基本介紹
- 中文名：海洋學
- 外文名：Oceanography
- 海洋總面積：約3.6億平方公里
- 最大深度：11,033米
- 均深度：約3800米
學科簡介,簡史,研究特點,分支學科,
學科簡介
全球，約占地表總面積的71%。全球海洋的平，。全球海洋的容積約為13.7億立方公里，占地球總水量的97%以上。如果地球的地殼是一個平坦光滑的球面，那么就會是一個表面被2600多米深的海水所覆蓋的“水球”。
由於海洋本身的整體性、海洋中各種自然過程相互作用的複雜性和主要研究方法、手段的共同性而統一起來，使海洋科學成為一門綜合性很強的科學。在太陽系的行星中，地球處於“得天獨厚”的位置。地球的大小和質量、地球與太陽的距離、地球的繞日運行軌道以及自轉周期等因素相互的作用和良好配合，使得地球表面大部分區域的平均溫度適中(約15℃)，以致它的表面同時存在著三種狀態(液態、固態和氣態)的水，且絕大部分是以液態海水的形式形成一個全球規模的含鹽水體——世界大洋。因此，我們的地球又稱為“水的行星”。
海洋學
海洋學世界海洋每年約有50.5萬立方公里的海水在太陽輻射作用下被蒸發，向大氣供應87.5%的水汽。從海洋或陸地蒸發的水汽上升凝結後，又作為雨或雪降落在海洋和陸地上。陸地上每年約有4.7萬立方公里的水在重力的作用下，或沿地面注入河流，或滲入土壤形成地下水，最終注入海洋，從而構成了地球上周而復始的水文循環。
海水是—種含有多種溶解鹽類的水溶液。在海水中，水占96.5%左右，其餘則主要是各種各樣的溶解鹽類和礦物，還有來自大氣中的氧、二氧化碳和氮等溶解氣體。世界海洋的平均含鹽量約2.5%，而世界大洋的總鹽量約為4.8億億噸。假若將全球海水裡的鹽分全部提煉出來，均勻地鋪在地球表面上，便會形成厚約40米的鹽層。
目前在海水中已發現的化學元素超出80種。組成海水的化學元素，除了構成水的氫和氧以外，絕大部分呈離子狀態，主要有氯、鈉、鎂、硫、鈣、鉀、溴、碳、鍶、硼、氟等11種，它們占海水中全部溶解元素含量的99%；其餘的元素含量甚微，稱為海水微量元素。
由於水具有很高的熱容量，因此世界海洋是大氣中水汽和熱量的重要來源，並參與整個地表物質和能量平衡過程，成為地球上太陽輻射能的一個巨大的儲存器。在同一緯度上，由於海陸反射率的固有差異，海面單位面積所吸收的太陽輻射能約比陸地多25～50%。因此，全球大洋表層海水的年平均溫度要比全球陸地上的平均溫度約高10℃。
溶解于海水中的氧、二氧化碳等氣體，以及磷、氮、矽等營養鹽元素，對海洋生物的生存極為重要。海水中的溶解物質不僅影響著海水的物理化學特徵，而且也為海洋生物提供了營養物質和生態環境。
由於太陽輻射能在地球表面上分布的固有差異，赤道附近的水溫顯著地高於高緯度海區，因此，在海洋中導致暖流從赤道流向高緯度、寒流從高緯度流向赤道的大尺度循環。從而引起能量重新分布，使得赤道地區和兩極的氣候不致過分懸殊。
海面蒸發產生的大量水汽，可被大氣環流及其他局部空氣運動攜帶至數千公里以外，重新凝結成雨雪降落到所有大陸的表面，成為地球表面淡水的源泉。由此可見，海洋對全球天氣和氣候的形成，以至地球表面形態的塑造都有深遠的影響。
海洋中的動物約16～20萬種，植物一萬多種。海洋中的生物，如同整個生物圈中的生物一樣，絕大多數直接地或間接地依賴於光合作用而生存。海洋生物由海洋光合植物、食植性動物和食肉性動物逐級依賴和制約，組成了海洋食物鏈。
