Изменение положения уровня океана имеет исключительное значение в ходе геологической истории.
Там, где уровень моря соприкасается с континентальной окраиной, все физические, химические и биологические процессы протекают с большей интенсивностью. К тому же уровень океана является базисом эрозии и отложения осадков. Положение береговой линии меняется из-за изменений объема воды или средней глубины океанического дна. Вообще следует говорить о многофакторности причин, которые вызывают колебания уровня моря в течение мезо-кайнозоя. Если рассматривать четвертичный период, то, пожалуй, одним из самых заметных природных изменений представляется снижение уровня Мирового океана, протекавшее почти синхронно с фазами развития покровных оледенений.
В ледниковый период значительные объемы влаги изымались из океана и концентрировались в громадных покровных ледниках северного и южного полушарий. Вероятно, такие явления были характерны для каждой из основных ледниковых эпох, которым соответствовали регрессии. С другой стороны, эпохам дегляциации (межледниковьям) соответствовали трансгрессии моря. Согласно расчета И. А. Суетовой, при максимальном развитии последнего оледенения общая площадь ледников земной поверхности возрастала до 60 млн. кв. км, а их объем увеличивался до 100 млн. куб. км, т. е. примерно в 4 раза по отношению к современному. В результате оценки объема древнего льда, анализа морфологии донных отложений континентальных шельфов и других расчетов сейчас среди советских и зарубежных исследователей сложилось мнение, что во время верхнеплейстоценового оледенения уровень океана понижался ниже современного по меньшей мере на 120 м. Подсчитано, что если все льды, покрывающие Антарктиду и Гренландию, растают, то это приведет к повышению уровня океана примерно на 60 м.
Таким образом, в ледниковые эпохи вследствие гляциоэвстатического понижения уровня Мирового океана огромные пространства континентальных шельфов осушались и развивались в субаэральных (наземных) условиях. В эго время Гудзон и другие реки Атлантического побережья пересекали шельф, устремляясь на восток, и там впадали в океан.
Наиболее заметными индикаторами колебания уровня можно считать те, которые связаны с деятельностью волн. Следы низких береговых линий были обнаружены на шельфах в виде уступов террас, дельт и других береговых форм рельефа. Намечается определенная последовательность осадочных фаций и форм реликтового рельефа, происхождение которых связано с развитием последней (фландрской, литориновой) трансгрессии. Убедительные доказательства реликтового генезиса шельфовых осадков были получены в результате многочисленных радиоуглеродных датировок образцов торфа, отобранных в Северном море, у северо-восточного побережья США и в других районах Мирового океана.
Следует подчеркнуть, что в высоких широтах на всем протяжении внешнего шельфа положение древних береговых линий фиксируют затопленные клифы и террасы. Абразионные уступы в отличие от структурно-денудационных ступеней не предопределяются деформациями коренных пород. Часто наблюдаются серии (от 2 до 5) относительно ровных террас, последовательно врезанных в покров четвертичных отложений. Как правило, клифы и террасы располагаются перед краевыми ледниковыми образованиями. Однако распространение ледников по осушенной поверхности шельфа до современных глубин 200—400 м не означает соответствующего понижения уровня океана. По всей видимости, столь низкое батиметрическое положение древних береговых линий следует считать результатом последующих гляцио — и гидроизостатических движений шельфа.
Нам представляется, что проблема колебаний уровня океана в ледниковый период не должна рассматриваться в рамках одной только ледниковой теории. Эту проблему нужно тесно увязывать с изучением новейших вертикальных и горизонтальных тектонических движений дна океана. В какой-то мере изменения уровня моря связаны с возвращением в исходное положение материков, прогибавшихся под влиянием веса льда во время оледенений. В частности, было установлено, что со времени последнего оледенения отдельные части Северной Канады и Фенноскандии поднялись на 280 м. Все же трудно целиком отнести эти воздымания к результатам гляциоэвстатических движений. Не исключено, что многие из наиболее высоко «поднятых» береговых линий могли испытать столь большие вертикальные перемещения вследствие наложения эвстатических и региональных тектонических факторов.
Трансгрессия, связанная с последним межледниковьем, изучена лучше всего. Анализ хода послеледниковой трансгрессии указывает на то, что ускоренные темпы поднятия уровня океана в разных областях земного шара приходились на интервал 11—9 тыс. лет назад. Это находится и прямой зависимости от резкого сокращения материковых ледников в ходе дегляциации. Во второй половине раннего голоцена уровень океана приблизился к современному положению. В конце последнего климатического оптимума (3,5—4,0 тыс. лет) голоценовая трансгрессия получила наибольшее развитие, что привело к затоплению многих приморских низменностей и устьев рек.
Итак, уровень океана постоянно изменялся за последние несколько сот тысяч лет вследствие наступания и отступания огромных материковых ледников. Колебания уровня моря в связи с оледенением кажутся менее выраженными в раннем плиоцене, чем в самом конце этого периода. Однако даже раньше, в миоцене, такие колебания имели место, поскольку образование ледникового покрова в Антарктиде началось еще в начале неогенового периода.