用这种方法，人们可以估计出，大西洋海底现在扩张的速率每年不到2.5厘米。在这个基础上，大西洋最早张开的时间能够大体上确定下来。在最近20年中，构造板块运动以种种方式使地质学的研究发生了一场彻底的革命。
由于所有的板块都是紧密地贴在一起的，因此如果要迫使两个板块分开的话，那么，一个板块必然会挤进另一侧的另一个板块里，这是很自然的事情。如果两个板块慢慢地合在一起（速率每年不超过5厘米），地壳就会弯曲和隆起，形成山脉和山根。因此，喜马拉雅山脉似乎在载有印度的板块和载有亚洲其余部分的板块缓慢接触时形成的。
另一方面，当两个板块结合得太快而来不及弯曲时，一个板块的表面可能会在另一个板块的下面凿出一条路，形成一条深海沟和一系列岛屿，并有可能出现火山活动。例如，在西太平洋就发现了这种深海沟和岛屿。
在海底扩张的影响下，板块既推开又结合。中大西洋裂谷正好从冰岛的西部经过，使冰岛正在被非常缓慢地推开。这种分离的另一个地方在红海。红海还相当年青，它的存在仅仅是因为非洲和阿拉伯半岛已经被推开了一点儿。（如果把红海相对的两岸靠在一起的话，它们紧密相符。）这个过程正在继续着，因此，在某种意义上说，红海是一个正在形成过程中的新大洋。1965年发现，在红海水体底部有些区段温度为56℃，盐的浓度至少为正常水的5倍，这个事实表明红海的上升流非常活跃。
可以设想，有可能存在一个漫长而缓慢的岩浆上涌旋回，涌上来的岩浆在某些地方把板块推开，在另外一些地方使板块拼到一起，导致地壳向下俯冲，并使它变为岩浆。在这一过程中，各个大陆合成一个陆块，然后又被分开，如此反复多次，于是山脉形成又被侵蚀，深渊形成又被填平，火山喷发又熄灭。地球在地质上和生物学上都充满着生机。
地质学家现在甚至能够描述出联合古陆最后分裂的过程，虽然仍然只能是粗略的。联合古陆最早是从一条东西向裂缝开始分裂的。联合古陆的北半部包括现在的北美洲、欧洲和亚洲，有时叫做“劳亚古陆”，因为从地质上讲，北美洲地表最老的岩石就是产在圣劳伦斯河以北的劳伦高原的岩石。
联合古陆的南半部包括现在的南美洲、非洲、印度半岛、大洋洲和南极洲，称做“冈瓦纳古陆”。（这个名字是奥地利地质学家E.休斯1890年根据印度一个地区的名字和一种地质演化理论创造出来的，他所根据的这种理论在当时似乎是合理的，但现在知道是错误的。）
大约在2亿年前，北美洲开始与欧亚大陆分开；在1.5亿年前，南美洲开始与非洲分开，最后南美洲和北美洲在中美洲只是以很窄的地带连接起来。随着这些陆块的分开，它们向北推移，直到劳亚古陆相等的两半把北极地区夹在它们中间为止。
大约在1.1亿年前，冈瓦纳古陆的东部分裂成好几块：马达加斯加岛、印度半岛、南极洲和大洋洲。马达加斯加岛与非洲靠得很近，但自最后的联合古陆发生分裂以来，印度半岛比其他任何陆块都移动得远。印度半岛向北移动了8850公里，挤进了南亚，从而形成了喜马拉雅山脉、帕米尔高原和西藏高原。后者是世界上最年轻、最雄伟壮丽的高原区域。
南极洲和大洋洲可能仅仅是在4000万年前分开的。南极洲向南移动到其冰冻的终点。大洋洲今天仍在向北移动。
深海生物
第二次世界大战以后，对海洋深部继续进行调查。近年来，一种水下听力装置水听器证实，海中生物发出各种不同的响声，因此，总的来说深海同陆地一样喧闹。
1951年新挑战者号调查了西太平洋的马里亚纳海沟，发现地壳中最深的沟不是菲律宾群岛附近的海沟，而是马里亚纳海沟。这条海沟最深的部分现在叫做挑战者号深渊，深达约11000米，如果把珠穆朗玛峰放进去的话，水面将会没过其最高峰1.6公里。然而，挑战者号从该深渊的底部捞出了细菌，看上去同地球表面的细菌非常相似，但只能在1000个以上大气压的环境中生存。
海沟中的生物适应了海底这样高压的环境，因而不能离开海沟；实际上，它们就像被囚禁在一个孤岛上一样。它们经历了一种与外界隔绝的演化过程。但是，它们在许多方面仍然与其他有机质有非常密切的亲缘关系，因此它们在深渊中的演化似乎经历的时间还不太长。人们可以想象，由于竞争的压力，有些海洋生物群体被迫到越来越深的水域中生活，正如其他生物群体被迫到大陆架越来越高的地方，甚至最后在陆地上生活一样。沉入深海的群体必须适应较高的压力；出现在陆地上的群体则必须适应无水的环境。总的来说，后者可能比前者更难适应，所以在深渊中有生物存在就没有什么可惊奇的了。