海洋作為一個物理系統，其中發生著各種不同類型和不同深度的海水運動和過程，對於海洋中的生物、化學和地質過程有著顯著的影響。海水運動按其成因，大致分為：海水密度變化產生的“熱鹽”運動，如海面蒸發、冷卻和結冰，以及海水混合等；海面風應力驅動形成的風生運動，如風海流和風生環流等；天體引力作用產生的潮汐運動；海水運動速度切變產生的湍流運動；各種擾動產生的波動，如風浪、慣性波和行星波等。
海洋是生物的生存環境，海水運動等物理過程會導致生物環境的改變。因此，不同的流系、水團具有不同的生物區系和不同的生物群落。海水運動或波動是海洋中的溶解物質、懸浮物和海底沉積物搬運的重要動力因素，因此，海洋中化學元素的分布和海洋沉積，以及海岸地貌的塑造過程都是不能脫離海洋動力環境的。反過來，海水的運動狀況也與特定的地理環境、化學環境有關。這就是海洋自然環境的統一性的具體表現。
大洋地殼作為全球地殼的一個結構單元，具有不同於大陸地殼的一系列特點。陸殼較輕、較厚，比較古老；洋殼較重、較薄(缺失花崗岩層)，相對年輕。在地殼的均衡作用下，陸殼質輕而浮起，洋殼質重而深陷。地球之所以存在著如此深廣的海洋，是與洋殼的物質組成有關的。
由於海水的覆蓋，海底地殼是難以直接觀察的。近半個世紀以來，深海考察發現了海洋中有深度超過萬米的海溝，長達上千公里的斷裂帶以及眾多的海山：而給人印象最深的是存在著一條環繞全球、縱貫大洋盆地、延伸達80000公里的水下山脈體系。這條水下山脈縱貫大西洋和印度洋的洋盆中部，所以稱為大洋中脊。在大洋中脊頂部發育有一條被斷裂帶錯開的縱向的大裂谷，稱為中央裂谷。
海洋科學研究的目的，就在於通過觀察、實驗、比較、分析、綜合、歸納、該繹以及科學抽象方法，去揭示這個系統的結構和功能，認識海洋中各種自然現象和過程的發展規律，並利用這些規律為人類服務。
簡史
人類認識海洋的歷史，是在沿海地區和海上從事生產活動開始的。古代人類已具有關於海洋的一些地理知識。但直到19世紀70年代，英國皇家學會組織的“挑戰者”號完成首次環球海洋科學考察之後，海洋學才開始逐漸形成為一門獨立的學科。20世紀50～60年代以後，海洋學獲得大發展，形成為一門綜合性很強的海洋科學。
從古代到18世紀末是海洋知識的積累時期，也是海洋學萌芽時期。
在科學不發達的古代，人們對海洋自然現象的認識和探索，主要依靠很不充分的觀察和簡單的邏輯推理。雖然當時只限於直觀地、籠統地把握海洋的一些性質，但也提出了不少精彩的見解。例如，公元前7～前6世紀古希臘的泰勒斯認為，水是萬物的本源，而大地則浮在浩瀚無際的海洋之中。公元前11～前6世紀中國的《詩經》中，已有江河“朝宗于海”的記載。公元前四世紀，古希臘思想家中知識最淵博的亞里士多德在《動物志》中，已描述和記載170多種愛琴海的動物。公元一世紀，中國東漢王充曾科學地指出了潮汐運動和月亮運行的對應關係。
從15世紀到18世紀末，自然科學和航海事業的發展，促進了海洋知識的積累。這時的海洋知識以遠航探險等活動所記述的全球海陸分布和海洋自然地理概況為主。1405～1433年中國明朝鄭和率領船隊七次橫渡印度洋；1492～1504年義大利航海家哥倫布4次橫渡大西洋，併到達美洲；1519～1522年葡萄牙航海家麥哲倫等完成了人類歷史上第一次環球航行；1768～1779年英國庫克在海洋探險中最早進行科學考察，取得了第一批關於大洋表層水溫、海流和誨深以及珊瑚礁等資料。
海洋學相關圖書
