От межледниковья до ледникового периода среднегодовые температуры поверхностных экваториальных вод изменялись на 6—10°. Амплитуда климатических изменений нарастала по мере движения от экватора к полюсам и от морских районов к континентальным. Причем если в областях с морским типом климата происходили колебания в температурном режиме, то во внутриконтинентальных районах изменялась влажность.
Сильное похолодание, наступившее в середине раннего плейстоцена, с понижением среднегодовых температур на 10–15° в высоких широтах, привело к образованию вначале мощного снежного, а затем и ледяного покрова. Ледниковые покровы, существовавшие в полярных районах в конце плиоцена, постепенно увеличивались в размерах. Хотя по ряду причин время начала систематических колебаний границ ледниковых покровов определить крайне трудно, принято считать, что значительные перемещения границ льдов начались примерно 700 тыс. лет назад.
В эпохи крупных оледенений нарастание мощности ледниковых покровов вызывало их смещение в направлении к экватору. Причем наибольшее смещение ледяной покров испытывал в районах с влажным морским климатом, в то время как в сухом континентальном климате ледники занимали небольшие площади. Во время наиболее сильных похолоданий ледниковый покров в северном полушарии в среднем достигал 57° с.ш., в отдельных районах языки ледника простирались до 40° с.ш., а в Европе до 48° с. ш. В ледниковые эпохи границы морских льдов смещались в сторону низких широт на 10–15° в северном и на 5—10° в южном полушариях. Одновременно с этим снижался уровень снеговой линии в горах и увеличивалась площадь многолетних мерзлых почв.
Появление материкового ледяного щита и глобальное похолодание вызвали интенсивные изменения климатической зональности. По сравнению с современным, пояса арктического и антарктического климата сильно расширились. Арктический пояс простирался до 40–50° с. ш. Эта территория была занята обширными ледниковыми щитами, тундрой, тундростепями и морскими льдами. Пояса умеренного, субтропического и тропического климата были сильно сужены и смещены в низкие широты. В засушливых секторах влажность увеличивалась.
Вопрос о размерах и режиме выпадения атмосферных осадков в эпохи оледенений пока не решен. Несомненно, что условия увлажнения в это время в различных районах менялись по-разному. В эпохи максимальных оледенений общее количество атмосферных осадков в пределах континентов сильно уменьшалось, так как сокращалась общая площадь поверхности испарения, покрытая льдом. Прогрессивное уменьшение общего количества атмосферных осадков во время ледниковых эпох явилось одной из причин приостановления дальнейшего развития континентальных оледенений.
Охлаждающее влияние ледников на прилегающие территории вызвало возникновение своеобразных перигляциальных природных зон. Для них были характерны довольно низкие температуры воздуха в течение всего года и очень небольшое количестве суммарной солнечной радиации и очень небольшое количество годовой суммы атмосферных осадков. Такие климатические условия способствовали появлению специфических ландшафтов, сочетавших черты современных тундр и высокогорных степей.
Рост ледникового покрова вызвал общее снижение уровня Мирового океана по сравнению с его современным уровнем. Во время оледенений не только увеличивалась континентального климата, но и происходило дальнейшее снижение температур ввиду того, что значительная доля солнечного тепла из-за высокой отражающей способности ледяной поверхности не расходовалась на обогрев планеты.
Падение температур и снижение уровня снеговой линии привели к возникновению горных оледенений не только в умеренных, но и в субтропических и тропических поясах. Плейстоценовые горные ледники располагались во многих районах Азии, Африки, на островах Тихого океана и в тропической области Южной Америки.
Колебания мощности ледниковых покровов в северном полушарии, включая Арктический ледяной щит, происходили синхронно. Геологические, палеоботанические и палеонтологические исследования свидетельствуют о том что во время ледниковых эпох в субтропическом поясе увеличивалась влажность и снижались температуры, а в бессточном Большом Бассейне Северной Америки находились гигантские пресноводные озера Лахонтан и Бонвилл. Доказано, что воды плейстоценовых озер не могли быть талыми ледниковыми. Озера в течение всего плейстоцена были бессточными, а котловины были заполнены в результате возрастания речного стока и увеличения атмосферных осадков. Аналогичные озерные бассейны располагались в Евразии (озера Иссык-Куль, Зайсан, озера Китая и Монголии).
