Föreställ dig Chicago silhuett. Föreställ dig nu det under nästan 3 mil is. Det var så landskapet såg ut på toppen av den senaste istiden.
Inom ramen för Jordens senaste geologiska historia skulle detta inte ha varit så ovanligt. Under de senaste 2,6 miljoner åren (eller vad som kallas den kvartära perioden) har planeten genomgått mer än 50 istiden, med varmare mellanliggande perioder emellan.
Men vad får isblad och glaciärer att expanderas med jämna mellanrum? Istider drivs av en komplex, sammankopplad uppsättning faktorer, som involverar jordens position i solsystemet och mer lokala påverkan, som koldioxidnivåer. Forskare försöker fortfarande förstå hur detta system fungerar, speciellt på grund av att mänskliga orsakade klimatförändringar kan ha permanent bryt cykeln.
Det var inte förrän för några hundra år sedan som forskare började känna igen antydningar till tidigare djupfrysningar. I mitten av 1800-talet dokumenterade den schweizisk-amerikanska naturforskaren Louis Agassiz de märken som glaciärer hade lämnat på jorden, till exempel klippor och jättestapelar, kända som moräner, som han misstänkte att gamla glaciärer hade bärt och skjutit över långa avstånd.
I slutet av 1800-talet hade forskare namngivit fyra istiden som inträffade under Pleistocene Epok, som varade från cirka 2,6 miljoner år sedan till ungefär 11 700 år sedan. Det var dock inte förrän decennier senare som forskarna insåg att dessa kalla perioder kom med mycket mer regelbundenhet.
Ett stort genombrott i förståelsen av isålderscykler kom på 1940-talet, då den serbiska astrofysiker Milutin Milankovitch föreslog vad som blev känt som Milankovitch-cyklerna, insikter i jordens rörelse som fortfarande används för att förklara klimatvariationen idag.
Milankovitch beskrev tre huvudsätt som Jordens omloppsbana varierar med avseende på solen, berättade Mark Maslin, professor i paleoclimatology vid University College London, till Live Science. Dessa faktorer avgör hur mycket solstrålning (med andra ord värme) når planeten.
Först finns det den excentriska formen på jordens omloppsbana runt solen, som varierar från nästan cirkulär till elliptisk på en 96 000-årig cykel. "Anledningen till att den har den utbuktningen beror på att Jupiter, som är 4% av massan i vårt solsystem, har en stark gravitationseffekt, som förskjuter jordens bana ut och sedan tillbaka," förklarade Maslin.
För det andra finns jordens lutning, vilket är anledningen till att vi har säsonger. Den lutande axeln för jordens rotation innebär att en halvklot alltid lutar sig bort från solen (orsakar vinter) medan den andra lutar mot solen (orsakar sommar). Vinkeln på denna lutning varierar på en cykel på cirka 41 000 år, vilket förändrar hur extrema årstiderna är, sade Maslin. "Om det är mer upprätt, kommer naturligtvis somrarna att bli mindre varma och vintern kommer att bli lite mindre kallt."
För det tredje finns det slingrande av jordens lutade axel, som rör sig som om det var en snurrande topp. "Det som händer är att jordens vinkelmoment går snabbt runt och runt en gång om dagen får axeln att slingra också," sa Maslin. Den wobble inträffar under en 20 000-årig cykel.
Milankovitch identifierade att omloppsvillkor för svala somrar var särskilt viktiga föregångare till istiden. "Du kommer alltid att ha is på vintern," sa Maslin. "För att bygga en istid måste du ha en del av den isen att överleva under sommaren."
Men för att övergå till en istid räcker inte orbitalfenomen. Den faktiska orsaken till en istid är den grundläggande feedbacken i klimatsystemet, säger Maslin. Forskare retar fortfarande isär hur olika miljöfaktorer påverkar glaciation och nedbrytning, men ny forskning har antytt att växthusgasnivåerna i atmosfären spelar en viktig roll.
Till exempel har forskare vid Potsdam Institute for Climate Impact Research (PIK) i Tyskland visat att början av tidigare istid framkallades främst av minskningar av koldioxid och att den dramatiska ökningen av koldioxid i atmosfären på grund av människors- orsakade utsläpp, har troligen undertryckt början av nästa istid i upp till 100 000 år.
"Som ingen annan styrka på planeten har istiden har utformat den globala miljön och därmed bestämt utvecklingen av den mänskliga civilisationen," sade Hans Joachim Schellnhuber, dåvarande chef för PIK och medförfattare till en av dessa studier, i ett uttalande 2016. "Till exempel är vi skyldiga vår bördiga jord till den senaste istiden som också ristade ut dagens landskap, lämnar glaciärer och floder bakom, bildar fjordar, moräner och sjöar. Men idag är det mänskligheten med sina utsläpp från brinnande fossila bränslen som avgör planets framtida utveckling. "
