Исследователи придерживаются мнения, что древние оледенения развивались отнюдь не в исключительных природных обстановках, а регулировались общепланетарными геологическими процессами. Поэтому не вызывает сомнения тот факт, что даже в отдаленные геологические периоды очагами оледенений тоже были горы. Они росли и разрушались, а соответственно менялась и география оледенения. Сопряженность оледенений с горообразованием установлена вполне определенно. Так, например, пермско-каменноугольному ледниковому периоду предшествовало герцинское горообразование. В глобальных ледниковых событиях установлена периодичность с интервалами порядка 150 млн. лет.
В этой последовательности бывали и исключения — до сих пор не обнаружены признаки оледенения в юрском периоде (около 180—135 млн. лет назад). Возможно, потому, что в это время не происходило интенсивного горообразования.
Наиболее детально проследить связь между орогенезом и развитием оледенения лучше всего удается на примере последнего этапа горообразования в кайнозое. Тогда в результате тектонических движений сформировались многие горные системы и материки заняли близкое к нынешнему положение на поверхности Земли. Благодаря восходящим движениям за последние несколько миллионов лет Альпы выросли на 2000 м, Гималаи — на 3000 м, а Кавказ — даже на 3500 м. Понятно, что поднятие гор существенно влияет на климат и с какого-то момента понижение температуры и рост количества осадков стимулируют накопление снега и льда.
Факты свидетельствуют, что кайнозойское оледенение началось в Антарктиде и его колыбелью были Трансантарктические горы, испытавшие поднятие в позднем палеогене, около 35 млн. лет назад. Наряду с поднятием гор оледенению способствовали другие важные палеогеографические события. Известно, что Антарктида к тому времени заняла околополюсное положение и окончательно утратила связь с Австралией. Это сопровождалось формированием циркумантарктической системы морских течений, термической изоляцией материка и соответствующей перестройкой атмосферной циркуляции, что в совокупности активизировало ледниковые процессы. Разрастаясь, горные очаги оледенения постепенно сливались и образовывали сплошной ледниковый покров, который достиг максимальных размеров около 5 млн. лет назад.
Первые ледники в северном полушарии появились значительно позднее, чем в Антарктике, — примерно 4—3 млн. лет назад. Наиболее определенные данные имеются по западному горному обрамлению Северной Америки и по Исландии. Так, в осадочных породах Исландии за последние 3,1 млн. лет зафиксировано не менее 10 ледниковых циклов. Близкая датировка начальной активизации ледниковых процессов в горах (2,06 млн. лет назад) установлена и на другом конце Земли — в Аргентинских Андах.
К настоящему времени известно немало фактов, свидетельствующих о кардинальном изменении климата и всей природы нашей планеты около 2 млн. лет назад. Важной реакцией на возросшее похолодание явилось разрастание ледников во многих горных странах. Около 1,8 млн. лет назад трансформация природной среды приобрела особенно большие масштабы и Земля вступила в современный период своего развития, называемый четвертичным. По этому периоду мы располагаем наиболее полной информацией, которая широко используется и для реконструкции горных оледенений. Конечно, и здесь в основе лежит изучение ледниковых и других генетически связанных с ними отложений. Подходы к их исследованию в принципе базируются на тех же стратиграфических, литологических и палеонтологических методах, применяемых в геологии более древних периодов.
Физические свойства климата неизбежно проявляются в составе и строении поверхностных отложений и формах рельефа. Выше мы уже отмечали роль литоморфологического анализа морен в изучении гляциологических процессов. Кроме того, данные о составе и строении морен совершенно необходимы для их четкой диагностики, поскольку в горах встречается немало других отложений и форм рельефа, внешне сходных с ледниковыми. Много лет продолжается дискуссия о происхождении вала Тюбеле в долине реки Баксан или Башильского вала в долине реки Чегем на Северном Кавказе. В обоих случаях ставится вопрос: сель это или морена, тогда как единственно правильный ответ дал бы литологический анализ.
Известно также, что в верхней части долины реки Сакени в Абхазии обнаружена серия гряд, которые принимали за конечные морены. При исследовании их петрографический состав крупнообломочного материала оказался исключительно однородным и сходным с составом коренных пород близлежащих участков бортов трога. Концентрация мелкозема в грядах была крайне незначительной. В плановом отношении гряды постепенно расширялись от бортов трога к его осевой части. Таким образом, судя по морфологии гряд и характеру их отложений, вполне можно интерпретировать формы обвального происхождения, а не конечные морены. Заметим, что в условиях тектонически активного центральнокавказского высокогорья обвалы — довольно обычное явление.
Кроме таких материальных свидетельств пребывания ледников, как морены, следует особо выделить ленточные глины — осадки ледниково-подпрудных озер. Для диагностики холодного климата важно изучение многообразных ископаемых мерзлотных явлений: структурных грунтов, солифлюкционных отложений и др.
Косвенным индикатором приледниковых обстановок служат лёссы — пористые алевриты, которые, по мнению многих исследователей, были принесены ветрами, дувшими с ледников. На связь лёссов с оледенением впервые определенно указал видный русский геолог П. А. Тутковский.
Вполне понятна и роль стратиграфической информации, способствующей установлению последовательности событий ледниковой истории. Здесь большое значение приобретают остатки растений и животных, содержащиеся в межледниковых отложениях. Судить о климатах прошлого позволяют палеонтологические данные. Правда, при их интерпретации следует учитывать миграции организмов, возможность переотложения остатков и формирования так называемых смешанных комплексов флоры или фауны.
Для реконструкции истории оледенения очень часто привлекается спорово-пыльцевой анализ — метод, базирующийся на изучении внешних оболочек пыльцевых зерен и спор растений. Пыльца и споры производятся растениями в огромных количествах: из одной сережки орешника выпадает до 14 млн. пыльцевых зерен, а из одного растения щавеля — 400 млн. Эксперименты показали, что перенос этих крохотных частиц (размером от 10 до 150 мкм) ветром, текучими водами, насекомыми, птицами и даже пресноводными моллюсками осуществляется на небольшие расстояния, поэтому пыльцевой дождь для конкретной территории соответствует составу растительности. Пыльца и споры лучше всего сохраняются, когда нет доступа воздуха, например в торфе, озерных илах и глинах.
Надежность гляциоклиматических интерпретаций возрастает, когда изучение пыльцы и спор дополняется анализом крупных растительных остатков: плодов, семян, коры деревьев и т. д. В последние десятилетия исследуются остатки жуков, прежде всего их надкрылья, которые тоже нередко встречаются в озерных и болотных отложениях.
Специалистов всегда интересовал вопрос об абсолютном возрасте древних оледенений. Принципиальная возможность датировать геологические события появилась благодаря успехам физики и химии в области радиоактивного распада и установлению закономерностей миграции отдельных элементов и их изотопов в природных системах.
Датировать четвертичные оледенения помогают две группы методов. Одна из них основывается на определении содержания изотопов в исследуемых породах, другая — на анализе распределения изотопов природных рядов урана, актиноурана и тория. К последней группе, в частности, относится калий-аргоновый метод, который позволил вычислить возраст кайнозойского оледенения Антарктиды.
Важный вклад в изучение самых молодых оледенений внес радиоуглеродный метод, отличающийся высокой точностью. Сфера его применения в основном охватывает последние 50 тыс. лет.
Методы датирования часто применяются в различных комбинациях. В частности, перспективным оказалось сочетание калий-аргоновых датировок с анализом изменений магнитного поля Земли. Это дало возможность наметить важные вехи в истории ледникового периода, или плейстоцена.