Что же касается районов, прилегающих к экватору, то соотношение между оледенениями и плювиалами, т. е. эпохами выпадения обильных осадков во внеледниковых областях, здесь обратное. Ледниковым периодам соответствовали засушливые эпохи, а межледниковьям — дождливые. Геологические данные свидетельствуют о том, что во время ледниковых эпох соленость вод морей, расположенных в тропическом и экваториальном климате, увеличивалась, следовательно, ледниковые эпохи приводили к возникновению сухого климата в тропических областях.
Трудность обоснования изменения климатических условий на основе колебания уровня внутренних бассейнов хорошо видна на примере Каспийского моря. В течение плейстоцена этот бассейн претерпевал значительные колебания уровня. Одни трансгрессии Каспия были связаны с межледниковьями, другие — с ледниковыми эпохами.
В ледниковые эпохи разность между температурами низких и высоких широт в северном полушарии достигала 70 °C, в то время как в межледниковые эпохи она составляла всего 30–35 °C. Увеличение температурных контрастов от межледниковых эпох к ледниковым сопровождалось усилением интенсивности атмосферной циркуляции.
Смещение циклонов к экваториальным широтам приводило к увеличению увлажненности аридных областей, расположенных на территории Южной Европы, Центральной Азии, Африки и Северной Америки. Циклоническая деятельность в эпохи потеплений обеспечивала обильное выпадение атмосферных осадков в тропических и субтропических широтах. Большое количество атмосферных осадков обеспечивало развитие, с одной стороны, горных ледников, а с другой увеличивало сток равнинных рек. Именно в плювиальные эпохи на равнинах Гоби, Аравии, Сахары Южной Африки и в Австралии была разработана гидрографическая сеть и повышались уровни озер.
В эпохи межледниковий происходило смещение в высокие широты климатических областей, и структура географической оболочки хотя и приближалась к современной, но не была полностью ей тождественна. Палеогеографические данные, главным образом палеонтологические материалы, со всей очевидностью свидетельствуют о различных особенностях природных зон межледниковий и о значительном расширении экваториальных и тропических поясов по сравнению с эпохами оледенения.
В пределах арктического и антарктического поясов, размеры которых были близки к современным, среднегодовые температуры, как правило, были отрицательными. Средние температуры самого холодного месяца колебались от —30 до —50 °C, а в теплые сезоны они повышались до +2 °C.
Субарктический пояс характеризовался развитием тундровых и лесотундровых ландшафтов. Средние температуры самого теплого месяца достигали +12 °C, и одновременно с этим возрастала годовая сумма атмосферных осадков.
В пределах умеренного пояса, так же как и в современную эпоху были развиты ландшафтно-климатические зоны тайги, широколиственных лесов, лесостепей, степей, полупустынь и пустынь. В зоне тайги в эпохи межледниковий средние температуры в зимнее время не опускались ниже — 20 °C, а среднелетние температуры равнялись +10–15 °C. Зона широколиственных лесов характеризовалась среднегодовыми температурами до +4 °C. В пределах лесостепной и степной зон климат был более теплым. Среднелетние температуры в этих зонах нередко повышались до 20–25 °C. Общее количество атмосферных осадков вряд ли превышало 500 мм и снижалось в центральных районах континентов, где, так же как и в современную эпоху, располагались обширные аридные области, занятые полупустынями и пустынями.
В пределах субтропического пояса выделяются области с соответствующим типом растительности. Северная граница субтропического пояса в эпохи значительных потеплений проходила в более высоких широтах по сравнению с современными. Среднегодовые температуры этого пояса колебались в пределах 14–18 °C.
В тропическом и экваториальном поясах располагались области с аридным, переменно-влажным (сезонно-влажным) и равномерно-влажным климатом. Среднегодовые температуры в пределах экваториального пояса изменялись в пределах 25–28 °C.
