Bugün New York, Berlin ve Moskova gibi büyük kentlerin bulunduğu bölgeler, yaklaşık yirmi bin yıl önce kalınlığı kilometrelere ulaşan dev buz tabakalarıyla kaplıydı. Deniz seviyesi bugünkünden yaklaşık yüz yirmi metre daha alçaktı ve bugün denizlerle ayrılmış bazı kara parçaları birbirine bağlıydı. Asya ile Kuzey Amerika arasında oluşan kara köprüsü, insanların Amerika kıtasına ulaşmasına olanak tanımıştı. Dünya'nın son buzul çağının en soğuk dönemi olan bu zaman diliminden bu yana iklim büyük ölçüde ısınmıştır.

On dokuzuncu yüzyılın başlarında bazı doğa bilimciler, Avrupa'nın pek çok yerinde bulunan ve çevresindeki kayalardan tamamen farklı yapıdaki dev kaya bloklarının nasıl oraya geldiğini merak ediyordu. Bazı kayaların yüzeyinde ise paralel çizikler bulunuyordu. İsviçreli doğa bilimci Louis Agassiz, Alplerdeki buzulları inceleyerek bu izlerin geçmişte çok daha geniş alanları kaplayan buzullar tarafından bırakıldığını öne sürdü. Agassiz'in buzul çağı düşüncesi başlangıçta kuşkuyla karşılandı; ancak zamanla kanıtlar biriktikçe kabul gördü.

Sonraki araştırmalar, Dünya'nın tek bir buzul çağı değil, birbirini izleyen pek çok buzul dönemi yaşadığını gösterdi. Son yaklaşık iki buçuk milyon yıl boyunca iklim, buzulların genişlediği soğuk dönemler ile buzulların geri çekildiği ılık dönemler arasında defalarca gidip gelmiştir. İçinde bulunduğumuz dönem de böyle bir ılık dönemdir. Peki bu düzenli iklim dalgalanmalarına ne yol açıyordu? Bu sorunun en önemli yanıtı, yirminci yüzyılın başında Sırp mühendis ve matematikçi Milutin Milanković tarafından geliştirildi.

Milanković, Dünya'nın Güneş çevresindeki hareketinde uzun dönemli küçük değişikliklerin bulunduğunu ve bu değişikliklerin Dünya'ya ulaşan güneş enerjisinin dağılımını etkilediğini öne sürdü. Bu değişikliklerin ilki, Dünya'nın yörüngesinin biçimiyle ilgilidir. Dünya'nın yörüngesi, yaklaşık yüz bin yıllık bir döngüde, neredeyse dairesel bir biçim ile biraz daha basık bir elips arasında değişir. Bu değişim, Dünya'nın Güneş'e en yakın ve en uzak konumları arasındaki farkı etkiler.

İkinci değişiklik, Dünya'nın dönme ekseninin eğikliğiyle ilgilidir. Daha önce mevsimleri anlatırken gördüğümüz gibi, Dünya'nın ekseni yörünge düzlemine göre eğiktir ve bu eğiklik mevsimlerin nedenidir. Eksen eğikliği, yaklaşık kırk bir bin yıllık bir döngüde yirmi iki ile yirmi dört buçuk derece arasında değişir. Eğiklik arttığında mevsimler arasındaki farklar belirginleşir; yazlar daha sıcak, kışlar daha soğuk olur. Eğiklik azaldığında ise mevsimler daha ılımlı hâle gelir.

Üçüncü değişiklik ise Dünya'nın ekseninin, dönen bir topacın ekseni gibi yavaş yavaş bir koni çizmesidir. Yalpalama adı verilen bu hareket, yaklaşık yirmi altı bin yıllık bir döngüde tamamlanır. Bu hareket nedeniyle, Dünya'nın Güneş'e en yakın olduğu dönemin hangi mevsime denk geldiği zamanla değişir. Bugün kuzey yarımkürede kış, Dünya'nın Güneş'e en yakın olduğu döneme denk gelir. Yaklaşık on bir bin yıl sonra ise bu durum tersine dönecek ve kuzey yarımkürenin yazı, Güneş'e en yakın döneme denk gelecektir.

Milanković, bu üç döngünün birleşik etkisini, bilgisayarların bulunmadığı bir dönemde yıllar süren elle yapılmış hesaplamalarla belirledi. Bu çalışmanın önemli bir kısmını, Birinci Dünya Savaşı sırasında bir savaş esiri olarak tutulduğu dönemde yürüttüğü bilinir. Milanković'e göre buzul çağlarını belirleyen en önemli etken, kuzey yarımkürenin yüksek enlemlerindeki yaz güneşlenmesiydi. Bu bölgelerde yazlar serin geçtiğinde, kışın yağan karın bir kısmı erimeden kalır. Yıllar boyunca biriken kar, zamanla buzullara dönüşür. Beyaz buz yüzeyleri güneş ışığını yansıttığı için soğuma daha da güçlenir.

Milanković'in kuramı, kendi yaşamı boyunca geniş bir kabul görmedi. Kuramı sınamak için gereken ayrıntılı iklim kayıtları henüz mevcut değildi. Kuramın doğrulanması, yetmişli yıllarda okyanus tabanından alınan tortu örneklerinin incelenmesiyle mümkün oldu. Bu tortularda bulunan küçük deniz canlılarının kabuklarındaki oksijen izotoplarının oranı, geçmişteki buz miktarı ve okyanus sıcaklığı hakkında bilgi veriyordu. Araştırmacılar, bu kayıtlardaki iklim değişikliklerinin, Milanković'in hesapladığı yüz bin, kırk bir bin ve yaklaşık yirmi bin yıllık döngülerle uyumlu olduğunu gösterdi.

Ancak Milanković döngüleri, buzul çağlarını tek başına açıklamaz. Yörünge değişikliklerinin Dünya'ya ulaşan toplam güneş enerjisi üzerindeki etkisi oldukça küçüktür. Bu küçük değişikliklerin büyük iklim değişikliklerine yol açabilmesi için iklim sisteminin bu etkileri güçlendirmesi gerekir. Buzulların güneş ışığını yansıtması, okyanusların karbondioksit tutması ya da salması ve atmosferdeki sera gazı miktarındaki değişiklikler bu güçlendirici etkenler arasındadır. Buzul çekirdekleri, buzul dönemlerinde atmosferdeki karbondioksit miktarının belirgin biçimde düştüğünü göstermektedir.

Milanković döngüleri, bugün iklim bilimcilerin geçmişi anlamasında temel bir araçtır. Ancak günümüzde yaşanan hızlı ısınmanın nedeni bu döngüler değildir. Döngülere göre Dünya'nın bugün çok yavaş bir soğuma eğiliminde olması beklenirken, son yüzyılda sıcaklıklar hızla artmaktadır. Bilim insanları, bu ısınmanın temel nedeninin insan etkinlikleri sonucunda atmosfere salınan sera gazları olduğunu belirtmektedir.