诚然，深海中的生物不如表层附近丰富。据估计，单位海水中的生物含量，在7.2公里以下仅是在3.2公里深处的1/10。此外，在7.2公里以下的深海中，几乎没有食肉目动物。因为在那里捕获不到足够的食物。但是，它们是食腐动物，以能够找到的各种有机质为食。人们发现，深渊中的各种生物最早不超过2亿年，大多数不超过5000万年，这说明深渊只是在较近的年代才被生物栖居的。只是在恐龙时代开始的时候深海中才出现了生物，在此之前什么生物也没有。
尽管如此，侵入深海的一些生物还是在那里存活下来，但它们与接近表层的生物的亲缘关系却逐渐断绝。19世纪30年代末期有一个例子非常突出地证明了这一点。1938年12月25日，一艘拖网渔船在非洲南部附近的海中捕获到一条约1.5米长的怪鱼，怪就怪在鱼鳍不是直接长在鱼身上而是长在两片肉叶上。南非动物学家J.L.B.史密斯抓住时机对这条鱼进行研究，把它当作一件最好的圣诞礼物。这种鱼叫空棘鱼，是一种原始鱼，动物学家们一直认为它在7000万年以前就灭绝了。现在有了这种动物的一个现代标本，原来以为在恐龙全盛时期到来之前它已经绝迹了。
第二次世界大战中断了寻找空棘鱼类的工作，但1952年在马达加斯加岛附近又捕获到一条不同属的空棘鱼。到目前为止已经发现了许多条这种鱼。因为空棘鱼习惯于深海生活，所以被捕上来以后很快就死去了。
进化论者之所以对研究空棘鱼标本特别感兴趣，是因为最初的两栖纲动物就是由这种鱼进化来的，换句话说，空棘鱼是鱼类祖先的嫡系后代。
在20世纪70年代末期有一项更加令人兴奋的发现。科学家们在洋底找到了热点，在那里地幔的炽热岩浆上升到非常靠近地壳上部边界的地方，并把上面的水加热。
1977年初，一艘深海潜水艇载着科学家沉到海底，在加拉帕戈斯群岛以东和加利福尼亚湾海口，对接近热点的海底进行了调查。在加利福尼亚湾海口的热点上，他们发现有烟囱，带烟的热泥从这些烟囱中涌上来，使周围的海水充满矿物质。
这些矿物富含硫，同时在这些热点的附近还富含各种细菌，它们不是从阳光中获取能量，而是从硫和热的化学反应中获得能量。小动物以这些细菌为食，较大的动物则以较小的动物为食。
这是一种全新的生物链，不需要依赖于海水最上层的植物细胞。即使阳光完全消逝，这个生物链也能生存，只要热和矿物质继续从地球内部涌出来，因此，这一生物链只能在热点附近生存。
从这些海底区域取回蛤、蟹和各种蠕虫进行研究，其中有些相当大。所有这些蛤、蟹及蠕虫都是在对那些不适应这种水域化学特性的动物来说是有毒的水体中繁盛起来的。
深海潜水
研究深海最理想的办法就是把人送到下面去观察，以上介绍的情况就是一个实际的例子。当然，水对人来说不是一个适宜的环境。自古以来，潜水者一直在锻炼他们的技巧，他们能够潜到大约18米的深处，并在那里停留2分钟。但是，在身体没有装备的情况下，这种技巧没有多大提高。
20世纪30年代，陆续发明了护目镜、蛙鞋和通气管（一种短管，一端含在口中，另一端露出水面），这使游泳者能够在水下游更长的时间，其功效比别的方法要好。这种潜水叫做裸潜，因为它是人直接潜到洋面之下。
1943年，法国海军军官库斯托发明了一种设备，就是裸潜潜水员携带的压缩空气筒，里面装有化学过滤器，可以吸收潜水员呼出的气体中的二氧化碳，从而使呼出的气体可以再度使用。这种设备叫做水肺。战后利用水肺潜水成为人们喜爱的一项运动，这项运动被称为斯库巴潜水。
有经验的斯库巴潜水员可以达到60米的深度，但与海洋的总深度相比仍然是太浅了。
第一套实用的潜水服是由西贝于1830年设计的。潜水员穿着现代的潜水服可以下到大约90米的深度。潜水服把人体全部密封起来，但是密封更严密的是一种适合于水下旅行的船——潜水艇。
早在1620年，荷兰发明家德雷贝尔就建造了第一艘潜水艇，可以在水下真正停留很长一段时间而不会淹死艇内的人。但是，必须有一种用来代替手摇螺旋桨的东西作为动力，潜水艇才会有实际用途。潜水艇不能使用蒸汽动力，因为密封的潜水艇中空气有限，不可能燃烧任何燃料。所需要的是靠蓄电池的电力来转动的电动机。
