기는 일반적으로 북아메리카와 유럽 대륙으로 빙상이 확대된 한랭기를 가리킨다. 아시아 지역은 빙상이 발달하지 않았고 한랭 지대가 확장된 것 같다. 이런 의미에서 마지막 빙하기는 10,000년 전에 종료되었다고 할 수 있다. 약 1만 년 전에 끝난 빙하기를 마지막 빙하기로 표현하고 있지만, 과학자의 상당수는 '빙하기'가 끝난 것이 아니라 '빙기'가 끝났다고 생각하며, 현재를 《빙기》와 빙기의 사이인 《간빙기》라고 생각하고 있다. 때문에 최종빙기 종료후부터 현재까지의 기간을 '후빙기'라고 부르기도 한다.
여기서는 빙하학적인 의미로 사용하며, 빙하기 내의 추운 시기를 빙기(glacial), 비교적 따뜻한 시기를 간빙기(interglacial)라고 부른다.
빙하기가 중요한 것은 인류의 진화와 함께하기 때문이다. 빙기가 찾아오면 해안선이 극단적으로 멀어져서, 육상의 거의 대부분이 얼음으로 덮인다. 때문에 동식물도 격감하며, 동식물로 수렵과 채집 생활을 하는 인류에게 큰 타격이었다. 빙기의 환경에서 지상 생활을 시작한 뒤 두 발 보행을 시작해 인류가 되었다는 것이 통설이다.
빙하기 이론의 기원
유럽의 산악 지대에 사는 사람들은 과거에 빙하기보다 넓게 퍼져 있었다는 것은 일반적인 상식이며, 차펜티어(Jean de Charpentier)는 이 설을 지지하는 증거를 정리하였다. 1836년 이 이론을 루이 아가시(Louis Agassiz)에게 납득을 시켰고, 아가시는 《빙하에 대한 연구(Étude sur les glaciers)》라는 책을 1841년에 출판했다.
이 최초의 단계에서 연구된 것은 현재의 빙하기 중에서 과거 수십만 년 전에 일어난 빙기에 대한 것이었고, 그 이전 빙하기의 존재에 대해서는 상상도 하지 못했다.
빙기의 증거는 여러 가지 형태로 얻을 수 있다. 바위가 쓸려 있거나, 깎인 흔적이나 그러한 침식작용을 받아온 독특한 형상의 바위, 빙하의 끝이나 주변에 퇴적된 것들, 독특한 빙하 지형인 드럼 린이나 빙하골짜기 등, 티르나 틸러 실 등의 빙하 퇴적물 등이다. 그러나 반복해 일어나는 빙하 작용이 그 이전의 빙하작용의 지질학적 증거를 변형하거나 없애기 때문에 해석을 어렵게 하여 현재의 이론까지 도달하는 데에는 많은 시간이 소요되었다.
최근에는 빙상의 핵이나 해저퇴적물의 핵을 해석하여, 빙기, 간빙기의 과거 수백만 년 전을 분석하는 것이 가능하게 되었다.
대표적인 빙하기
과거 지구 상에는 적어도 네 번 이상의 큰 빙하기가 있었다.
24억 년 전에서 21억 년 전 무렵의 원생대 초기에 가장 오래된 빙하기(휴로니안 빙기 Huronian glaciation)가 있었던 것이 가설로서 생각되고 있다. 증거가 남아있는 것 중 가장 오래된 것은 7억 5천만 년 전부터의 빙하기인 스타티안 빙기(Sturtian glaciation, 약 7억 년 전)와 마리노아 빙기(Marinoan glaciation, 약 6.4억 년 전)로 과거 10억 년 중 가장 어려운 시기였던 것으로 추측된다. 소위 눈덩이 지구라고도 하는 이 빙하기는, 지상으로부터 약 3Km 높이의 얼음 장벽들이 양 극점에서 얼기 시작하여 적도에서 만나 완전히 지구를 흰 눈덩이처럼 에워 감쌌다고 한다. 이 빙하기는 캄브리아기의 지속된 폭발로 끝났다고 알려져 있지만, 이 빙하기에 관련한 것들은 지금까지도 계속 논쟁 중이다.
