我们假设冰川形成前，地球处于均衡状态（见图1，a）。当冰川形成时，海洋里的水逐渐转移至两极，使水圈变薄，而极地冰川则越来越厚大（见图1，a-b）。这样，以南、北极为轴（地轴），地球的半径缩短。因为地轴和地球自转轴基本一致，这样，就造成以地球自转轴为轴心的地球自转半径缩短。
图1：冰川形成和消融对地球自转的影响（所有图为通过两极的剖面图）。
A，冰川；B，北极；C，水圈；D，固体地球；E，南极。a，未形成冰川时均衡状态的地球；b，冰川在两极形成，但均衡调整尚未开始；c，处于均衡平衡的地球；d，两极冰川消融，均衡调整尚未开始；e，冰川消融后地球恢复a的均衡状态。
因为冰川形成前后地球的质量没有变化，所以，冰川形成前后地球的自转总动量应不变，即：
∑P=∑v+∑ω=C （1）
（∑P，总动量；∑v，总线动量；∑ω，总角动量； C，常数）。 因为，对于地球上绕自转轴自转的某一质点，则有：
ω=Δφ/Δt=2π/T=2πf （2） v=Δs/Δt=2πr/T=2πrf （3） v=ωr （4）
（ω，角速度；r，自转半径；v，线速度）。由（4）式可知，若角速度不变时，绕自转轴旋转的某一质点的线速度与它的自转半径成正比。
所以，当海水从赤道或中纬度地区转移至两极形成冰川时，假设地球自转的角速度不变，随着其自转半径的缩短（主要由水圈变薄造成），线速度将减小。这样，地球自转的总线动量（∑v）也将减小。
因为∑P=∑v+∑ω=C，所以，当∑v减小时，∑ω必然增大。∑ω增大，地球自转的角速度也就必然增大，也即地球的自转必然加快。
简单地说就是，当赤道或中纬度地区的海水转移至极地形成冰川时，导致整个地球的线动量减小，将引起地球自转的角动量增加，使地球自转加快。
冰川形成后，由于大量的冰川质量加于极地地壳上，将造成冰川区域重力正异常（也即大地水准面负异常）。由于地球的均衡作用，在冰川重力的作用下，冰川将和冰川下的地壳一道下陷。由于地球具有软流圈，地球具有固体潮，所以，可以说地球具有一定的流体性。软流圈外是固态的岩石圈。所以，可以把地球看成一个由固态岩石圈圈闭的流体球。根据流体力学原理，液体是不可能压缩的。所以，当冰川和其下的岩石圈下沉时，必然造成地球的膨胀（见图1，b-c）。若是单极冰川的形成，单极冰川缓慢作用于地球这个塑性球，将造成冰川所在半球中纬度区域膨胀，相对半球的中纬度地区收缩。若是形成双极冰川，在两极冰川的挤压下，则造成赤道地区膨胀（水圈厚度不变,膨胀主要由固体地球膨胀造成）。总之，不管形成的是单极冰川或双极冰川，都将导致地球赤道及中纬度区域总体上膨胀。由于地球赤道及中纬度区域膨胀，地球自转半径增大，造成线动量增大，这样，要维持总动量不变，角动量将减小，即地球的自转减慢。
当冰川期结束，大气温度升高，极地冰川消融。大量的极地冰川融化流入赤道或中纬度的海洋，将使赤道和中纬度海洋上升。由于海洋上升，使水圈厚度增大，而固体地球没有变化，导致地球的半径增大（见图1，c-d），线动量增大，相应地，地球自转的角动量将减小，也即地球自转将减慢。
冰川消融后，冰川区域，由于大量的冰川质量移出，将造成冰川区重力负异常（也即大地水准面正异常）。由于地球的均衡作用，冰川消融后的地区，将逐渐反弹性上升（如现在的斯堪的纳维亚及北美大湖地区）[Stacey, 1992]。由于冰
川消融后地壳的上升，地球这个由岩石圈圈闭而成的液体球，体积将缩小，直至恢复冰川形成前的均衡状态（见图1，d-e）。由于体积的缩小，地球的自转半径将减小（主要由固体地球缩小造成）。这样，地球的线动量减小，将导致地球角动量增加，也即地球的自转加快。
这样，地球经冰期和间冰期形成一个循环，地球的自转变化也经历一个循环。即：自冰川已形成后，冰川及冰川下地壳一道下降，引起均衡下沉开始作为起点，直至冰川消融后，冰川区地壳反弹性回升开始时为止，这一段时间，为地球赤道及中纬度区域不断膨胀（包括固体地球和水圈），半径不断增大的过程。在这段时间内，地球的自转不断减慢，称为地球自转减慢期
