Au cours de l'histoire de la Terre, il y a eu plusieurs périodes glaciaires, également appelées ères glaciaires. La dernière période glaciaire, connue sous le nom de glaciation du Pléistocène, a débuté il y a environ 2,6 millions d'années et s'est terminée il y a environ 11 700 ans. Au cours de cette période, d'énormes calottes glaciaires se sont formées dans les régions polaires et se sont étendues vers les régions tempérées, recouvrant de vastes portions de l'Europe, de l'Amérique du Nord et d'autres continents. 

Les plus anciennes glaciations, dont les traces sont plus rares et difficiles à interpréter, sont profondément liées à l'évolution de la tectonique des plaques, de la composition de l'atmosphère et de la vie elle-même. Les glaciations les plus récentes sont généralement causées par des variations cycliques dans les paramètres orbitaux de la Terre, connues sous le nom de cycles de Milankoviç. Ces variations modifient la quantité de rayonnement solaire reçue à différentes latitudes et saisons, ce qui peut entraîner une augmentation ou une diminution de la température moyenne.

Les glaciations dans l'histoire de la Terre

La Terre boule de neige.
Après une longue période de climat globalement chaud, la Terre a de nouveau plongé dans un froid extrême durant le Néoprotérozoïque, au cours d'une période nommée le Cryogénien, entre 720 et 635 millions d'années. Cette époque a été marquée par au moins deux pulsations glaciaires majeures, la Sturtienne et la Marinoenne. C'est durant le Cryogénien que l'hypothèse de la Terre boule de neige prend tout son sens. Selon cette théorie, la quasi-totalité de la surface du globe, océans compris, aurait été recouverte de glace. La cause principale serait la fragmentation du supercontinent Rodinia. Situé en position équatoriale, son éclatement aurait augmenté les précipitations et l'érosion des roches silicatées, un processus qui consomme massivement le dioxyde de carbone (CO2) atmosphérique. La baisse de ce gaz à effet de serre, combinée à un Soleil encore moins lumineux qu'aujourd'hui, aurait déclenché un refroidissement global catastrophique, amplifié par l'albédo (pouvoir réfléchissant) de la glace qui, une fois étendue, renvoyait l'essentiel du rayonnement solaire vers l'espace. 

La sortie de ces épisodes glaciaires se serait faite grâce à l'accumulation progressive de CO2 d'origine volcanique dans l'atmosphère, qui n'était plus piégé par l'érosion des continents gelés, recréant un effet de serre suffisant pour faire fondre la glace. Paradoxalement, ce stress environnemental extrême aurait pu être un catalyseur pour l'évolution, stimulant l'émergence et la diversification des premiers organismes multicellulaires complexes juste après la déglaciation, lors de l'Édiacarien.

Glaciations du Paléozoïque.
La glaciation andéenne-saharienne.
Plus tard, au cours de l'ère Paléozoïque, une autre glaciation majeure a eu lieu : la glaciation andéenne-saharienne. Elle s'est produite à la fin de l'Ordovicien et durant le Silurien, il y a environ 450 à 420 millions d'années. À cette époque, une grande partie des masses continentales était regroupée au sein du supercontinent Gondwana. Le déplacement de ce dernier au-dessus du pôle Sud a permis l'accumulation d'une immense calotte glaciaire. Les traces de son passage sont aujourd'hui visibles sous forme de vallées glaciaires et de stries sur les roches en Afrique du Nord (dans l'actuel Sahara), en Afrique australe et en Amérique du Sud. Cette glaciation est associée à l'une des cinq grandes extinctions de masse de l'histoire de la vie. La baisse du niveau des mers, consécutive à la formation de la calotte polaire, a drastiquement réduit les habitats des mers épicontinentales peu profondes, qui foisonnaient de vie, provoquant la disparition de plus de 60% des genres marins.

Glaciation du Karoo.
La glaciation du Karoo s'est étendue de la fin du Carbonifère au milieu du Permien, il y a environ 360 à 260 millions d'années. Comme pour la glaciation précédente, sa cause principale est la position du supercontinent Gondwana (qui faisait alors partie de la Pangée) sur le pôle Sud. Des calottes glaciaires se sont développées successivement sur l'Amérique du Sud, l'Afrique australe, l'Antarctique, l'Inde et l'Australie. Un facteur contributif majeur à cette glaciation fut le développement et l'expansion spectaculaire des forêts terrestres durant le Carbonifère. Cette "explosion végétale" a entraîné un prélèvement massif de CO2 atmosphérique par la photosynthèse et l'enfouissement de cette matière organique, qui formera plus tard les grands gisements de charbon. La réduction de l'effet de serre qui en a résulté a favorisé et maintenu des conditions froides sur de très longues périodes.

Glaciations du Pléistocène.
Plusieurs fois durant le Pléistocène, qui s'étend de 2,58 millions d'années à 11 700 ans avant le présent, de vastes calottes glaciaires se sont étendues sur les continents de l'hémisphère nord, pour ensuite régresser lors de périodes plus clémentes appelées interglaciaires. Ces alternances climatiques ont profondément modelé les paysages, influencé le niveau des mers et contraint la faune et la flore à s'adapter ou à migrer.