第一艘这种电力潜水艇建造于1886年。虽然必须定期给蓄电池充电，但这艘潜水艇每充一次电可以航行大约130公里。到第一次世界大战开始时，欧洲的主要强国都有了潜水艇，并将它们用作战舰。但是，这些早期的潜水艇容易破裂，不能下潜很深。
1934年，毕比乘坐他的探海球成功地下潜到910米深处。探海球是一种厚壁的小船，里面装有氧气及吸收二氧化碳的化学药品。
探海球是靠海面上的船用链索吊下去的，本身不会活动。因此，需要一种能在深渊中航行的船。1947年，瑞士物理学家A.皮卡德发明了这种船，称做探海艇。这艘探海艇能够承受巨大的压力，它用很多铁球压载（遇有紧急情况可以自动弃入海中）以使之下沉，并有一个装有汽油的“气球”来为它提供浮力和稳定性（因为汽油比水轻）。1948年这艘探海艇在西非达喀尔附近的海中第一次试潜（不载人），下沉1400米。同年，毕比的同事巴顿利用环形深海潜水器（一种经过改进的探海球）也下潜到1400米的深度。
后来，A.皮卡德和他的儿子J.皮卡德又建造了一艘经过改进的探海艇，并命名为的里雅斯特号，因为当时的里雅斯特自由城曾资助建造这艘探海艇。1953年，A.皮卡德乘坐这艘艇在地中海下潜到4公里的深处。
美国海军为了研究海洋购买了的里雅斯特号。1960年1月14日，J.皮卡德和一位海军人员沃尔什乘坐这艘探海艇下沉到马里亚纳海沟的底部，下潜深度为11.3公里，这一深度在任何一个深渊中都是最深的。那里是海洋中最深的地方，压力达1100个大气压，但是他们仍然发现了海流和活着的生物。实际上，他们所看见的第一个生物是脊椎动物，一条长30厘米的鱼，样子像比目鱼，长着眼睛。
1964年，法国的探海艇阿基米得号10次下潜到波多黎各海沟的底部。这条海沟是大西洋中最深的海沟，深达8.5公里。同其他海沟一样，这里的海底每平方米也都有生物。非常奇怪的是，这里的海底并不是平缓地下斜进入到深渊的，而是看上去呈阶梯状，像是一座巨大的向外展开的楼梯。
冰冠
我们地球的两极总是令人向往的，科学史上最冒险的篇章之一就是对两极地区的考察。那些地区充满了浪漫壮丽的景象和支配人类命运的因素——天上奇异的极光、极端的寒冷、特别是那些影响世界气候和我们生活方式的巨大冰冠（或冰川）。
北极
真正向两极地区的推进在人类历史上是较近期的事情，起始于哥伦布发现美洲大陆以后兴起的伟大探险时代。最初的北极探险家主要是为了寻找一条绕过北美洲顶端的海道。正是在贯彻这项不可靠的计划当中，英国航海家哈得孙（受荷兰雇用）发现了哈得孙湾，并在1610年死去。6年以后，另一位英国航海家巴芬发现了巴芬湾，它深入到距离北极不到1300公里的地方（见图4-6）。最后，在1846～1848年间，英国探险家J.富兰克林越过了加拿大北部海岸，并发现了西北航道（这在当时对轮船来说是最不实用的一条航道）。J.富兰克林死于这次航海中。
图4-6 北极图
此后，又经过半个世纪的努力，人们才到达了北极。当时去北极的动机主要是单纯冒险和想成为第一个到达北极的人。1873年，奥地利探险家帕耶和韦普雷茨特到达了离北极不到960公里的地方，并以奥地利帝王的姓名把他们发现的一群岛屿命名为法兰士·约瑟夫地群岛。1896年，挪威探险家南森在北极冰上漂移到距离北极不到480公里的范围内。最后，1909年4月6日，美国探险家皮里终于到达了北极终点。
现在，北极已不像以往那样神秘了。人们从冰上、空中和水下对北极进行了考察。1926年，伯德和贝内特首次飞越北极；潜水艇也从北极的水中通过。
同时，以格陵兰为中心的最大的北半球冰冠吸引了许多科学考察队。魏格纳就是在这样一次考察中于1930年11月死去的。人们发现，格陵兰215万平方公里的面积约有165万平方公里被格陵兰冰川所覆盖，已知有些地方冰厚1.6公里。
随着冰层的积厚，冰层被推入海中，由于冰层的边缘破裂或崩解而形成冰山。北半球每年这样形成的冰山约有16000个，其中90%是由格陵兰冰冠破裂形成的。这些冰山缓慢地向南漂移，特别是漂向大西洋西部。每年大约有400个冰山经过纽芬兰，威胁到轮船航道；1870～1890年间，有14艘船与冰山相撞沉没，有40艘船严重受损。