自冰川消融后，冰川区地壳反弹性回升开始时为起点，直至冰川已形成，但冰川及冰川下地壳尚未由于均衡作用而下降时为止，这一段时间，为地球赤道及中纬度不断收缩，半径不断缩短的过程。在这段时间内，地球的自转不断加快，称为地球自转加快期。
2 冰川形成和消融对地核自转的作用
在2900公里处，高速传播的地震横波突然消失，高速传播的纵波也突然减慢，这说明，内地幔是固态，而外核是液态。过渡层和内核又有横波出现，这说明过渡层和内核(简称内核)呈固态。这样，地球就呈现出地幔是固态，内核是固态，而内核和地幔之间的外核是液态的结构。
地核和地幔之间为液态的外核，当地幔的自转速度变慢时，由于惯性的作用，地核仍保持原来的速度自转。这样，就造成地核自转速度比地幔快。地核有一个相对于地幔的自转运动，方向和地球自转方向一致。这就是很多研究者发现内核自西向东相对地幔差异自转[Song and Richards, 1996; Poupinet, et. al., 2000;
Souriau and Poupinet, 2000]的原因。地球自转变慢的速度越大，地核相对于地幔的自转速度也就越大。
根据以上相同的原理，当地球自转变快时，由于惯性的作用，地核仍保持原来的速度自转。这样，就造成地核自转速度比地幔慢。地核有一个相对于地幔的自转运动，方向和地球自转方向相反。地球自转速度变快得越快，地核相对于地幔的自转速度也就越大。
3 地核感生电动势的形成原理及过程
我们先假设地核外有一个地理南极为N极，地理北极为S极的地核外磁场（和现今的地磁场方向一致）。
图2为以地轴垂直的地核剖面北面观。左下方为一个感生电动势形成示意图：假设IJ导线，位于这个地核剖面，且和这个地核剖面的半径长度相等，方向一致；GH相当于地核相对于地幔的自转方向。假设左下方示意图中磁场的方向，和地核外磁场的方向一致（和地轴平行）。这样，我们可以把这个平面看成一个和地轴垂直的地核导电圆盘。地核也可以看成是由很多个这样的和地轴垂直的导电圆盘组合而成的。由于地核外的内地幔是由固态的硅酸盐岩构成，导电性相对地核来说相当弱，可以看成是绝缘体[Voorhies, 1991]。所以，地核相对于地幔的运动，可以看成是导电圆盘在绝缘环境里的运动。
图2 地核相对于地幔自转时，在地核外磁场的作用下，感生电流形成示意图。A，核-幔界面；B，地核相对地幔的自转方向；C，外核；D，内核；E，地轴；GH，地核相对地幔转动方向；IJ，相当于导线的地核
圆盘半径。
当地球处于自转减慢期，地核相对于地幔自转加快，也就是地核有一个相对于地幔自西向东的自转（和地球的自转方向一致，见图2，B）。根据右手定则，大姆指指向IJ导线运动方向（见图2，G→H，即地核相对于地幔运动的方向），掌心面对地核外磁场的N极（向上），其余四指与导线的方向一致，则四指所指向的方向，就是感生电流的方向（见图2，I→J；即从核幔界面处指向地轴，见图3，a、b，C，）。所以，当地核在地核外磁场里相对于地幔自西向东转动时，组成地核的每个导电圆盘，都会产生由核、幔界面处指向地轴的感生电流（见图3，a、b，C），形成感生电动势。这样，就在每一个导电圆盘的地轴和核、幔界面之间，形成电势差。地轴为正，核、幔界面为负，且地核赤道面上的核、幔界面与地轴之间的电势差最大。
若地球自转加快，地核相对地幔自转减慢，形成感生电动势时，原理和上面的分析一样，只是地核相对于地幔自转方向改变，由自西向东改为自东向西（见图3， c、d，A）；这样，右手四指所指的方向，则变成了由地轴指向核、幔界面（见图3，c、d，C）。这同样会在每一个导电圆盘的地轴和核、幔界面之间产生感生电流，形成感生电动势，只是地轴为负，核幔界面处为正（见图3，c、d，C）。地球自转加快，地核相对地幔自转变慢时，地核感生电动势的形成，同样可以图2说明，只是地核相对地幔自转和电流方向刚好和图中箭头所示方向相反（见图3，a和c；及b和d）。
图3. 地核在地核外磁场里做相对运动时，感应电流的形成示意图。a、b示地核相对地幔自转加快时产生的感生电流；c、d示地核相对于地幔自转速度减慢时产生的感生电流；a、c 示地轴纵切面；b、d示垂直于地轴的横切面北面观。A，地核相对于地幔的自转方向；B，地理北极；C，感生电流方向；D，地轴；E，地理南极；F，核-幔界面。