고생대에는 4억 6천만 년 전부터 4억 3천만 년 전에 걸쳐 작은 빙하기(안데스-사하라 빙기 Andean-Saharan glaciation)가 있었고 이 빙하기는 화성과 목성 사이의 소행성이 폭발할 때 발생한 먼지가 우주공간을 이동해 지구에까지 도달하고 지구의 대기를 덮으며 이전과 다른 기온을 만들어내 발생한 빙하기라는 설이 있다. 같은 고생대인 3억 6천만 년 전에서 2억 6천만 년 전 사이에도 빙하의 확대기인 카루빙기(Karoo Ice Age)가 있었으며, 이때에는 많은 생물들이 대량으로 멸종되었다.
현재의 빙하기는 4000만 년 전의 남극 빙상의 성장에 의해 시작되어, 300만 년 전부터 일어난 북반구의 빙상의 발달과 함께 규모가 확대되었다. 플라이스토세, 즉 갱신세로 진행됨에 따라 더욱 격렬해져, 그 무렵부터 빙상의 확대와 후퇴를 반복하다 4만 년과 10만 년의 주기로 온 세상에서 볼 수 있게 되었다. 마지막 빙기인 최종빙기는 약 1만 년 전에 끝났다.
빙하기와 간빙기
각각의 빙하기 사이에는 수 백만 년 계속되는 온난한 기간이 여러 번 있었고, 그 사이에도 온난한 시기와 추운 시기가 있었다. 보다 추운 시기를 빙하기라고 하며, 따뜻한 시기를 간빙기라고 부른다.
가장 최근에 빙하기가 끝난 것은 약 1만 년 전이며, 현재는 전형적인 간빙기가 1만 2000년 정도 계속되고 있다고 생각된다. 빙상 핵 데이터에 의한 정밀한 시기 단정은 어려우며, 세계적인 한랭화를 가져오는 새로운 빙하기가 머지않아 시작될 가능성도 있다. 현재 온실 효과로 인한 인위적인 요인이 어떤 영향을 미칠 것이라고 추측되고 있다. 지구 궤도 요소에 대한 최신 연구에서 인간 활동의 영향이 없어서 현재의 간빙기는 적어도 5만 년은 지속될 것이라고 추측하고 있다.
빙하기와 간빙기의 변동에 관련하여, 미국 방송이 전문가에게 의뢰해 작성한 《지구온난화의 영향에 의한 대규모 기후 변동을 가정한 안전 보장 보고서》(Schwartz, P. and Randall, D. 2003)의 존재가 2004년에 표면화되어 주목을 끌었다. 그 보고서에 따르면 지구온난화에 의한 해류의 변화가 원인으로, 북반구에서는 2010년부터 평균 기온이 내려가기 시작해 2017년에는 평균 기온이 7~8°C 내려가며, 반면 남반구에서는 급격하게 온도가 올라 강수량은 줄어들고, 가뭄 등의 자연 재해가 일어날 것으로 예측되었다.
빙하기는 아직 확실한 원인을 발견하지 못했고 대신 여러 가설들이 대립 중인데, 초화산 폭발로 인한 빙하기 가설을 대표적인 예시로 들 수 있는데, 아래의 예시는 '플라이스토세'에 분화한 초화산의 목록이다.
'캄피 플레그레이'에 의한 '국지적 소빙하기'로 네안데르탈인이 멸종했다는 가설이 있다. 1815년 VEI 7급 화산의 폭발로 이후 3년간 국지적인 소빙하기가 왔다는 주장이 있다. 실제로 이 시기에 북반구 중위도 지역에 기온이 1~3도가량 내려갔다. 특히 1815년 당해 여름에 많은 지역에서 새벽에 서리가 내렸었고 여름이 없는 해로 분류한다. 17~19세기를 중심으로 연구가 진행 중인 분야인데 확정적이지는 않으나 '기후사' 등의 용어가 활발히 사용될 정도로 주목받고 있는 분야이다.
