我們相信間冰期的存在，在過去3．5億年間，地球上曾經出現過多次極其寒冷的冰河期，間冰期便是在時間上位於寒冷冰河期的“山峰”之間的較為暖和的“山穀”。我們知道地球上的溫帶地區冬天雪花飄飛，春天冰雪融化。目前，兩極被冰雪覆蓋。這意味著按照地球的氣候史來看，我們目前正處在涼爽時期。恐龍生活了2．5億年，當它們在地球上悠閑地“散步”的時候，地球比現在熱得多，那時候綠樹還長到北極附近。據推測，最後一次冰河期結束於1．2萬年前。大約2萬年前，天氣是如此晴朗，河馬還在英格蘭東南部赫特福德郡漫遊。19世紀，這種叢林動物屍骨的發現引起了科學家的重視，它也是促使科學家開始去研究地球過去的氣候變化的幾個因素之一。在地球過去的某個時期，我們現在涼爽的北緯地區接近熱帶溫度；而在另外一個時期，氣候是如此寒冷，以至於冰雪覆蓋了北美的大部分地區，甚至覆蓋到南麵的紐約和伊利諾伊。
後來，地質學家的目光從19世紀的赫特福德郡的河馬轉移到了令人迷惑的石頭——化石，特別是遍布英格蘭、歐洲北部和北美部分地區的牡蠣殼化石上。這些各種各樣的化石是從哪裏來的呢?著名的英國地質學家威廉‘巴克蘭認為它們可能是在《聖經》中記載的洪水過後沉積下來的。但是其他人很快給出了也許更加科學的答案，第一個把冰河期和化石(石堆)聯係起來的人是讓·路易·阿加西，這個瑞士科學家起初是一個動物學家，後來成為現代地質學的奠基者之一，1846年移居美國後成為哈佛大學的教授，他的思想影響了一代科學家。當他於19世紀30年代在瑞士阿爾卑斯山研究冰河的時候，他注意到阿爾卑斯山最近縮小過，並發現了在英格蘭到處都能找到的牡蠣殼化石。他因此得出結論：冰河曾經覆蓋的地區遠不止阿爾卑斯山和北部地區。後來，隨著地質學家的繼續挖掘，更多的這種含有化石的地層被發現了。這意味著冰河有好幾次沿著歐洲和北美洲向南部移動，每次開始新的移動之前都隔了一段長的時間。一種對地球過去的新的認識誕生了：地球曾經遭遇過多次的冰河期。
大多數冰河期留下的證據都是不完整的，地球表麵形貌在不斷改變，同時也把這些證據弄得麵目全非。但是經過過去的一個半世紀，特別是從20世紀20年代以後，人們已經學會了如何去辨認冰河期往複的一般模式。一次大規模的冰河期開始於石炭紀中期，即3．25億年前，一直延續到2．6億年前的二疊紀。那次冰河期接下來是一次溫暖期，那時候恐龍正處於繁衍興旺時期。隨後的3500萬年間，冰河期變得普遍，平均每10萬年就發生一次，這個數字是估計的，可能有較小的出入。這個不完整的時間標度意味著科學家可以有很多解釋，這也為不同理論和爭論的存在打開了方便之門。
當不同領域的科學家開始嚴肅思考冰河期為何會發生的時候，都不能忽略一個明顯的出發點，那就是在地球不同曆史時期，全球平均溫度必須有很大的變化，這種變化最基本的原因是到達地球表麵的太陽能的多少。據了解，即使在19世紀，地球繞太陽的運動軌道也並非如我們行走的街道般穩定。直到20世紀20年代，南斯拉夫數學家米盧丁·米蘭科維奇才精確地計算出了影響地球在太空運行的三個重要因素。第一，地球以橢圓軌道運行而不是正圓——它的軌道更像一個雞蛋的卵形而不像一個棒球的圓形。另外，這個橢圓軌道有點反常——軌道會從橢圓形逐漸向圓形轉變，然後又變成橢圓形，這個周期為10萬年。第二，地球是傾斜的，與鉛垂線方向的傾角在24·5。與21．5。(目前正在這兩個極值的中間)之間變化，變化周期為4．1萬年。第三，地球還圍繞地軸作螺旋形自轉，就像一個“搖頭晃腦”的陀螺，這種擺動稱為“歲差”。它保持2．2萬年的周期，另外每隔1．9萬年會出現一次小的跳躍。