海洋學相關圖書這些活動和成果，不僅使人們弄清了地球的形狀和海陸分布的大體形勢，而且直接推動了近代自然科學的發展，為海洋學各個主要分支學科的形成奠定了基礎。如1670年英國玻意耳研究海水含鹽量和海水密度的變化關係，開創了海洋化學研究；1674年荷蘭列文虎克在荷蘭海域最先發現原生動物；1687年，英國牛頓用引力定律解釋潮汐，奠定了潮汐研究的科學基礎；1740年瑞士科學家貝努利提出潮汐靜力學理論；1772年法國拉瓦錫首先測定海水成分；1775年法國拉普拉斯首創大洋潮汐動力學理論，等等。
19世紀初到20世紀中，機器大工業的產生和發展，有力地促進了海洋學的建立和發展。
英國科學家、生物進化論的創始人達爾文在1831～1836年隨“貝格爾”號環球航行，對海洋生物、珊瑚礁進行了大量研究，於1842年出版《珊瑚礁的構造和分布》，提出了珊瑚礁成因的沉降說；於1859年出版《物種起源》，建立了生物進化理論。
1925～1927年，德國“流星”號在南大西洋的科學考察，第一次採用電子回聲測深法，測得七萬多個海洋深度數據等資料，揭示了大洋底部並不是平坦的，它像陸地地貌一樣變化多端。同時，海洋物理學、海洋化學、海洋地質學和海洋生物學等各基礎分支學科的研究也取得顯著進展，發現和證實了一些海洋自然規律。
1957年，海洋研究科學委員會(SCOR)和1960年政府間海洋學委員會(IOC)的成立，促進了海洋科學的迅速發展。美國的深潛器“的里雅斯特2”號1960年曾深潛到10919米的海洋深處，美國核潛艇“鸚鵡螺”號1950年從冰下穿越北極，表明海洋的任何部分都能為人類所征服。但是，1963年美國潛艇“脫粒機”號和1960年“蠍子”號失事，全體乘員喪生，又從反面證明海洋環境仍然是難以掌握的。事實上，從技術的角度來說，人類要在深海海底上行走比在月球上漫步還要困難。
海洋科學各分支學科之間、海洋科學和相鄰基礎科學之間的相互結合、相互滲透，並逐步形成了一系列跨學科的有高度綜合性的研究課題。例如，海洋-大氣相互作用和長期氣候預報、海洋生態系統、海洋中的物質循環和轉化、洋底構造以及有關海洋與地球的起源，海洋生命起源這樣一些根本問題。
深海鑽探和海洋地球物理探測技術的發展，使海洋科學(特別是海洋地質學)以及地球科學的研究方法和理論出現新的突破。例如，被譽為20世紀地球科學最重大成就之一的板塊構造理論，主要就是通過對海洋地質和地球物理探測成果的研究建立起來的。
20世紀60年代以來海洋科學中所有的重大進展都同新的觀測儀器、研究手段和方法的研製成功，以及廣泛而密切的國際合作有關。例如，卓有成效的海洋觀測，數據傳輸、處理系統的套用，航天遙感、遙測技術和水聲技術的套用，國際地球物理年、國際印度洋考察、黑潮及鄰近水域的合作研究、國際海洋考察十年、全球大氣研究計畫大西洋熱帶實驗、深海鑽探計畫，以及世界(海洋科學)資料中心的建立等國際性海洋科學合作研究。
研究特點
海洋科學具有明顯的區域性特徵，即使是同一區域，海洋、水文、化學要素及生物分布也是互相各異、多層次性的。因此，很難在實驗室里對各類海洋現象和過程，以及它們之間的相互作用進行精細的實驗，也不能只靠數學分析和數學模擬來進行研究，而是要充分利用科學設備在自然條件下進行觀察研究。
直接的觀察研究，既為實驗室研究和數學研究的模式提供確切的可靠資料，又可以驗證實驗室和數學方法研究結論的可靠性。因此，在自然條件下進行長期的、周密的、系統的海洋考察是海洋科學研究的基本方法。