밀란코비치 이론
지구의 기후를 변화시키는 지구 자체 운동의 집합적인 효과를 설명하는 이론이다. 구 유고슬라비아 세르비아의 기술자이며 수학자이자 천문학자인 밀루틴 밀란코비치(1879년 5월 28일 - 1958년 12월 12일)의 이름이 붙여졌으며, 밀루틴 밀란코비치는 제1차 세계 대전 중 억류되어 있는 동안 이 이론을 연구하였다. 밀루틴 밀란코비치는 지구 공전 궤도 이심률과 자전축 경사의 변화, 세차운동이 지구의 기후 변화 패턴을 결정한다는 수학적인 가설을 세웠다.
지구의 자전축은 도는 팽이처럼 요동을 하면서 약 26,000년마다 한 바퀴 세차운동을 한다. 한편 지구의 타원 궤도의 축도 반대 방향으로 훨씬 서서히 회전한다. 이러한 운동들은 춘분점과 추분점을 23,000년 주기로 서서히 이동시킨다. 또한 황도면에 대한 지구 자전축의 경사는 41,000년을 주기로 21.5°에서 24.5° 사이를 오르내리는데 현재의 각도는 23.44°이며 서서히 줄어들고 있다.
또다른 천문학적 기후 변화 이론들이 프랑스 수학자인 조세프 아드마와 스코틀랜드 지질학자 제임스 크롤 등에 의해 제시되었지만, 신뢰성 있는 연대의 증거들이 부족했고 어느 주기가 더 중요한지에 대한 논란 때문에 검증이 어려웠다. 그러다 심해 코어를 통해 천문학적인 요동이 산소 동위원소의 변동과 상호 관계가 있다는 것이 통계학적으로 알려지면서 지구 기후 변화에 대한 천문학적 이론이 지지를 받기 시작했다.
지구의 운동
지구가 자전과 공전을 함에 따라 몇 가지 요인들이 지구 기후에 크고 작은 영향을 준다. 밀루틴 밀란코비치는 공전 궤도 이심률과 자전축 경사, 세차운동을 연구해 이러한 변화들이 지구에 도달하는 태양 복사 에너지의 양과 도달위치를 변화시킨다는 사실을 알아냈다.
지구의 공전 궤도는 타원형이다. 이심률은 타원이 원에서 얼마나 찌그러져있는지를 나타내는 척도이다. 지구 공전 궤도의 모양은 시간에 따라 거의 원형(0.005의 낮은 이심률)에서 완만한 타원 모양까지(0.058의 높은 이심률) 변화하고 평균 이심률은 0.028이다. 이 변화에 있어서 가장 주요한 요인이 413,000년의 주기로 이심률을 ±0.012만큼 변화시킨다. 또 다른 요인들은 95,000년에서 125,000년 주기를 가지고 (공명 주기 400,000년), 대략적으로 100,000년 주기와 맞는다. 현재의 공전 궤도 이심률은 0.017이다.
만약 지구가 태양 주변을 공전하는 유일한 행성이었다면, 지구 공전 궤도의 이심률은 오랜 시간이 지나는 동안에도 거의 변화하지 않을 것이다. 목성과 토성의 중력장과의 상호작용이 지구의 공전 궤도 이심률을 변화시키는 주된 요인이다. 그러나 공전 궤도의 이심률이 변화하여도 타원 궤도의 장반경의 길이는 달라지지 않는다. 천체역학에서 궤도의 진화를 계산하기 위해 사용되는 섭동 이론에 따르면, 장반경의 길이는 변하지 않는 값이다. 케플러 제3법칙에 따르면 공전 주기는 궤도의 장반경에 의해 결정된다. 그러므로 지구의 공전 주기, 즉 항성년의 길이 역시 궤도가 변하더라도 달라지지 않는다. 궤도 이심률이 증가함에 따라 단반경의 길이가 짧아지면, 계절의 변화가 커진다. 또 케플러 제2법칙에 따르면 공전 궤도의 이심률이 작을 때 지구에 도달하는 평균 태양 복사량의 변화는 아주 작다.