米蘭科維奇花了將近30年的時間致力於通過一組方程揭示這三種反常現象與冰河期出現的關係。他認為當“歲差”周期和傾角周期達到它們的極端的時候，到達地麵的太陽能將大大減少，冰河將再一次開始擴張。科學家們盡管對影響地球環繞太陽運行的橢圓軌道的10萬年的周期感到有些懷疑，但還是認為它是有道理的。地球公轉軌道從橢圓到圓再到橢圓變化的幅度小於0．3％，這相對於宇宙尺度來說微不足道。但是，人們知道地球大氣容易受極其微小的因素影響，因此即使利用最先進的計算技術，要想預報範圍小於300英裏(482公裏)區域的長期天氣情況也是很困難的事。因此一些科學家願意接受這樣的事實，即盡管地球軌道隻有0．3％的改變也可能引起全球氣候發生極大的變化。
但是，米蘭科維奇的方程仍然隻是一個理論。支持這一理論的證據終於在1976年出現了。當時，研究者發現海洋底部有一些特殊的沉積物，它記錄了過去數千年來海水溫度的變化，堪稱海水溫度的指示器。原來，沉積物中含有一些被稱為“有孔蟲的貝殼”，有孔蟲的貝殼的化學組成隨著海水溫度變化而變化，這種化學成分就是氧元素。這種動物貝殼中氧元素的普通同位素0-16與比它更重的同位素0-18的比率隨著海水溫度變化而變化，當地球變冷時，海水溫度較低，有孔蟲的貝殼中0-16的含量較少，因為在寒冷時期，在地麵形成的冰河會捕獲這種同位素。沉積物的發現和隨之而來的實驗室測定工作都是艱辛而又繁重的，但是這種工作也是卓有成效的。通過對深海鑽探獲得的最深層的沉積物的測定表明，白堊紀時期的海洋溫度比我們現在的溫度高出將近20度。這是一個巨大的變化。不是很激烈但是非常明顯的變化已經被發現了，它與開始於11．5萬年前的逐漸變冷(那時，英格蘭實際上還是熱帶)一致。這種變冷一直延續到1．5萬年前的最後一次冰河期的頂峰，那時，覆蓋紐約北部的冰達1英裏厚——最後，冰的消融露出了長島，冰融化後的水把陸地變成海洋。
西方科學家鑽探格陵蘭島極地冰蓋的深處，從中取出的冰核樣品和俄羅斯科學家在南極洲花了很長時間取得的冰核樣品證實並擴散了海底的發現。氧的同位素的比率再一次被作為測量的標準，因為冰形成了不同的冰層，就像樹木的年輪一樣，從格陵蘭島和南極還獲得了許多更詳細的數據以助於確定地球過去2500萬年間冷、暖的時間。即使這些證據全都支持米蘭科維奇的理論，經過幾十年來的研究，一些科學家越來越覺得這一理論最多隻能提供80％的理由說明為什麽冰河期會發生，事情似乎仍沒有完結。
格陵蘭島的冰核樣品本身提供了另一個主要因素的線索，1979年，一個名叫漢斯·厄斯傑的瑞士物理學家前往格陵蘭島，加入了紐約州立大學的切斯特．蘭韋領導的小組，通過壓碎冰樣品，收集到數千年前被冰捕獲的氣泡中的氣體，厄斯傑發現1．2萬年前當世界開始變暖時與1．7萬年前最近的冰河期比較，二氧化碳水平在每1045萬份中高出100份。當這些結果公之於眾的時候，新的驗證工作在深海沉積物中進行，它得出了同樣的結果，二氧化碳似乎是一種加強地球大氣的太陽能循環效果的氣體。
這種機製是如何起作用的呢?許多著名的科學家已經從不同方向解決了這個問題。我們現在知道那是“溫室效應”。在最近的新聞中，我們經常聽到關於全球氣候變暖的爭論，事實上，“溫室效應”使得地球上有可能存在生命，最近爭論的焦點是全球溫度升高是否會引起全球氣候失控。我們也知道在這個過程中最重要的因素之一是大氣中二氧化碳含量上升。
為什麽大氣中二氧化碳含量在沒有人類打破平衡的幹預下會上升或下降呢?許多科學家認為在地球曆史的不同時期，有不同的原因。例如，白堊紀的變暖可能是地球表麵植被迅速擴張的結果。這種植被利用空氣中的二氧化碳但是又釋放出二氧化碳，隨著新的植物物種的繁盛，總的二氧化碳水平是增加的；在另一個時期，海洋植物的數量大大增加，可能吸收大氣中的二氧化碳，而把它捕獲到水下，造成氣候變冷，最終打破平衡引發新的冰河期。
同樣，據推測，地球板塊的運動和它們所創造的大陸塊可能會影響氣候。今天，墨西哥暖流把溫暖的赤道海水從大西洋帶到英格蘭，給那塊高緯度上的“綠色與美好的土地”帶來了相對的溫暖。也許在250萬年前中美洲大陸的出現導致太平洋和大西洋之間水流的停止引發了北半球冰河期的發生。在1500萬年前，南極洲和南美洲的分離可能造成了最近一次的全球變冷。