Les moteurs des glaciations.
Les cycles glaciaires du Pléistocène sont principalement gouvernés par des variations astronomiques de l'orbite terrestre, connues sous le nom de cycles de Milankovitch. Ces cycles modifient la quantité et la répartition de l'énergie solaire reçue par la Terre. Ils comprennent :

• L'excentricité de l'orbite terrestre, qui varie selon des cycles de 100 000 et 413 000 ans, modifiant la distance entre la Terre et le Soleil.

• L'obliquité, c'est-à-dire l'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre, qui oscille entre 22,1° et 24,5° sur une période de 41 000 ans, influençant l'intensité des saisons.

• La précession des équinoxes, un mouvement de "toupie" de l'axe terrestre, qui module le moment de l'année où la Terre est au plus proche du Soleil, avec une périodicité d'environ 26 000 ans.

Les grandes glaciations en Europe et en Amérique du Nord.
L'Europe et l'Amérique du Nord ont connu plusieurs grandes phases glaciaires, pour lesquelles on utilise deux systèmes de nomenclature régionale qui désignent les mêmes épisodes glaciaires du Pléistocène, et qui se correspondent donc terme à terme. En Europe, les glaciations alpines traditionnelles sont (de la plus ancienne à la plus récente) : Günz, Mindel, Riss et Würm.  En Amérique du Nord, on parle des glaciations du Nebraska, du Kansas, de l'Illinois et du Wisconsin.

Les glaciations de Günz, Mindel, Riss et Würm correspondent aux grandes périodes glaciaires identifiées dans les Alpes par le géologue Albrecht Penck au début du XXᵉ siècle à partir des dépôts glaciaires dans les Alpes bavaroises. Les glaciations du Nebraska, du Kansas, de l'Illinois et du Wisconsin décrivent les mêmes grands cycles climatiques mais ont été définies en Amérique du Nord, à partir des dépôts glaciaires des Grandes Plaines. Ces systèmes de classification sont aujourd'hui souvent complétés et précisés par l'étude des stades isotopiques de l'oxygène (MIS), qui fournissent un enregistrement plus continu et global des changements climatiques.

Günz / Nebraska (corrélée au stade isotopique marin (MIS) 22–16) est la plus ancienne (environ 1,1 à 0,7 million d'années), suivie par Mindel / Kansas (associée au MIS 12)  (0,7 à 0,3 million d'années), Riss / Illinois (équivalente à la glaciation saalienne en Europe du Nord) (0,3 à 0,13 million d'années) et enfin Würm / Wisconsin (correspondant à la glaciation weichsélienne en Europe du Nord), la plus récente (115 000 à 11 700 ans), qui s'achève à la fin de l'âge glaciaire. 

Durant les maxima glaciaires, d'énormes inlandsis recouvraient de vastes territoires. En Europe, l'inlandsis fennoscandien s'étendait depuis la Scandinavie jusqu'au nord de l'Allemagne, la Pologne et les îles Britanniques. Les Alpes, les Pyrénées et d'autres massifs montagneux portaient leurs propres calottes glaciaires. En Amérique du Nord, l'inlandsis laurentidien recouvrait la majeure partie du Canada et descendait jusqu'aux actuels Grands Lacs et au nord des États-Unis. Ces masses de glace pouvaient atteindre plusieurs kilomètres d'épaisseur.

L'impact sur le paysage et le niveau Marin.
Le passage de ces gigantesques glaciers a laissé une empreinte durable sur le paysage. Ils ont érodé les roches, creusé de profondes vallées en auge (les actuels fjords en Norvège), transporté d'énormes quantités de sédiments et déposé des moraines, ces accumulations de débris rocheux qui marquent les limites des anciennes langues glaciaires. Le poids des calottes glaciaires a également provoqué l'enfoncement de la croûte terrestre, un phénomène connu sous le nom de dépression isostatique. Après la fonte des glaces, ces régions ont commencé à remonter lentement, un processus de rebond isostatique qui se poursuit encore aujourd'hui.

La formation de ces vastes réservoirs de glace sur les continents a nécessité d'énormes quantités d'eau, puisées dans les océans. En conséquence, le niveau marin a considérablement baissé, jusqu'à 120 mètres en dessous du niveau actuel lors du dernier maximum glaciaire, il y a environ 21 000 ans. Cela a permis l'émergence de vastes plateaux continentaux, créant des ponts terrestres entre des régions aujourd'hui séparées par la mer, comme entre l'Asie et l'Amérique du Nord (Béringie) ou entre les îles Britanniques et le continent européen.

Les adaptations de la faune et de la flore.
Les cycles glaciaires-interglaciaires ont rythmé la vie sur Terre. Lors des périodes froides, la végétation typique des hautes latitudes, comme la toundra et la steppe à mammouths, s'étendait vers le sud. Des espèces animales adaptées au froid, telles que le mammouth laineux, le rhinocéros laineux, le renne, le mégalocéros et le lion des cavernes, prospéraient dans ces environnements.

Pendant les périodes interglaciaires plus chaudes, comme celle que nous connaissons (l'Holocène), les forêts tempérées et des espèces comme le cerf, l'auroch ou l'hippopotame regagnaient les territoires abandonnés par les glaces. Ces changements environnementaux rapides ont exercé une forte pression sélective, favorisant les espèces capables de migrer ou de s'adapter à de nouvelles conditions. La fin du Pléistocène a été marquée par une extinction massive, notamment de la mégafaune, un événement probablement lié à la fois aux rapides changements climatiques de la dernière déglaciation et à la pression de chasse exercée par l'Homme moderne.