지구가 태양에서 가장 멀리 떨어져 있을 때, 즉 원일점에서 받는 태양 복사 에너지의 양과 태양에 가장 가까이 다가갔을 때, 즉 근일점에서 받는 태양 복사 에너지의 차이는 이심률 차이의 약 4배보다 조금 더 크다. 현재 궤도 이심률에서는 근일점과 원일점에서의 태양 복사 에너지의 차이는 약 6.8%이고, 거리 차는 3.4%(510만 km)이다. 현재 근일점은 1월 3일 근처에, 원일점은 7월 4일 근처에 위치한다. 공전 궤도의 이심률이 가장 클 때 근일점에서의 태양 복사 에너지의 양은 원일점에서보다 약 23%나 큽니다.
자전축 경사
지구 자전축의 경사는 지구 공전 궤도면에 대해 변화한다. 이 변화는 22.1°에서 24.5°까지 2.4°의 폭으로 약 41,000년을 주기로 일어난다. 자전축 경사가 증가할 때, 여름에는 더 많은 태양 복사 플럭스를 받고 겨울에는 더 적게 받으면서 계절에 따른 태양 복사 에너지의 진폭이 증가한다.
현재 지구 자전축은 궤도면에서 23.44°기울어져 있고, 자전축 경사 양끝값의 거의 중간쯤에 있다. 이 경사는 줄어드는 추세에 있으며 서기 약 10,000년 경에 최솟값에 도달할 것이며 이 추세는 겨울을 더 따뜻하게, 여름을 더 춥게 만들고 있다. 그러나 현재 증가하고 있는 온실 기체의 영향은 이러한 자전축 변화의 효과를 거의 무시해버릴 것이다.
세차운동
지구의 세차 운동.
세차운동은 지구 자전축의 방향이 멀리 떨어진 별에 대해 원형으로 회전하는 현상으로 약 26,000년의 주기를 가지고 있다. 이러한 회전 운동은 회전하는 강체인 지구에 작용하는 태양과 달의 조력 때문에 일어나며, 이러한 현상은 지구가 완벽한 구가 아닌 살짝 찌그러진 모양이기 때문에 발생한다. 태양과 달이 세차운동에 끼치는 영향은 거의 비슷하다.
자전축이 근일점에서 태양을 가리키는 방향으로 되면, 지구의 한 쪽 반구는 더 큰 계절 차이를 가지게 되고 반대편 반구는 더 작은 계절 변화가 일어나게 된다. 근일점에서 여름이 되는 반구에서는 더 많은 태양 복사를 받게 되지만, 같은 반구에서 겨울에는 더 적은 태양 복사를 받게 되어 더 추운 겨울이 온다. 반대편 반구에서는 비교적 따뜻한 겨울과 시원한 여름이 온다.
자전축이 춘분점과 추분점 근처에서 원일점과 근일점이 일어나도록 정렬된다면 북반구와 남반구는 비슷한 계절 차이를 가지게 된다.
현재 근일점은 남반구의 여름에, 원일점은 남반구의 겨울에 위치한다. 그러므로 다른 요인들이 동일하다면 남반구의 계절은 북반구의 계절보다 연교차가 더 크게 된다.
문제점
관측되는 기후의 주기성이 궤도 주기와 상당히 잘 맞는 덕분에 밀란코비치의 궤도 이론은 압도적인 지지를 받고 있다. 그럼에도 불구하고 아직 이론과 관측을 연결 짓는데에 몇 가지 문제점들이 남아 있다.
궤도 또는 천문 주기라고도 알려진 밀란코비치 주기는 장기간에 걸쳐 발생하는 지구 궤도 및 축 기울기의 변화를 나타냅니다. 이러한 주기는 다양한 위도와 계절에서 받는 햇빛의 분포와 강도에 영향을 미쳐 지구의 기후를 형성하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 생각됩니다.
밀란코비치 사이클
개요 :
밀란코비치 주기에는 세 가지 주요 주기가 있습니다.
- 이심률: 이 주기는 태양 주위를 도는 지구 궤도 모양의 변화를 포함하며, 타원형에서 원형에 이르기까지 다양합니다. 주기는 약 100,000년의 주기를 갖는다.