4 外核物质的运动及地核螺旋管磁场的形成
4.1 地球自转减慢时地核螺旋管磁场及地磁场的形成
由地震波可知，内地幔为刚性相当强的固态物质，内核也为固态物质构成。而在内地幔和内核之间，则为液态的外地核。由于地核（特别是内核）的比重大，相同体积所占的质量比也比较大，所以，惯性也较大。当地球自转速度变慢时，由于惯性作用，地核将相对地幔自转加快。
当地球自转尚没有变慢时，构成地核的质点在其重力的作用下做匀速圆周运动，则有：
F= =mω2R （5）
（F为向心力；m为质量；R为圆周半径；ω为地核自转的角速度）。这时，向心力由重力提供，即：
W=F （6） ΔF= W-F=0 （7）
（W为重力）。当地球自转速度减慢时，由于地核由液态的外核和固态内核共同构成，地核相对于地幔自转速度将加快。但整个地核相对地幔的自转速度并不是一样的。以赤道面为例，固体内核由于相对质量大，减少的速度不大，仍保持原来的速度（相对地幔速度最大）；和固态内核接触的液态外核速度次之，和地幔接触的液态外核自转速度减小最大（相对于地幔的速度最小）。即在赤道面上，从核内液、固界面至核、幔界面，减慢的速度越来越大。因为地核的m没有变化，外层液态外核的重力没有变化，但ω减小，维持圆周运动所需的向心力（F）减小。这样，
W>F （8） ΔF = W-F>0 （9）
越是外层外核，自转速度（ω）减小越大，ΔF也就越大。在这个ΔF的作用下，外核的液态物质，将做向地轴运动。
当外核液态物质向地轴运动时，遇到固态的内核阻挡，受力情况见图4。由图4，a可见，当向轴力F作用于固态内核的O点时，可以分解为在x轴和y轴方向上的F2和F1。因为F2和固态内核对液态外核的反作用力大小相等，方向相反，它们正、负抵消。所以，F受到固态内核的作用，将转化为F1。
F1=F×Sinα （10）
（α为x轴和赤道面的夹角）。
一旦这个F1产生，可将其分解为x’轴和y’轴方向上的F3和F4。在这个F4的作用下，液态外核物质将做向极运动（见图4，b）。向极力F4的大小由向轴力和该点所在半径与赤道面的夹角的大小来决定：
F4= F1×Cosα （11） = F×Sinα×Cosα （12）
因为α大小在0o-90o之间，Sinα的大小随x轴与赤道面的角度增大而增大；随x轴与赤道面的角度减小而减小。当α=0o时，即当该点位于赤道面上时，因为Sinα等于0，所以向极力为0；当α=90o时，即当该点位于赤道面上时，因为Cosα等于0，所以向极力为0。只有当α=45o，向极力最大。
图4 通过南、北极的地核剖面观，示液体外核物质的向极运动。a，示地核内固-液界面处切线方向的F1力的形成； b，示F1导致向极分力F4的形成。A，地轴与核-幔界面北极的交点；B，地轴与核-幔界面南极的交点；A’，地轴与核内固-液界面北极的交点；B’，地轴与核内固-液界面南极的的交点；O，坐标轴原点（位于核内固-液界面上）；O’，地心；F，外核液体的向地轴作用力；F1，F在内核表面切线方向的分力；F2，F在地核半径方向的分力；F3，F1在垂直于地轴方向的分力；F4，F1在地轴方向的分力；x轴与地核半径一致，方向由地心指向核-液界面；y轴与内核表面切线一致，方向指向北方；x’轴与垂直于地轴
的圆盘平面一致，方向由地轴指向核-幔界面；y’轴与地轴平行，方向指向北方。
所以，液态外核物质，除做向地轴运动之外，还做向地极运动。这样，地核赤道处的物质越来越少，而地核两极处的物质却越来越多。因为和液态外核相界的内地幔为刚性相当强的固态物质，不易产生形变，所以，地核赤道处的物质越来越少，压力也就越来越小。因为地球内部物质的固、液态性由该物质的熔点、温度和压力共同决定，由于地核赤道处的温度没有变化，物质性质也没有变化（熔点未变），随着压力减小，物质的液态性加强，刚性减弱。相反，地核两极处的物质越来越多，压力增加。同样，温度和物质性质也没有发生变化，所以，地核两极处的物质的液态性减弱，刚性增强。这样，地核的刚性就不是一个以地心为中心的辐射对称，而成为一个赤道区域刚性较弱，而两极区域刚性较强的以地轴为轴的轴对称。