Geologisch gezien maakt de regio van de stuwwal tussen Nijmegen, Kleve en Mook deel uit van het Noordzeebekken met zijn lange geschiedenis.
Diep in de ondergrond bevinden zich hier dan ook nog steeds mariene sedimenten. Bij boringen in de diepere ondergrond zijn hieruit veel vondsten naar boven gekomen zoals haaientanden, walvisbotten en mariene schelpen. In het museum voor natuur en cultuurhistorie de Bastei in Nijmegen zijn dergelijke bodemschatten te zien en de Geologische Dienst in Krefeld heeft zelfs een compleet walvisskelet gevonden en tentoongesteld.
...we leven in instabiel gebied
Door de opvulling met sedimenten zien we nooit de ware diepte van het wegzakkende Noordzeebekken maar slechts de oppervlakte van de delta die het grootste deel van Nederland vormt.
Door de wisselende zeespiegelstand wisselen in de ondergrond van Nederland zee- en riviersedimenten elkaar met regelmaat af. Concluderend leven we dus, geologisch gezien, in een nogal instabiel gebied. Immers, de ene keer reikte de zeespiegel tot ver boven ons hoofd en de volgende keer kon je van hieruit over de zeebodem naar Engeland wandelen. Zo gebeurde dat niet één keer, maar meerdere malen.
Milankovic cycli
Over de ijstijden wordt nog altijd veel gediscussieerd, maar over de oorzaken komt steeds meer duidelijkheid, zie IJstijd in Wikipedia. Over over een periode van bijna 300 miljoen jaar is er geen of nauwelijks ijs op onze aarde geweest. Waarom dan plotseling 2.6 miljoen geleden het ijs op de polen en gebergten zich heftig ging uitbreiden is opmerkelijk. Gedacht wordt aan aardas- en aardbaanschommelingen, zie afbeelding 14.
De aardbaan om de zon wisselt tussen ellipsvormig naar cirkelvormig (zie afbeelding 14) en deze cyclus duurt ongeveer 100.000 jaar. Tijdens de meer ellipsvormige baan is er een grootste afstand tot de zon, het aphelium, die met afkoeling gepaard gaat. Tijdens het perihelium staat de aarde het dichtst bij de zon. Het verschil in zonnestralingsintensiteit tussen een maximaal perihelium en een maximaal aphelium kan tot 25% oplopen. Nu is het verschil slechts 6%. Ook de aardas verandert van stand, die kantelt (met een periodiciteit van 41.000 jaar) en tolt (precessie, met een periodiciteit van 19.000 tot 24.000 jaar). Het is de Servische wiskundige en astronoom Milankovic (ook gespeld als Milankovitch) geweest die het verband tussen deze planetaire factoren en klimaat heeft aangetoond.
Deze planetaire factoren waren er echter de afgelopen miljarden jaren steeds, zelfs al bij het ontstaan van de aarde, en zullen ongetwijfeld voor temperatuurschommelingen hebben gezorgd. Maar tot ijsvorming van Pleistocene omvang kwam het de afgelopen honderden miljoenen jaren niet omdat in deze periode de temperatuur op aarde te hoog was. Pas door de afkoeling in het Tertiair, veroorzaakt door de isolatie van het continent Antarctica, kon zich een dikke ijslaag vormen op dit continent. Hierdoor daalde aan het einde van het Tertiair de temperatuur op aarde zodanig dat veranderingen in de aardbaan en aardas nu wel het extra zetje konden geven dat tot uitbreiding van het pool- en gebergteijs, de glacialen, kon leiden. De interglacialen komen dan voor rekening van een zodanige stand van aardas en aardbaan dat door een toename van de zonne-instraling de temperatuur weer tijdelijk kan oplopen.
Als de aardbaan het minst excentrisch is, worden door een gelijkmatiger zonne-instraling de winters gemiddeld iets warmer en de zomers iets koeler. Daardoor neemt het vochtgehalte gedurende de winter in de atmosfeer toe wat tot meer sneeuw- en ijsvorming leidt. Door de koelere zomers smelt het winterijs niet geheel af en groeit in de loop van de duizenden jaren het landijs aan. Bij een meer excentrische aardbaan gebeurd dus het omgekeerde en wordt de winterse aangroei van ijs in de zomer opgeruimd.