- 축 기울기(경사도): 이 주기는 약 22.1년 동안 약 24.5~41,000도 사이에서 변화하는 지구 축의 기울기를 나타냅니다.
- 전진: 세차 운동은 회전하는 팽이가 흔들리는 방식과 유사한 지구 축의 흔들리는 운동을 포함합니다. 이 주기는 약 26,000년의 주기를 가지며 지구 축의 방향에 영향을 미칩니다.
이러한 주기의 결합된 효과는 지구 표면에 도달하는 태양 복사의 양과 분포에 영향을 미치며, 지질학적 시간 규모에 따른 기후 패턴에 영향을 미칩니다.
또다시 빙하기 맞을 우려가 있다
최근 들어 지구가 또다시 빙하기를 맞을 우려가 있다고 독일 과학자들이 주장해 관심을 끌고 있다.지난 5월 9일 영국 일간지 데일리메일에 따르면 1980년대부터 주목 받았던 ‘지구냉각설’을 뒷받침할 수 있는 증거가 독일 과학자들에 의해 증명됐다고 보도했다. 이 신문은 GFZ 독일지구과학연구소의 과학자들이 최근 호수의 침전물에 대한 조사를 통해 2,800년 전 ‘태양 극소화(solar minimum)’로 인한 지구 냉각화가 최근 반복되고 있다고 주장하고 올해 들어 증가한 태양 흑점들과 태양 폭풍을 포함, 현재 태양 활동을 고려했을 때 얼마안가 활동이 약해지는 태양극소화로 이어져 빙하기를 초래할 수 있다고 강조했다고 말했다. GFZ의 아힘 바우어 박사는 2800년 전 태양 활동 감소가 지속되면서 유럽 대륙의 습도가 증가하고 강한 바람이 계속됐다고 밝혔다.
이미 지구상에는 지난 300년 전 ‘소빙하기(little ice-age)’라 불리던 시기를 겪으바 있으며 태양 기후 변화로 영국의 템스강이 얼어붙고 농작물이 얼어 수 천 명이 굶주린 바 있다. 하지만 이 주장에 반기를 든 과학자들은 “인류의 화석연료사용은 수십억 톤의 이산화탄소를 발생시켜 대기로 뿜어내 지구의 기온을 상승시켰고 이를 회복시키려면 천 년은 걸릴 것”이라고 반박했다. 영국 BBC 뉴스가 지난 1월 9일 보도한 내용에 따르면 지구인들이 배출하는 이산화탄소(CO₂) 덕분에 다음 빙하기의 도래 시기가 지연될 것이라는 최신 연구가 나왔다고 말했다 .영국과 미국, 노르웨이 과학자들은 현재의 상태와 가장 비슷한 과거 간빙기를 추적한 결과 다음 빙하기는 앞으로 1천500년 안에 찾아올 것임을 밝혀냈지만 현재 대기중 CO₂농도가 워낙 높아 이보다 늦어질 것이라는 결론을 얻었다고 네이처 지오사이언스지에 발표했다. 연구진은 “현재의 CO₂농도가 워낙 높아, 설혹 지금 당장 탄소 배출이 중단된다 해도 우리는 더 긴 간빙기를 누리게 될 것”이라고 말했다.
‘밀란코비치 주기’라 불리는 태양 공전 궤도
현재 지구의 대기중 이산화탄소 농도는 약 390ppm인데 여러 연구에 따르면 전 세계가 당장 탄소 배출을 중단한다 해도 앞으로 최소한 1천년간은 CO₂농도가 계속 높은 상태를 유지할 것으로 나타나고 있다. 지구가 빙하기에서 간빙기로 넘어가고 다시 빙하기로 돌아가는 근본 원인은 `밀란코비치 주기라고 불리는 태양 공전 궤도의 미묘한 차이 때문으로 알려져 있다. 러시아 과학자 밀루틴 밀란코비치가 약 100년 전 주장한 이 가설에 따르면 태양에 대한 지구의 위치와 회전축의 각도, 그리고 회전 속도는 수만년 주기로 약간씩 달라지며 이에 따라 지구의 기후는 약 10만년 주기로 온난한 간빙기에서 빙하기로 넘어간다.그러나 이런 요인들만으로는 빙하기와 간빙기의 온도 차이가 10℃씩 벌어지지 않으며 온난화가 시작된 후 대기중에 이산화탄소가 배출되고 다시 얼음이 얼면 대기가 이산화탄소를 흡수하는 등 다양한 요인에 의해 이런 차이가 크게 벌어진다.