最严重的一次碰撞发生在1912年，那一年，豪华客轮泰坦尼克号首次出航时与冰山相撞而沉没。此后对这些巨大冰山经常出现的地方设立了国际监视哨。在此后的年代里，投入使用一艘冰情巡逻船，结果没有发生过一次轮船被冰山撞沉的事件。
南极——南极洲
南极的巨大大陆冰冠比格陵兰冰冠大得多。南极冰冠覆盖的面积是格陵兰冰川的7倍，冰的平均厚度为2.4公里，有些地方厚约5公里。这是因为南极大陆非常广大，约有1300万平方公里，但有多少是陆地，有多少是由冰覆盖着的海洋，目前尚不能确定（见图4-7）。一些探险家相信，至少南极洲西部是一群由冰连在一起的大岛屿；但在目前，似乎还是大陆说占上风。
图4-7 主要大陆冰川今天大都局限在格陵兰和南极洲。在最近一次冰期的顶峰，冰川曾扩展到欧洲北部和西部以及北美洲
著名的英国探险家J.库克是第一个越过南极圈的欧洲人。1773年，J.库克环绕南极地区作了一次航行。（可能是这次航程激发了柯尔律治的灵感，使他写下了最著名的作品《古舟子咏》，1798年出版，书中描写了从大西洋到太平洋经由南极洲冰冻地区的航程。）
1819年，英国探险家W.史密斯发现了离南极洲海岸只有80公里的南设得兰群岛。1821年，由别林斯高津率领的一个俄国探险队看到了南极圈内的一个小岛（彼得一世岛）；同一年，英国的G.鲍威尔和美国的帕默首先看到了属于南极大陆本身的一个半岛，现在称之为“南极半岛”。④
在以后的数十年间，探险家们一步一步地向南极极点迈进。到了1840年，美国海军军官威尔克斯宣称，这个陆地的各个走向合起来组成一个陆块，后来证明他的说法是正确的。英国人威德尔深入到帕默半岛以东的一个海湾（现在叫做威德尔海），距离南极极点不到1450公里。另一位英国探险家J.C.罗斯发现了进入南极洲的另一个大海湾（现在叫做罗斯海），并到达了距离极点不到1142公里的地方。在1902～1904年期间，第三个英国人R.F.斯科特越过了罗斯冰架（一块由冰覆盖着的大洋，面积相当于美国的得克萨斯州），到达了距离极点不到800公里的地方。1909年，又一位英国人E.沙克尔顿从冰面上到达了距离南极极点大约160公里的地方。
1911年12月16日，挪威探险家阿蒙森终于到达了南极极点。此时斯科特正在第二次向极点进发，仅比阿蒙森晚3个星期到达南极极点，他到达极点时见到阿蒙森的旗子已经插在了极点上。斯科特和他的同伴们在回途中不幸丧生在冰上。
20世纪20年代后期，飞机帮助人们实现了征服南极洲的愿望。澳大利亚探险家G.H.威尔金斯沿南极洲海岸飞行了1930公里；1929年伯德飞越了南极极点。此时第一个基地“小亚美利加1号”已经在南极建立。
国际地球物理年
北极区和南极区已经成为近代最大的国际科学项目的焦点。这起源于1882—1883年，当时许多国家参加了“国际极地年”活动，对诸如极光和地磁一类的现象进行考察和科学研究。这次活动非常成功，所以1932—1933年又举办了第二届“国际极地年”活动。1950年，美国地球物理学家伯克纳（他曾经是伯德南极探险队的第一批队员）倡仪举办第三届这样的活动。国际科学联盟理事会热情地接受了他的建议。在这次活动中，科学家们制造了强有力的新科研仪器，并提出了一系列新的课题，如关于宇宙射线、高空大气层、海洋的深度以及空间考察的可能性等问题。因此，安排了一次宏大的“国际地球物理年”活动，时间定在1957年7月1日—1958年12月31日（太阳黑子活动最旺盛的一段时间）。这项计划激起了国际合作的热情，甚至处于敌对状态的苏联和美国，为了科学事业也参加了这项活动。
