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La existencia de las glaciaciones fue deducida por primera vez en 1837 por el biólogo suizo-norteamericano Louis Agassiz. Explicó cómo se producían los glaciares y descubrió que las glaciaciones de los Alpes se habían expandido, en otros tiempos, sobre las tierras bajas de los alrededores. Esto lo llevó a sugerir que en un tiempo geológico no muy lejano el clima fue mucho más riguroso que hoy. Ya en el siglo XVIII a los geólogos les había llamado la atención los grandes bloques de granito que se encontraban dispersos por las montañas del Jura. En 1760 el geólogo suizo Horace Saussure había observado las diferencias de pulido entre las rocas sobre las que se asentaban los bloques y el resto de la región. Ya en 1795 James Hutton lanzó la hipótesis de que esos bloques habían sido transportados por grandes masas de hielo que en otro tiempo cubrieron los Alpes.
En 1842, el matemático francés Joseph Adhemar sugirió que las glaciaciones se podrían originar por las variaciones en la intensidad de las estaciones provocadas por factores astronómicos.
Durante la década de 1860 el escocés James Croll presentó una novedosa teoría para explicar las glaciaciones, en su libro: El clima y las épocas. Se basó en los cálculos que había realizado el astrónomo francés Urbain Leverrier para predecir las variaciones de la excentricidad de la órbita terrestre. Según Croll, las complicadas interacciones de las fuerzas gravitacionales en el sistema solar hacen que la forma de la órbita terrestre cambie en forma regular y previsible, pasando de una forma casi circular a otra más elíptica. Para este científico, la órbita circular corresponde a las condiciones cálidas de un período interglacial, mientras que la órbita elíptica provocaba un período glacial. Sostenía que si los inviernos eran fríos, la nieve puede acumularse con mayor facilidad y de este modo reflejará la radiación solar incidente y mantendrá a la Tierra fría.
Estaba claro que en el pasado el clima de la Tierra había fluctuado entre épocas más frías y épocas más cálidas que las de la actualidad. Las primeras glaciaciones se identificaron en los Alpes y se llamaron (de más antigua a más moderna) Günz o Giunz, Mindel, Riss y Würm o Wiurm. Estas mismas glaciaciones se encontraron huellas en Estados Unidos y se denominaron, respectivamente: Nebraska, Kansas, Illinois y Wisconsin. Sin embargo se han identificado otras muchas glaciaciones a lo largo de la historia de la Tierra.
El enfriamiento general del planeta comenzó muy pronto. El cambio más drástico se produjo hace unos 3.500 millones de años, cuando los seres vivos comenzaron a producir un veneno que resultaba ser letal para ellos mismos, el oxígeno. Sin embargo, algunos organismos consiguieron emplear el oxígeno para vivir y comenzaron a fijar carbono, reduciendo drásticamente las proporciones de CO2 en la atmósfera e iniciando lo que conocemos como ciclo del carbono. Se estima que la atmósfera primitiva contenía un 25% de CO2.
En la siguiente tabla se detallan las principales glaciaciones históricas. Las glaciaciones anteriores al Pleistoceno son orientativas y no se detalla el interglacial debido al amplio lapso que tienen. Son glaciaciones deducidas por métodos indirectos. En los años se indica el comienzo del período, con las precauciones que se debe tener en las glaciaciones anteriores al Pleistoceno.
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