20世紀60年代以來，海洋科學的發展表明，幾乎所有主要的重大進展都和新的觀察實驗儀器、裝備的建造，新的技術的發明和套用，觀察實驗的精度，以及數據處理能力的提高有緊密關係。例如，浮標觀測技術、航天遙感技術和計算技術的套用，促成了關於海洋環流結構、海-氣相互作用、中尺度渦旋、鋒區、上升流、內波和海洋表面現象等理論和數值模型的建立；回聲測深、深海鑽探、放射性同位素和古地磁的年齡測定、海底地震和地熱測量等新技術的興起和發展，對海底擴張說和板塊構造說的建立作出了重要貢獻。
海洋科學的觀察主要是在自然條件下進行的，因而受到自然條件的限制。各種海洋現象和過程，有的“時過境遷”，有的“浩瀚無際”，有的因時間尺度太長，短時間的觀測資料不足以揭示其歷史演變規律。加之其中各種作用相互交叉、隨機起伏，因此在自然條件下的觀察只能獲得關於海況的一些片斷的、局部的信息。即使獲得某一海區近百年的海況和海洋生物種群動態的觀測序列，那也只是整個海洋生態環境和生物種群動態總體中的一個小小的樣本。
分支學科
海洋科學研究和科學理論呈現出日益增強的整體化趨勢。隨著海洋科學的發展，揭示的海洋現象越來越多，因此學科的劃分也就越來越細，研究領域也越來越廣。近幾十年來對海洋現象和過程的深入研究發現，各分支學科之間是彼此依存、相互交叉、相互滲透的，每一分支學科只有在整個海洋科學體系的相互聯繫中才能得到重大發展。
現代海洋科學的研究體系，大體可以分為基礎性學科研究和套用性技術研究兩部分。基礎性學科是直接以海洋的自然現象和過程為研究對象，探索其發展規律。套用性技術學科則是研究如何運用這些自然規律為人類服務。
海洋中發生的自然過程，按照內秉屬性，大體上可分為物理過程、化學過程、地質過程和生物過程四類，每一類又是由許多個別過程所組成的系統。對這四類過程的研究，相應地形成了海洋科學中相對獨立的四個基礎分支學科：海洋物理學、海洋化學、海洋地質學和海洋生物學。
海洋生物學是研究海洋中一切生命現象和過程及其規律的學科，主要研究海洋中生命的起源和演化，海洋生物的分類和分布、形態和生活史、生長和發育、生理和生化、遺傳，特別是生態的研究，以闡明海洋生物的習性和特點與海洋環境之間的關係，揭示海洋中發生的各種生物學現象及其規律，為開發、利用和發展海洋生物資源服務。海洋生物學包括生物海洋學、海洋生態學等分支學科。
另一方面，海洋科學的研究，特別是在早期，具有明顯的自然地理學方向，著重於從自然地理的地帶性和區域性的角度研究海洋現象的區域組合和相互聯繫，以揭示區域特點、區域環境質量、區域差異和關係，形成了區域海洋學。
由於現代科學技術發展很快，海洋資源開發技術與日俱新，因此需要專門研究如何把基礎理論研究成果套用到實踐中去，解決生產技術問題。這樣，在海洋科學研究中就逐漸分化出一系列技術性很強的套用學科和專業技術研究領域。
如海洋工程，它始於為海岸帶開發服務的海岸工程。到了20世紀後半期，世界人口和經濟迅速增長，人類對蛋白質和能源的需求量也急劇增加，因此海洋工程又增加了深海採礦、經濟生物的增養殖、海水淡化和綜合利用、海洋能的開發利用、海洋水下工程、海洋空間開發等內容。
但是，如同其他自然科學研究一樣，任何學科分類和體系都不是最終的封閉系統，隨著對海洋研究的深化和擴展，海洋科學的學科分類和體系將不斷地有所更新和發展。
海和洋的區分