虽然从公众兴趣的角度来看，国际地球物理年最辉煌的成就是苏联和美国成功地发射了人造卫星，但科学还取得了许多其他同样重要的成果，其中最突出的是对南极洲进行了广泛的国际合作考察。仅美国就在南极洲设立了7个观察站，探测冰的厚度，并从几公里深的冰层下取出被囚锢在里面的空气样品（这些空气可能已经被囚锢了几百万年）和残存细菌的样品。有些细菌被冰冻在冰面以下30米可能达100年之久，但仍能复苏并正常生长。1958年1月，苏联的研究小组在冰极（南极洲最靠内地的一个点）建立了一个基地，这个基地离南极极点960公里，他们在那里测到了新的最低温度。1960年8月，正值南极隆冬，他们记录的温度是－127℉，冷得可以将二氧化碳冻结。在以后的10年中，在南极洲又建立了几十个常年工作的观察站。
在最引人注目的征服南极的业绩中，由富克斯和希拉里率领的一支英国探险队从陆地上横越了南极大陆，这在人类历史上还是第一次（诚然，他们利用了特殊的交通工具和现代科学所能提供的一切手段）。希拉里也是第一个登上世界最高峰珠穆朗玛峰的人，他是在1953年同登山运动员诺盖一起登上珠穆朗玛峰的。
国际地球物理年的成功以及由在冷战期间表现出来的这种合作精神所激发起来的热情，使12个国家于1959年签订了禁止在南极洲进行一切军事活动（包括核爆炸和倾倒放射性废料）的协议。因此，南极洲将留作一个科学活动的场所。
冰川
地球上冰的总量将近3700万立方公里，大约覆盖了陆地总面积的10%。其中86%的冰堆积在南极大陆冰川中，10%在格陵兰冰川里，剩下的4%构成了冰岛、阿拉斯加、喜马拉雅山脉、阿尔卑斯山脉及其他少数几个地方的冰川。
长久以来，人们一直在对阿尔卑斯冰川进行研究。19世纪20年代，两位瑞士地质学家维尼茨和夏彭蒂耶注意到，阿尔卑斯山脉中部所特有的岩石散布在阿尔卑斯山脉以北的平原上。这些岩石是怎样到平原上去的呢？地质学家们推测，山岳冰川以前覆盖的面积比现在大得多，这些冰川后退时便留下了漂砾和岩屑堆。
瑞士动物学家阿加西兹对这种看法作了深入的研究。他在冰川上打下几行木桩，来观察冰川是否移动。到1840年，他确切无疑地证实，冰川像非常缓慢的河流一样在流动，速度大约为每年69米。同时，他走遍了欧洲，在法国和英国都发现了冰川的痕迹。他还在其他地方发现了周围环境中没有的漂砾，还发现岩石上有擦痕，这些擦痕只有其底部携带着卵石的冰川才磨得出来。
1846年阿加西兹到了美国，成为哈佛大学的教授。他在新英格兰和美国中西部发现了冰川作用的痕迹。到了1850年，事情已经很明显，在地球历史上的某个时期，北半球的大片地区一定被巨大的大陆冰川所覆盖。自阿加西兹以来，人们对冰川遗留下来的沉积物进行了详细的研究，这些研究表明，在最近100万年中，冰川曾多次进退，从而构成了更新世。
现在地质学家往往用更新世冰川作用一词来代替人们所熟知的冰期。但事实上有些冰期是出现在更新世之前。大约2.5亿年前曾有一个冰期，大约6亿年前也有过一个冰期，在它们之间，大约4亿年前可能还有一个冰期存在。人们对这些较早的冰期很少了解，因为时间久远，大部分地质证据都不存在了。但是，总的来说，冰期不常发生，它只占地球整个历史的千分之几。
关于更新世冰川作用，似乎南极的冰盖与最近这个冰期的推进无关，虽然南极冰盖现在是最大的冰盖。南极冰盖只能向海中延伸并在那里破裂。浮冰越来越多，使海水普遍变得很冷，但南半球的陆地离南极很远，因而不致使它们各自产生冰盖的生长点，但安第斯山脉最南端的一些冰川作用除外。
北半球却完全是另外一种情形，那里辽阔的陆地紧靠着极点。正是在那里冰盖的扩展非常引人注目；上面所说的更新世冰川作用几乎完全是与北半球有关，现在除了存在一个北极冰盖（格陵兰冰冠）外，还有三个较大的冰盖，其中每个冰盖的面积约为258万平方公里，它们是加拿大冰盖、斯堪的纳维亚冰盖和西伯利亚冰盖。
大概因为格陵兰是北半球冰川作用的发源地，所以邻近的加拿大所受到的冰川作用比距离较远的斯堪的纳维亚以及更远的西伯利亚大得多。由于加拿大冰盖发源于东北部，因此阿拉斯加的大部分和太平洋大陆坡未受到冰川作用的影响，但是，加拿大冰盖一直向南扩展，冰的边缘跨过了美国北部的大部分地方。在向南的最大扩展中，冰界越过了华盛顿州的西雅图，到达北达科他州的俾斯麦，然后转向东南，基本上沿着现代的密苏里河的路线延展，经过奥马哈和圣路易斯，接着再向东，扩展到辛辛那提、费城和纽约。南部边界似乎是沿着现在长岛的整个长度延伸的。
