Положение Земли относительно Солнца не остается постоянным.

Наклон земной оси к эклиптике за 40 000 лет изменяется в пределах от 68° до 65О24'. Чем больше этот угол, тем меньше тепла получают летом полярные районы.

Эксцентриситет земной орбиты колеблется с периодом 92 000 лет. Соответственно изменяется расстояние от Земли до Солнца, что отражается на количестве солнечного тепла, получаемого Землей.

Период колебаний климата, связанный с явлением прецессии, равен 26 000 годам.

Изменения, вызванные совокупным действием этих причин, должны сказываться в высоких широтах в большей степени, чем в низких. Так, при увеличении угла наклона оси на 1° годовая величина солнечной радиации на 80е широты возрастает на 4,02%, на 0° — уменьшается всего на 0,35%.

Колебания климата Земли могут вызывать приливообразующие силы. Раз в 1800—1900 лет Солнце, Земля и Луна находятся не только на одной прямой, но и в одной плоскости, приливообразующие силы в это время особенно усиливаются, что должно вызывать интенсивный меридиональный перенос воздуха, сопровождающийся увлажнением климата. Если это так, то за промежуток времени в 1800—1900 лет более влажная и более сухая эпохи должны сменять друг друга. Предполагают, что обращение Солнечной системы вокруг ядра Галактики является причиной изменений климата с периодом ~ 200 млн. лет.

2. Переменной деятельностью Солнца объясняет изменения климата гипотеза Симпсона. Симпсон исходит из того, что при увеличении интенсивности солнечной радиации земная поверхность нагревается в низких широтах сильнее, чем в высоких. В связи с этим возрастает температурный градиент, усиливается циркуляция атмосферы, увеличиваются испарение, интенсивность облакообразования и количество осадков. Большая облачность увеличивает альбедо Земли и в то же время предохраняет земную поверхность от потерь тепла. В низких широтах колебания температуры сглаживаются, климат становится более океанским, дождливым. В высоких широтах средняя годовая температура повышается, облачность увеличивается, возрастает количество осадков, выпадающих преимущественно в виде снега. Снег не успевает стаивать в течение облачного, прохладного лета. Все эти условия способствуют накоплению снега, росту ледников и возникновению ледникового периода. При дальнейшем увеличении интенсивности солнечной радиации и росте температуры снег и лед начинают стаивать. Ледниковый период сменяется теплым межледниковьем. Затем все процессы идут в обратном порядке: уменьшение интенсивности солнечной радиации, некоторое понижение температуры, накопление снега. Постепенное уменьшение количества осадков приведет к исчезновению ледников, к смене ледникового периода холодной и сухой межледниковой эпохой.

Гипотеза П. П. Предтече некого связывает вековые колебания климатов с циклическими колебаниями деятельности Солнца, вызывающими изменения в общей циркуляции атмосферы. Усиление солнечной активности влечет за собой усиление циркуляции атмосферы, причем преобладающей становится меридиональная циркуляция. В результате экваториально-тропическая и полярная зоны расширяются. В первой температура (несколько снижается (влияние облачности), во второй — возрастает (за счет приноса теплых масс воздуха). Умеренная зона сокращается и даже может исчезнуть. Климат во всех зонах становится менее континентальным. Почти исчезают пустыни.

При ослаблении солнечной радиации преобладает западно-восточная циркуляция атмосферы; зоны экваториально-тропическая и полярная сохраняются; расширяется умеренная тона. Температура в экваториальной зоне повышается, в полярной понижается, климат умеренной зоны становится континентальным. Создаются условия для развития пустынь.

В периоды, переходные от максимальной к минимальной активности Солнца, происходит смена циркуляции, сопровождающаяся изменчивостью климатов. Периоды, когда температура в полярных областях понижается, а осадков выпадает еще много, благоприятны для накопления снега и льда. Различные циклы солнечной активности, накладываясь друг на друга, влияют совокупно.

На тепловые процессы в атмосфере, а следовательно, и на климат оказывает влияние изменение качественного состава солнечной радиации. Очень заметные изменения происходят в ультрафиолетовом излучении Солнца. Ультрафиолетовое излучение непосредственно не вызывает изменений теплового состояния тропосферы, но воздействует на климат посредством промежуточных процессов. Молекулы кислорода в высоких слоях атмосферы, под влиянием ультрафиолетового излучения Солнца, расщепляются, образуются молекулы озона, поглощающие тепловое излучение Земли. Таким образом, увеличение ультрафиолетового излучения Солнца приводит к повышению температуры у земной поверхности. Ультрафиолетовое излучение способствует образованию в верхних слоях тропосферы ядер конденсации — гигроскопичных молекул азотного ангидрида. Конденсация водяного пара сопровождается выделением тепла, водяной пар задерживает тепловое излучение Земли. Таким образом, коротковолновая радиация Солнца переводит потенциальную энергию атмосферы в кинетическую.

Изменения климата объясняют изменением количества углекислого газа в атмосфере. Согласно расчетам Аррениуса, уменьшение в 2 раза содержания углекислого газа в атмосфере вызвало бы понижение средней годовой температуры на 4—5°, а его увеличение в 2 раза подняло бы температуру полярных стран на 8—9°.

По гипотезе Гемфриса, вековые изменения климата могут произойти в результате большего или меньшего помутнения атмосферы от поднявшейся вулканической пыли. Пыль, выброшенная в атмосферу, медленно опускаясь на Землю, оседает только через 1—3 года. Отражая и рассеивая солнечную радиацию, пылинки ослабляют приток ее к Земле. Земное же излучение пылинки задерживают слабо. В геологические эпохи, богатые извержениями, температура должна была быть пониженной.

3. Изменения характера земной поверхности должны привести к изменениям климата; так, увеличение площади суши в высоких широтах (до 40°) вызовет понижение температуры поверхности Земли, тогда как увеличение площади суши в низких широтах даст обратный эффект.

Если бы площадь суши уменьшилась на 10%, то температура на разных широтах изменилась бы следующим образом (по Е. Бруксу):

Антициклоны, возникающие над сушей в высоких широтах, усиливают ее охлаждение. При достаточном количестве осадков и низкой температуре может образоваться ледниковый покров. Лед и снег сильно понижают температуру воздуха, и это приводит к саморазрастанию ледников. Рост ледников задерживается устанавливающимися над ними антициклонами, препятствующими притоку осадков.

Е. Брукс считает, что для возникновения ледникового покрова достаточно первоначального охлаждения всего на 0,3°. Постепенно ледник снизит температуру на 25°.

Изменения климата могут быть связаны с изменением рельефа. Над горами, где атмосфера разреженна, бедна пылью и водяными парами, потери тепла Землей очень велики. Чем больше гор на Земле и чем они выше, тем ниже температура на поверхности Земли. Выравнивание современного рельефа привело бы к повышению температуры на 0,7°.

Если эпохи горообразования совпадают с эпохами расширения площади суши, оба фактора изменения климата складываются. В такие эпохи могут образовываться и расти ледники.

Каждая из рассмотренных причин может влиять на климат в той или иной степени, накладываясь друг на друга, эти влияния значительно осложняют общую картину изменения климата.