洋，是海洋的中心部分，是海洋的主體。世界大洋的總面積，約占海洋面積的89%。大洋的水深，一般在3000米以上，最深處可達1萬多米。大洋離陸地遙遠，不受陸地的影響。它的水溫和鹽度的變化不大。每個大洋都有自己獨特的洋流和潮汐系統。大洋的水色蔚藍，透明度很大，水中的雜質很少。世界共有4個，即太平洋、印度洋、大西洋、北冰洋。
海，在洋的邊緣，是大洋的附屬部分。海的面積約占海洋的11%，海的水深比較淺，平均深度從幾米到二三千米。海臨近大陸，受大陸、河流、氣候和季節的影響，海水的溫度、鹽度、顏色和透明度，都受陸地影響，有明顯的變化。夏季，海水變暖，冬季水溫降低；有的海域，海水還要結冰。在大河入海的地方，或多雨的季節，海水會變淡。由於受陸地影響，河流夾帶著泥沙入海，近岸海水混濁不清，海水的透明度差。海沒有自己獨立的潮汐與海流。海可以分為邊緣海、內陸海和地中海。邊緣海既是海洋的邊緣，又是臨近大陸前沿；這類海與大洋聯繫廣泛，一般由一群海島把它與大洋分開。我國的東海、南海就是太平洋的邊緣海。內陸海，即位於大陸內部的海，如歐洲的波羅的海等。地中海是幾個大陸之間的海，水深一般比內陸海深些。世界主要的海接近50個。太平洋最多，大西洋次之，印度洋和北冰洋差不多。
海洋的形成
海洋是怎樣形成的？海水是從哪裡來的？
對這個問題目前科學還不能作出最後的答案，這是因為，它們與另一個具有普遍性的、同樣未徹底解決的太陽系起源問題相聯繫著。
現在的研究證明，大約在50億年前，從太陽星雲中分離出一些大大小小的星雲團塊。它們一邊繞太陽旋轉，一邊自轉。在運動過程中，互相碰撞，有些團塊彼此結合，由小變大，逐漸成為原始的地球。星雲團塊碰撞過程中，在引力作用下急劇收縮，加之內部放射性元素蛻變，使原始地球不斷受到加熱增溫；當內部溫度達到足夠高時，地內的物質包括鐵、鎳等開始熔解。在重力作用下，重的下沉並趨向地心集中，形成地核；輕者上浮，形成地殼和地幔。在高溫下，內部的水分汽化與氣體一起衝出來，飛升入空中。但是由於地心的引力，它們不會跑掉，只在地球周圍，成為氣水合一的圈層。
位於地表的一層地殼，在冷卻凝結過程中，不斷地受到地球內部劇烈運動的衝擊和擠壓，因而變得褶皺不平，有時還會被擠破，形成地震與火山爆發，噴出岩漿與熱氣。開始，這種情況發生頻繁，後來漸漸變少，慢慢穩定下來。這種輕重物質分化，產生大動盪、大改組的過程，大概是在45億年前完成了。
地殼經過冷卻定形之後，地球就像個久放而風乾了的蘋果，表面皺紋密布，凹凸不平。高山、平原、河床、海盆，各種地形一應俱全了。
在很長的一個時期內，天空中水氣與大氣共存於一體；濃雲密布。天昏地暗，隨著地殼逐漸冷卻，大氣的溫度也慢慢地降低，水氣以塵埃與火山灰為凝結核，變成水滴，越積越多。由於冷卻不均，空氣對流劇烈，形成雷電狂風，暴雨濁流，雨越下越大，一直下了很久很久。滔滔的洪水，通過千川萬壑，匯集成巨大的水體，這就是原始的海洋。
原始的海洋，海水不是鹹的，而是帶酸性、又是缺氧的。水分不斷蒸發，反覆地形雲致雨，重又落回地面，把陸地和海底岩石中的鹽分溶解，不斷地匯集於海水中。經過億萬年的積累融合，才變成了大體勻的鹹水。同時，由於大氣中當時沒有氧氣，也沒有臭氧層，紫外線可以直達地面，靠海水的保護，生物首先在海洋里誕生。大約在38億年前，即在海洋里產生了有機物，先有低等的單細胞生物。在6億年前的古生代，有了海藻類，在陽光下進行光合作用，產生了氧氣，慢慢積累的結果，形成了臭氧層。此時，生物才開始登上陸地。
總之，經過水量和鹽分的逐漸增加，及地質歷史上的滄桑巨變，原始海洋逐漸演變成今天的海洋。