当冰盖扩展得最远时，冰盖在两极地区覆盖的陆地总面积有4400万平方公里，占地球现在陆地面积的30%，是现在由冰覆盖的陆地面积的3倍。
对冰盖地区土壤中的沉积层仔细研究的结果表明，冰盖共有4次进退。这4个冰期中，每个冰期持续50000—100000年。在它们之间有3个间冰期，这3个间冰期都比较温暖，甚至比较炎热，而且时间也长。
第四次也就是最近一次冰川作用大约在18000年前达到最大限度，当时到达了现在的俄亥俄河。随后便缓慢地后退。在一段时期内，后退的速度为每年75米，由此可见其缓慢的程度。在另一些地方甚至有局部的和暂时的重新前进。
大约在10000年以前，当文明在中东已经开始的时候，冰川开始了最后的后退。到8000年前，北美洲五大湖区已经露出；到5000年前，冰川已后退到现今所在的地方（此时在中东已经发明了文字）。
冰川的进退不仅在地球其余地方的气候上而且在大陆的形状上都留下了痕迹。例如，格陵兰冰川和南极洲冰川现在都在退缩，如果它们全部融化的话，海洋的水面会上升大约60米，因而会将各大陆的沿海地区全部淹没，包括世界上许多最大的城市，水位会达到曼哈顿摩天大楼的第20层。另一方面，阿拉斯加、加拿大、西伯利亚、格陵兰、甚至南极洲，可能会成为更适合于人类居住的地区。
在冰期的最高峰所发生的情况正好与此相反。那么多的水以陆地冰冠的形式被冻结起来（冰的总量是现在的3～4倍），因此海平面的界线要比现在的界线低130米。此时大陆架全部露了出来。
大陆架是海洋连接大陆的比较浅的部分。海底大体上是逐渐地倾斜到130米的深处，然后骤然变陡，很快就达到相当大的深度。从结构方面讲，大陆架是它们所连接的大陆的一部分，就是说，大陆架的边缘才是大陆的真正边界。目前，洋盆中的水仍然很多，大陆的边界还在水中淹没着。
大陆架在面积上并不小。大陆架在一些地方比另一些地方宽得多。美国东海岸以外的大陆架面积相当大，而西海岸（正好处在一个地壳板块的边缘）以外的大陆架面积却非常小。总的来说，虽然大陆架的平均宽度为80公里，但其总面积却达到2590万平方公里。换句话说，一个比苏联还要大的潜在的大陆面积现在被淹没在海水下。
在最大冰川作用时期露出来的正是这个地区。在最后的大冰期中这个地区确实是露了出来。陆地动物的化石（如象牙）已经从离开陆地几公里远的水面以下好几来深的大陆架中挖掘了出来。而且，由于北半球的大陆部分被冰川覆盖，再往南雨量要比现在多，所以撒哈拉沙漠当时是一片草原。撒哈拉是在人类历史开始之前不久由于冰冠的后退才开始干旱起来的。
这样一来，适于人类和动物居住的地区是可变的。随着海平面下降，巨大的陆地面积变成了冰漠，而大陆架则因现代沙漠的增长而变成了人类和动物居住的地区。随着海平面上升，低洼地区进一步被淹没，两极地区则变成了可供居住的地方，而沙漠再次后退。
由此可见，冰川作用时期并不一定是荒凉和灾难时期。在冰川作用的顶峰时期，所有冰盖中的冰总共只占海洋总水量的0.35%。因此，冰川的变动对海洋几乎没有什么影响。当然，浅水地区的面积会大大减少，而这些地区又是富有生物的。另一方面，热带海水的温度比现今的温度低2℃～5℃，就是说水中溶有更多的氧和含有更多的生物。
同时，冰川的前进和后退都非常缓慢，因此动物总的来说能够适应，它们可以缓慢地向南或向北迁移。甚至有足够的时间来产生进化适应能力，因而在冰期中长毛的猛犸象非常繁盛。
最后，冰川的变动看上去很凶猛，其实不然，因为冰川从来没有全部融化过。南极洲冰冠自存在以来，在2000万年的时间里相对地说没有改变，从而限制了海平面和温度的变化。然而我并不是说我们不必担心未来。第五次冰川作用虽然有自身的许多问题，但我们没有理由认为它最终不会到来。在以前的冰川作用中，人类数量极少，而且是些猎人，他们沿着猎物的路径非常容易南北迁移。在下一次冰川作用中，人类无疑会数量众多（如同现今一样），而且他们借助城市和其他建筑物过着相对定居的生活。再者，人类使用的各种不同技术可能会加快冰川的前进或后退。
冰期的成因
冰期的成因是冰期的一个主要问题。是什么力量使冰川前进和后退的呢？为什么冰川作用的时间比较短？例如现在的冰川作用在最近1亿年中仅有100万年的历史呢？