연구진은 태양 공전 궤도 자료와 과거 암석 표본 분석 등을 통해 약 78만년 전에 시작된 MIS19c 간빙기가 현재 상태와 가장 비슷하다는 사실을 발견했다. 이 시기는 대양 해류순환에 이상이 생겨 북반구와 남반구 사이에 한냉화와 온난화가 번갈아 일어났던 시기인데 당시 패턴을 현재에 적용하면 이산화탄소 농도가 자연수준인 240ppm일 경우 다음 빙하기는 1천500년 안에 찾아올 것으로 나타났다. 연구진은 그러나 현재의 대기중 CO₂농도를 자연 수준으로 낮추는 것은 불가능하므로 다음 빙하기가 자연의 시간표에 맞춰 찾아 올 것이라는 예측은 비현실적이라고 지적했다. 연구진은 온실가스 규제에 반대하는 일부 로비그룹들이 이 연구에 보일 반응이 충분히 예상되지만 이들이 간과하고 있는 것은 “인류가 현재의 온난한 기후를 계속 유지하는 것이 아니라 더욱 더 덥게 만들어 CO₂ 농도를 유례없는 수준으로 올려놓게 된다는 점”이라면서 인류는 이런 사태를 감당할 수 없을 것이라고 경고했다. 이같이 빙하기는 인류역사에 있어 매우 중요한 위치를 차지하며 기후변화로 인한 지구온난화는 이 같은 지구의 위기를 잘 보여주고 있다.
빙하기, 지구 기온 오랜 시간 동안 얼음층 확장되는 시기
빙하기는 지구의 기온이 오랜 시간 동안 하강하여 남북 양극과 대륙, 산 위의 얼음층이 확장되는 시기를 의미한다. 빙하기라는 말은 남반구와 북반구에 빙상이 확장한 특정 시기를 의미하며, 이 정의에 의하면 그린랜드와 남극의 빙상이 존재하는 현재도 우리는 빙하기에 있는 것이다.과거 수백만 년 전의 빙하기는 일반적으로 북아메리카와 유럽 대륙으로 빙상이 확대된 한랭기를 가리킨다. 아시아 지역은 빙상이 발달하지 않았고 한랭 지대가 확장된 것 같다. 이런 의미에서 마지막 빙하기는 10,000년 전에 종료되었다고 할 수 있다. 약 1만 년 전에 끝난 빙하기를 마지막 빙하기로 표현하고 있지만, 과학자의 상당수는 ‘빙하기’가 끝난 것이 아니라 현재를 빙하기와 빙하기의 사이인 간빙기라고 생각하고 있다. 때문에 최종빙하기 종료후부터 현재까지의 기간을 ‘후빙기’라고 부르기도 한다.
여기서는 빙하학적인 의미로 사용하며, 빙하기 내의 추운 시기를 빙하기(glacial), 비교적 따뜻한 시기를 간빙기(interglacial)라고 부른다. 빙하기가 중요한 것은 인류의 진화와 함께하기 때문이다. 빙하기가 찾아오면 해안선이 극단적으로 멀어져서, 육상의 대부분이 얼음으로 덮인다. 때문에 동식물도 격감하며, 동식물로 수렵과 채집 생활을 하는 인류에게 큰 타격이었다. 빙기의 환경에서 지상 생활을 시작한 뒤 두 발 보행을 시작해 인류가 되었다는 것이 통설이다.