另外一個相當有爭議的理論是基於岩石的侵蝕過程，它是由美國化學家哈羅德．尤裏發現的(他因此獲得了1934年的諾貝爾獎)。在尤裏反應中，含矽酸鹽的石頭在被侵蝕過程中會捎耗大氣中的二氧化碳，如果它們被掩埋並經曆無數年後又被火山噴發拋出地麵，它們能把二氧化碳重新釋放回大氣，美國氣候學家莫林·雷蒙和威廉．拉迪曼認為，冰河期可能與喜馬拉雅山和安第斯山堀起時形成的大規模的山脈及隨後當它們被侵蝕時從大氣中吸取二氧化碳有關。但是，這在解釋全球氣候變暖時顯得證據不充分，因為，科學家認為人類燃燒礦物燃料就像火山爆發一樣釋放出大量的二氧化碳進人大氣。
在過去的幾年間，一個新的理論幾乎每年都受到宜揚，至少在科學雜誌上如此。1997年，加州大學伯克利分校的理查德．A．穆勒和國際應用係統分析學會的戈登。J．麥克唐納把米蘭科維奇循環用於電腦模型。現在已經證實，每年有3萬噸宇宙塵降落到地球表麵而沒有被我們注意到。用20世
60年代一句很生動的短語來說，這些宇宙塵是混在“飄飛的塵埃”之中的。穆勒和麥克唐納推測地球每10萬年穿過一個特別的宇宙塵帶，由於它的軸是傾斜的，結果落到地球表麵的宇宙塵埃的數量增加至危機的程度；另外兩個研究者華盛頓卡內基協會的斯蒂芬。J·科騰坎普和佛羅裏達大學的斯坦利·F·德莫提容用另外一個計算機模型測試了這個猜想。他們於1998年宣布宇宙塵埃數量的增加不是因為地球傾斜的緣故而是由地球繞太陽運行軌道的形狀而引起的，這個發現與米蘭科維奇的原始方程更接近。根據1999年5月的一條科學新聞的報道，加州理工大學的肯尼思·A·法利發現沉積物確實顯示宇宙塵每10萬年增加3倍，但是模型預測在某一個點上宇宙塵的數量應當有所下降。“這真的很奇特。”法利總結道。
1999年出現了一個新的麵向空間的理論，這個理論必須能夠解釋宇宙射線的戲劇性增加。這些射線不斷地轟擊地球，但是它們在更集中的情況下，能引起可能覆蓋的密度顯著增加。宇宙射線轟擊能夠用碳-14放射性衰變技術來測量。正如1999年4月在《發現》上報道的一樣，這個新理論是丹麥空間研究學會的亨利克。斯文斯馬克提出的，他能提供證據證明，在過去冰河期間“隻要兩個因素中存在一個”便能引起宇宙射線活動增加。
關於造成冰河期的原因，被提出來的新理論當然有待探討。一些科學家對於一些奇特的理論變得沒有耐心，抱怨它們還不如嚴格的計算機模型，認為有些來自不同學科的自命為專家的人純粹是臆測。這個學科的性質不可避免地吸引了來自不同領域的人。米蘭科維奇的循環理論被廣泛接受，盡管科學家對它的重要程度仍存有異議。無論如何，天文學家在這場爭論中處於一個有保障的地位，進化論生物學家也是如此，因為存在於特定時期的生命形式反映了——可能有時是影響了——氣候的變化。地質學家和化學家趨向於更加緊密地合作，正如從深海中獲取和分析沉積物樣品的過程一樣，雖然一個專業領域的團隊工作有時能支持甚至確認另外一個專業領域的團隊工作，但是也不可避免地會互相衝突。從地翠學家的觀點來看很有道理的東西可能與進化論的數據有衝突，反過來也是如此。
事實上，許多科學家對完全破解冰河期之謎是持懷疑態度的。人們提出了很多理論，一些已經證明是正確的。當然，如果米蘭科維奇循環像許多科學家所認為的那樣重要的話，某種答案應該出現在以後2000年左右的時0岡裏，我們會看到一個新的冰河期的開端。然而，還有一個問題，因為人類活動導致過多的二氧化碳和其他溫室氣體的釋放，結果引起全球氣候變暖，可能造成整個進程紊亂，如果真是這樣，我們可能會迎來一個極地冰雪融化的時期，而不是一個預期的冰河期。即使這也不是完全的新鮮事。畢竟，在過去2億多年的恐龍時代，並沒有出現過冰河期的跡象。即使在過去的3500萬年出現過多次冰河期，它們也不是按時出現的。也許造成冰河期的原因是多種多樣的、複雜的，所以不存在某個時間表。至少當全部地球史還更多地是出於人類秩序需要的約定，而很少顧及其他的時候，隻能作如是觀。