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葡萄牙锡尼什附近波涛汹涌的海面。
新加坡港的航运
海洋对人类发展和贸易很重要,比如全球最繁忙的转口港新加坡
中国的珠江三角洲有着世界上最繁忙的几个港口,海洋在人类的发展和贸易中扮演了极其重要的角色

是由大量咸水组成的水体,其受陆地全部或局部地围绕。[1]广义上的海则是指由地球海洋咸水水域组成的互联系统,一般把它看待为一整个世界洋,或是由几个分开的大洋组合而成。大海对地球的气候起到缓冲作用,且在水循环碳循环,以及氮循环中扮演着重要的角色。虽然人类从史前时代就开始在大海中旅行探索未知的海域,不过现代海洋学研究从19世纪70年代英国挑战者号远征才开始。[2]一般而言,它最多分为五个大洋,当中包含国际海道测量组织的四个指定大洋[3]大西洋太平洋印度洋,和北冰洋) ,以及南冰洋[4]较小的次要海区,比如地中海,则一般以“”命名。与大洋相比,海并没有独立的潮汐以及海流

由于大陆漂移北半球现在的陆地和海洋之间的比例较为平均(约为2:3),但南半球绝大多数的地方都受海洋所覆盖(1:4.7)。[5]开放水域的盐度(盐类物质的质量)则一般在3.5%左右,尽管此一数值可在较为接近内陆的水域、大河口英语list of rivers by discharge附近,以及深海中发生更大的变化。开放水域的溶解物质中,以氯化钠为最多,约占全部溶解物质的85%。由于海洋中各区域盐分及温度有差异,因而产生温盐环流海流的形成归因于受风和潮汐蕴藏的能量所推动的海浪,局部海平面的变化则是因月球太阳引力所致:这些的方向都会受到地球表面海底的大陆块,以及地球的自转科里奥利力)所影响。

陆地向海平面下延伸形成大陆架,为海洋接近陆地的浅海区域,大陆架海域富含养分,为多样海洋生物之栖息地,并供给人类大量食物—主要为鱼类,并有甲壳类水生动物英语shellfish海洋哺乳动物海藻—透过野生捕捞水产养殖获取。大型热带珊瑚礁的生物多样性相当高,深海海域捕鲸业曾相当发达英语history of whaling,随着的数量大幅减少促使国际上签署条约限制捕捞国际捕鲸委员会于1986年起禁止大多数商业捕捞。海洋中的生物并非仅生长在阳光照射的到的水域,即使在海底深处,压力很大的超深渊带也有生物,其营养来源来自深海热泉,形成独特的生态系统,这类生物称为嗜极生物。在无生源论中,生命起源可能是来是海洋,海洋微生物席符合地球大气大氧化事件,而动物及植物的起源也都来自海上。

海洋对人类贸易旅游矿物开采能源生产等方面均相当重要,亦为战争的场域。位于海岸的城市可能受地震火山活动造成的海啸影响,热带海域为热带气旋台风气旋的活跃区域。海洋对于人类文化产生重要影响,从早期神话里的水神荷马史诗,再到哥伦布大交换引发的巨大转变,从海葬松尾芭蕉俳句再到超现实主义的海洋艺术英语marine art;以及《苏格兰的牢骚英语The Complaynt of Scotland》中船夫号子激励人心的音乐到尼古拉·安德烈耶维奇·里姆斯基-科萨科夫的《舍赫拉查达》再到张惠妹的《听海》。海上的休闲活动包括游泳潜水冲浪帆船运动等。但随着人口增加工业化精耕细作造成现今的海洋污染,海洋因吸收大气中增加的二氧化碳,导致PH值下降,即海洋酸化海洋资源共享造成过度捕鱼的问题仍在增加。

命名和辞源

中文中“海”字出现极早,在先秦文献中多有出现,如 《诗经·小雅·沔水》有“沔彼流水,朝宗于海”。青铜器铭文中也有发现,如1930年在河南汲县出土的西周早期青铜器小臣誺簋的铭文中既出现了“海”字[6]