Bedenk dat gedurende het Pleistoceen de aardbaan ongeveer 26 keer veranderd is van maximaal ovaal naar maximaal cirkelvormig en weer terug. De aardas is in deze periode ongeveer 65 keer naar een maximale verticale stand en weer terug gekanteld. Er zijn dus verschillende perioden geweest tijdens het Pleistoceen dat de aarde een koudste, warmste of tussenin positie heeft gekend. De stand van de aardas en de afstand van de aarde tot de zon kunnen dus ook wat temperatuurinvloed betreft een tegengestelde invloed hebben. In onze tijd valt de winter op het noordelijk halfrond samen met een perihelium bij een gemiddelde kanteling van de aardas en de zomer op het noordelijk halfrond valt dus samen met een aphelium. De askanteling is nu op weg naar meer verticale waarden, echter de excentrische vorm van de aardbaan is op weg naar een minimum en we stevenen weer af op het begin van een volgende ijstijd.
Zolang Antarctica als geïsoleerd continent op de zuidpool ligt, waarbij warmte-uitwisseling met de warmere gebieden op aarde maar zeer beperkt kan plaats vinden zal het koude Pleistoceen met zijn ijstijden voorlopig blijven voortduren. Pleistocene temperatuurschommelingen herkent men voornamelijk aan de verschillen in fossiele inhoud van de sedimenten. Recentelijk is daar de succesvolle zuurstof isotopenverhouding 18O/16O in zeesedimenten aan toegevoegd. Water met het lichtere 16O verdampt sneller dan water met het zwaardere 18O. In warmere tijden stroomt al dit extra 16O water via rivieren terug in zee waardoor de verhouding 18O/16O gelijk blijft in het zeewater. In koude perioden blijft een deel van het verdampte 16O houdende water in sneeuw en ijs op het land liggen waardoor het achterblijvende 18O houdende water in het zeewater de 18O/16O verhouding doet toenemen. Deze wisselende verhoudingen zijn dus in o.a. fossielen in zeesedimenten terug te vinden en zo worden klimaatreconstructies mogelijk.
In de aardse geschiedenis zijn er buiten het Pleistoceen nog enkele ijstijdvakken geweest met een onderlinge tijdsafstand van ruwweg een ¼ miljard jaar. Van twee voorafgaande ijstijden heeft men kunnen aantonen dat door continentverschuiving er een continent kwam te liggen op de zuidpool. Bij de vorige ijstijd (overgang Carboon-Perm) was dat Gondwana, en bij de daaraan voorafgaande ijstijd (Ordovicium-Siluur) was dat een stuk continent waar nu de Sahara gelegen is. In de Sahara zijn op kale rotsbodem gletsjerkrassen uit die tijd gevonden. Van een vierde ijstijd (in het Precambrium) zijn te weinig sporen gevonden om iets over de aanwezigheid van een continent op de Zuidpool te zeggen.
Er zijn dus genoeg aanwijzingen om met enige zekerheid te stellen dat de Pleistocene glacialen ontstaan zijn door een combinatie van een geïsoleerd liggend continent op de Zuidpool zonder warmte-uitwisseling met de warmere delen van de aarde en schommelingen in de aardas en aardbaan om de zon.
Hoewel wij nu in het Pleistocene ijstijdvak leven, is de aanwezigheid van ijs altijd een schaars gebeuren geweest in de totale ruim 4 miljard jarige geschiedenis van de aarde; niet meer dan ruwweg enkele procenten van het totaal. Een factor die verder een rol speelt in temperatuurveranderingen op aarde is o.a. de steeds veranderende energiehuishouding van de zon zelf. Veel zonnevlekken duiden op een hogere energiestraling van de zon en weinig zonnevlekken duiden op een lager energieniveau. De Kleine IJstijd van een paar eeuwen terug viel samen met een zonnevlekkenminimum. Verder is van belang het percentage broeikasgassen in de atmosfeer zoals het in het fossiele tijdperk door de mens geproduceerde CO2. Geologisch gezien mag dit effect misschien niet meer zijn dan een kortstondige rimpeling te midden van de veel grotere invloed van de planetaire factoren. Maar wel een rimpeling die voor de biodiversiteit op aarde en voor de mensheid een grote impact heeft omdat nog nooit zo veel mensen als nu in kustnabije gebieden leefden.
De masterfactoren voor ijstijden zijn dus het gelijktijdig voorkomen van geïsoleerde landmassa's op de polen en een 'koudste' stand van de aarde t.o.v. de zon.
De koudste gebieden op aarde zijn altijd de polen geweest, maar daar heeft niet altijd land gelegen. Alleen met land kun je kilometers dikke ijslagen krijgen, met zee lukt dat niet omdat het ijs aan de onderkant dan weer afsmelt en het koude water over de oceaanbodems wegzakt richting evenaar. Vandaar dat op Antarctica nu kilometers dik ijs ligt en de op de Noordpool slechts enkele meters dik zeeijs, behalve op Groenland dat ook een dikke ijskap heeft.
In deze animatie legt Marcel Creemers uit hoe de verschillende componenten die de Milankovitch-cyclus bepalen, samen leiden tot het komen en gaan van ijstijden.