간빙기의 증거는 여러 가지 형태로 얻을 수 있다. 바위가 쓸려 있거나, 깎인 흔적이나 그러한 침식작용을 받아온 독특한 형상의 바위, 빙하의 끝이나 주변에 퇴적된 것들, 독특한 빙하 지형인 드럼 린이나 빙하골짜기 등, 티르나 틸러 실 등의 방하 퇴적물 등이다. 그러나 반복해 일어나는 빙하 작용이 그 이전의 빙하작용의 지질학적 증거를 변형하거나 없애기 때문에 해석을 어렵게 하여 현재의 이론까지 도달하는 데에는 많은 시간이 소요되었다. 최근에는 빙상의 핵이나 해저퇴적물의 핵을 해석하여, 빙기, 간빙기의 과거 수백만 년 전을 분석하는 것이 가능하게 되었다.
적어도 네 번 이상의 큰 빙하기
과거 5억 년간의 기후 변화(횡축은 단위백만 년전, 세로축은 온도 지표)를 볼때 과거 지구 상에는 적어도 네 번 이상의 큰 빙하기가 있었다. 24억 년 전에서 21억 년 전 무렵의 원생대 초기에 가장 오래된 빙하기(휴로니안 빙기 Huronian glaciation)가 있었던 것이 가설로서 생각되고 있다. 증거가 남아있는 것 중 가장 오래된 것은 7억 5천만 년 전부터의 빙하기인 스타티안 빙기(Sturtian glaciation, 약 7억 년 전)와 마리노아 빙기(Marinoan glaciation, 약 6.4억 년 전)로 과거 10억 년 중 가장 어려운 시기였던 것으로 추측된다. 소위 눈덩이 지구라 하여 얼음이 지구전역을 완전히 덮었다고 추측된다. 이 빙하기는 캄브리아기의 지속된 폭발로 끝났다고 알려져 있지만, 지금도 계속 논쟁 중이다.
고생대에는 4억 6천만 년 전부터 4억 3천만 년 전에 걸쳐 작은 빙하기가 있었고, 같은 고생대인 3억 6천만 년 전에서 2억 6천만 년 전 사이에도 빙하의 확대기인 카루빙기(Karoo Ice Age)가 있었으며, 이때에는 많은 생물들이 대량으로 멸종되었다. 현재의 빙하기는 4000만 년 전의 남극 빙상의 성장에 의해 시작되어, 300만 년 전부터 일어난 북반구의 빙상의 발달과 함께 규모가 확대되었다. 플라이스토세, 즉 갱신세로 진행됨에 따라 더욱 격렬해져, 그 무렵부터 빙상의 확대와 후퇴를 반복하다 4만 년과 10만 년의 주기로 온 세상에서 볼 수 있게 되었다. 마지막 빙기인 최종빙기는 약 1만 년 전에 끝났다.
빙하기와 간빙기
각각의 빙기 사이에는 수백만 년 계속되는 온난한 기간이 여러 번 있었고, 그 사이에도 온난한 시기와 추운 시기가 있었다. 보다 추운 시기를 빙기라고 하며, 따듯한 시기를 간빙기라고 부른다. 가장 최근에 빙기가 끝난 것은 약 1만 년 전이며, 현재는 전형적인 간빙기가 1만 2000년 정도 계속되고 있다고 생각된다. 빙상 핵 데이터에 의한 정밀한 시기 단정은 어려우며, 세계적인 한랭화를 가져오는 새로운 빙기가 머지않아 시작될 가능성도 있다. 현재 온실효과로 인한 인위적인 요인이 어떤 영향을 미칠 것이라고 추측되고 있다. 지구 궤도 요소에 대한 최신 연구에서 인간 활동의 영향이 없어서 현재의 간빙기는 적어도 5만 년은 지속될 것이라고 추측하고 있다.
빙기와 간빙기의 변동에 관련하여, 미국방성이 전문가에게 의뢰해 작성한 《지구온난화의 영향에 의한 대규모 기후변동을 가정한 안전보장 보고서》의 존재가 2004년에 표면화되어 주목을 끌었다. 그에 따르면 지구온난화에 의한 해류의 변화가 원인으로, 북반구에서는 ?10년부터 평균기온이 내려가기 시작해 ?17년에는 평균 기온이 7~8℃ 내려가며, 반면 남반구에서는 급격하게 온도가 올라 강수량은 줄어들고, 가뭄 등의 자연재해가 일어날 것으로 예측되었다.