只要温度发生很小的变化就会引发或终止一个冰期，例如，温度只要下降一些就足以使冬天的积雪到夏天融化不完，或者温度只要上升一些就足以使夏天融化的雪比冬天下的雪要多。据估计，只要地球的年平均温度下降3.5℃，就足以使冰川增长；而地球的年平均温度上升3.5℃，则经过100年左右南极洲和格陵兰的冰川就会融化，使岩石露出来。
温度的轻微下降如果足以使冰的覆盖量在2～3年内稍有增加，就会使这一过程继续下去。冰面比裸露的岩石或土壤能更有效地反射阳光；射到冰面上的阳光能被冰面反射90%，而裸露的土壤所反射的阳光不到10%。冰的覆盖量稍微增加一点，就会使阳光反射增多而吸收减少，因此使地球的平均温度再降低一点儿，并且使冰的覆盖量又会加速增长。
同样，如果地球的温度稍有上升，正好达到足以使冰川有小的后退的程度，则反射的阳光就会减少，而吸收的阳光就会增加，从而加速冰川后退。
那么，导致这两种情形出现的作用过程是什么呢？
一种可能是，地球的轨道不是完全固定的，每年运行的轨道都不完全相同。例如，近日点的时间就不固定。正是现在，地球的近日点即太阳最靠近地球的时间紧跟在冬至之后。但是，近日点的位置在不断地改变，每21310年绕轨道一周。同时，地轴的方向也在改变，每25750年在天上画一个圆圈（岁差）。还有，地球的实际倾斜度也有微小的改变，增大一点儿，然后又减小一点儿，处在一种缓慢摆动的状态中。
所有这些变化都会稍微影响地球的平均温度，虽然影响不大，但在某些时期足以引起冰川的前进或后退。
1920年，南斯拉夫物理学家米兰科维奇提出一种时间长度为40000年的周期性理论，其中“大春季”、“大夏季”、“大秋季”和“大冬季”各10000年。根据这个理论，地球在“大冬季”期间会特别容易发生冰川作用，而且当其他因素也合适时实际上就会发生这种情形。一旦发生了冰川作用，地球在“大夏季”很可能会发生冰川消退作用，如果其他因素合适的话。
米兰科维奇的理论在提出时并未得到人们的赞同；但1976年，美国的海斯和英布里以及英国的N.J.沙克尔顿解决了这个问题。他们研究了从印度洋的两个不同地方挖出的非常长的沉积物岩心，这两个地方都处在远离陆地的浅海中，因此没有来自附近海岸地区或较浅的海底的污染物质。
这些岩心是由45万多年期间连续沉积的物质组成的。人们看到，越靠岩心下部年代越久远。因此，可以研究微小的单细胞动物的遗骸，这些不同种类的单细胞动物是在不同的温度下繁盛起来的。根据这些遗骸的性质可以确定出温度。
还有，氧原子主要有两种不同的变体⑤，而这两种变体的比例随温度而变化。因此，通过测定岩心不同部位的氧原子比例，也可以确定海洋不同时期的温度。
两种测量温度的方法是一致的，而两种方法测出的结果与米兰科维奇周期非常相似。因此，地球可能相隔一段长时间就会出现一个发生冰川作用的“大冬季”，就好像每年有一次下雪的冬季一样。
但是，米兰科维奇周期为什么只在更新世期间发生，而在更新世之前完全没有任何冰川作用的2亿年中没有出现呢？
1953年，尤因和唐提出，原因可能在于北半球的特殊地理条件。北极地区几乎全部是海洋，但却是一个被陆地包围着的海洋，四周是几个大的陆块。
假设北冰洋比现在稍暖一些，只有很少一点海冰或者一点海冰也没有，是一片连绵不断的液态水面。于是北冰洋便成为水蒸气的来源，水蒸气在高空大气层中冷凝，然后以雪的形式降落。落回海洋的雪都融化了，但落在周围陆块上的雪却积聚起来，从而引起冰川作用：温度下降，北冰洋全部冻结。
在同样的温度下，冰比水释放的水蒸气少。如果北冰洋全部冻结，那么，空气中的水蒸气就会减少，雪也下得少。于是冰川开始后退，如果当时引发冰川消退作用，后退的速度会加快。
因此，只有当一个极区或两个极区有了被陆地包围的海洋时，米兰科维奇周期才有可能引起冰川活动时期。有可能有数亿年的时间没有这种被陆地包围的海洋，因而也没有冰川作用；后来，构造板块的移动开创了这种局面，由此开始了100多万年冰川有规律地前进和后退的时期。但这个有趣的说法至今未被完全接受。