这就是为什么内核地轴位置地震波速度增大，内核呈现各向异性[Kuznetsov, 2001; Clement and Stixrude, 1995; Souriau, et. al., 2003; Giardini, et. al., 1987; Deuss, et. al., 2000]的原因。地核的这种性质变化，随着地核相对于地幔的自转速度变化的减弱而减弱。当地核的自转速度和地幔一致时，这种性质的变化也将逐渐消失，这时，地核的刚性，又将变成以地心为中心的辐射对称。
因赤道处物质做向轴、向极运动时，本身又在相对地幔自西向东自转。这样，就呈图5（a，b）所示的向轴、向极螺旋运动。就好像相对地幔加快自转的固态内核带动液态外核做向轴、向极螺旋运动一样（见图5，a，b）。这已得到实验室结果证实[Aurnou, et. al., 2003]。
图5. 地核相对于地幔自转加快时，液态外核物质的运动及相应电流形成示意图。a，自赤道面横切的地核剖面北面观，示地核液态外核物质的向地轴螺旋运动情况；b自赤道面处将地幔切开，露出北半球地核的球面观，示液态外核物质的向地轴、向地极螺旋运动；c自赤道面横切的地核剖面北面观，示地核液态外核物质运动导致的电流离地轴螺旋流动；d，自赤道面处将地幔切开，露出北半球地核的球面观，示液态外核物质导致的电流的离地极、离地轴螺旋流动。A，部分固态地幔；B，液态外核物质的运动方向或电流方向；C，固态内核；D，液态外核；E，地心；F，地轴。
由图3 （a，b）可知，地球自转变慢时，由于地核外地磁场的作用，感生电动势为地轴为正，核、幔界面处为负。因为越接近地核赤道处的地核半径越长，所以，这里的感生电动势越大，越接近地轴处的地核的半径越小，所产生的感生电动势也就越小。当液态外核带负电的物质做向轴、向极的螺旋运动时，就产生方向和物质运动方向相反的螺旋电流（因为是带负电的物质流动）（见图5，c，d）。这种螺旋电流，就相当于以地轴为中空管的螺旋管。当电流在螺旋管中流动时，肯定会产生磁场。根据右手螺旋管定则，四指的方向，指向电流螺旋的方向（见图5，c，d），大姆指所指的方向，就是螺旋管的磁场的N极。这样，就形成地理南极为N极，地理北极为S极的地核螺旋管磁场。这说明，当地球自转减慢时，地核磁场的方向和地核外磁场方向一致。因为地核磁场和地核外磁场的方向一致，这就增强了感生电流产生的磁场，也就增大了感生电流的强度，从而达到自激作用。这样，整个地球的磁场越来越强，达到现今的或更大的地磁场的强度，形成地磁场。
4.2 地球自转加快时地核螺旋管磁场及地磁场的形成
地球自转加快时，地核相对地幔自转减慢，液态外核物质的运动情况，和地球自转减慢时的基本原理相似，只是情况刚好相反，如：
W 当地球自转速度增大，而地核由于惯性作用，仍保持原来的自转速度变化不大。这样，以赤道面为例，自核、幔界面至地核内液、固界面处，自转速度越来越慢，固态内核的自转速度最慢。越是外层外核，ω减小越少，ΔF也就越小；越是内层外核，ω减小越大，ΔF也就越大。这样，因为重力不变，而需要的向心力增大，而重力不能提供足够的向心力，液态外核物质将产生离地轴运动。 当外核液态物质离地轴运动时，遇到固态的内地幔的阻挡，受力情况见图5。由图5，a可见，当向轴力F作用于固态内核的O点时，可以分解为在x轴和y轴方向上的F2和F1。因为F2和固态内地幔对液态外核的反作用力大小相等，方向相反，它们正、负抵消。所以，F受到固态内地幔的作用，将转化为F1。 F1=F×Sinα （15） （α为x轴和赤道面的夹角）。 一旦这个F1产生，可将其分解为x’轴和y’轴方向上的F3和F4。在这个F4的作用下，液态外核物质将做向赤道面运动（见图6，b）。向极力F4的大小由离轴力和该点所在半径与赤道面的夹角的大小来决定： F4= F1×Cosα （16） = F×Sinα×Cosα （17） 同样，因为α大小在0o-90o之间，Sinα的大小随x轴与赤道面的角度增大而增大；随x轴与赤道面的角度减小而减小。当α=0o时，即当该点位于赤道面