地球温度的变化确实不太规律，变冷和变暖的趋势也不稳定。美国化学家比奇莱森和尤里一起测定了古代海生动物化石中氧原子两种变体的比例，以便测出这些动物生活的水的温度。到了1950年，尤里和他的研究小组已经把这项技术发展到了非常精确的程度，例如，他们通过对一个有几百万年历史的动物化石（一种已经灭绝的乌贼）的壳层所作的分析，确定了这个动物出生于夏天，生活了4年，在春天死去。
用这种“温度计”已经测定，1亿年前世界海洋的平均温度为70℉左右，然后逐渐变冷，1000万年以后降到61℉；然后又上升，1000万年以后上升到70℉。从那时以来，海洋的温度一直在下降。不管这种下降是由什么因素引起的，恐龙的灭绝可能和这个因素有关（恐龙可能适应于温暖和稳定的气候），而且这个因素可能促使那些能够维持恒定体温的温血鸟类和哺乳动物出现。
埃米里亚尼使用尤里的方法研究了从洋底岩心中取出的有孔虫壳。他发现，3000万年前整个海洋温度约为50℉，2000万年前43℉，而现在是35℉（见图4-8）。
100万年前
图4-8 最近1亿年期间海洋温度的记录
这些长期的温度变化是由什么引起的呢？一种可能的解释是所谓的二氧化碳温室效应。二氧化碳能非常有效吸收红外线辐射。因此，当大气中有大量二氧化碳时，就会阻止被太阳晒热的地球在夜间将热量散发出去。结果是热量积聚起来。另一方面，当大气中的二氧化碳含量下降时，地球会逐渐变冷。
如果目前空气中的二氧化碳浓度增加一倍（从空气的0.03%增加到0.05%），这个微小的变化足以使全球的温度升高3℃，从而使大陆冰川全部迅速融化。如果二氧化碳减少到目前含量的一半，温度就会下降到足以使冰川再一次向南扩展到纽约市地区。
火山活动会把大量的二氧化碳释放到空气中；岩石的风化作用则吸收二氧化碳（于是形成石灰岩）。因此，这可能是长期气候变化的一对机制。强烈的火山活动时期会把大量的二氧化碳释放到空气中，从而使地球开始变暖。与此相反，造山作用时代把大面积新的和未风化的岩石暴露在空气中，可以降低大气中二氧化碳的浓度。这后一过程可能发生在大约8000万年前的中生代末期（爬行动物时代），当时地球的温度开始长时期下降。
不管冰期的成因是什么，现在看来人类自己可能正在改变着未来的气候。美国物理学家普拉斯曾经指出，我们可能会向最后一次冰期告别，因为文明的火炉正在增加大气中的二氧化碳。目前，上亿个大烟囱在不停地把二氧化碳送进空气中；每年总量约为60亿吨，相当于火山释放的二氧化碳的200倍。普拉斯指出，自1900年以来，我们大气中的二氧化碳含量已经增加了10%，到2000年可能再增加10%。根据他的计算，这些二氧化碳加入阻止地球热量逃逸的“温室效应”，将会使地球的平均温度每100年升高大约1.1℃。根据现有的记录（主要是北美洲和欧洲），在20世纪上半叶期间，地球的平均温度确实在按这个速率上升。如果按同样的速率继续变暖的话，大陆冰川可能会在1～2个世纪内全部消失。
在国际地球物理年中所作的调查似乎也表明，几乎所有的地方的冰川确实都在后退。根据1959年的报告，喜马拉雅山脉的一个大冰川从1935年以来已经后退了210米。其他一些冰川后退了300米，甚至600米。适应于在冰冷水域中生活的鱼类正在向北迁移，而且温带树木也正在向北推进。海平面每年都略有升高，正如所预料的那样是冰川融化的结果。现在海平面已经很高了，在涨潮时如果有强风暴出现，海水淹没纽约地铁的危险是非常可能发生的。
但是，从20世纪40年代初期开始，温度似乎又略有下降，因而1880～1940年期间温度增加的一半已经消除了。这一变化的原因可能是自1940年以来空气中的灰尘和烟雾增加了：尘埃截住了阳光，在某种意义上来说也遮蔽了地球。看来人类对大气的两种不同类型的污染现在正在成为相互抵消的效应，至少在这个方面并且至少暂时是这样。
（潘书祥 译）
注释：
①我国东汉时期科学家张衡在公元132年创制的候风地动仪是世界上最早的地震仪器。——译注
②指唐山一带的地震，死亡242000人，重伤164000人。——译注
③指辽宁省海城地震。——译注
④即图4-7上的帕默半岛。——译注
⑤指氧的同位素氧-16和氧-18。——译注