英文词汇Sea即“海”可以追溯到古英语。由中古英语开始,表示广义意思时需要加上冠词[4]。而英文词汇Ocean即“洋”则可追溯到古希腊语中表示环绕大地的大洋神Ὠκεανός,一般汉译为“俄刻阿诺斯”。

定义

地球上的海洋及其各部分的联系

海是指地球上与相互连接的水域系统,包括国际海道测量组织命名的四个大洋[3]——大西洋太平洋印度洋北冰洋—和南冰洋及其所包含的水域[4]

纵然海比较细小(除了北大西洋环流产生的马尾藻海是个值得注意的例外[7](p90)),而且通常被比大陆为细小的陆地围绕[8]。海一般比湖泊大,盛载海水[9]。海洋学家对海还没有已被接纳的技术性定义[a]。在国际法中《联合国海洋法公约》列明所有海洋也属于“海”[13][b]

另外,世界各地也存在很多湖泊被以“海”来命名,如里海加利利海[9]死海什刹海洱海邛海等等。

物理学

照片“蓝色弹珠”,照片中可见印度洋大西洋,及非洲最南端的好望角

尽管火星拥有冰盖其他行星可能拥有海洋[15],但地球是已知唯一表面由液态水覆盖的行星[7](p22)。地球上的水的来源尚不明确。从太空遥望,地球像是一颗“蓝色弹珠”,水以海洋、冰盖云层等不同形态存在。[16]地球上海水体积为1,335,000,000立方千米(320,000,000立方英里),占地球水资源约97.2%英语Water distribution on Earth[17][c]并覆盖着地球70%以上的表面[7](p7),另有约2.15%的地球水资源以冰的形式存在,分布于北冰洋海冰、南极洲冰冠和南冰洋海冰,以及世界各地的冰川和表层沉积物中。其余约0.65%的水资源组成了地下水或处在水循环的各个阶段,包括人们在生活中所使用的淡水、空气中的水蒸气,慢慢地形成了云层,云层积累到一定厚度后产生落到地表,形成湖泊河流,最终流向大海。[17]海洋占据了地球如此大部分,以致于英国作家亚瑟·查理斯·克拉克曾记述“地球”(Earth)命名为“海球”(Ocean)会更好。[7](p7)

研究以及地球水循环科学称为水文学;而流体力学则探讨水运动时的物理现象;最近对于海的研究称作海洋学。其一开始是研究海流的流向[22],但目前其已涵盖了广泛且跨学科的主题[23],它的研究范畴包括探讨海水的特性;研究海浪潮汐,以及海流 ;测绘海岸线海床;并对海洋生物进行研究[24]。 研究海洋运动以及其力量的分支学科称为物理海洋学[25]海洋生物学则负责研究栖息于海洋生态系统的生物,包括但不限于植物。以上两者皆受到化学海洋学英语chemical oceanography的研究支持,它研究海洋内的化学元素分子的表现:特别是研究二氧化碳海水酸度增加中起了什么作用,以及海洋在碳循环中所扮演的角色。海洋地理学研究海洋的形态和状况,海洋地质学则为大陆漂移学说地球的组合方式及其构造提供证据,并使沉降的过程弄清,这门学问所获得的资料可用来协助人们研究火山作用地震[23]

海水

Global salinity map (Aug.–Sept. 2010 & 2011) produced by the ESA's Soil Moisture and Ocean Salinity satellite. Released 2012.
全球表层海水的盐度(2011年),从32(紫色)到38‰(红色)
35‰盐度的海水的溶质组分[26]
溶质 占海水比例
(质量,)
占总溶质
比例(%)
氯化物 19 .3 55 .0
10 .8 30 .6
硫酸盐 2 .7 7 .7
1 .3 3 .7
0 .41 1 .2
0 .40 1 .1
碳酸氢盐 0 .10 0 .4
溴化物 0 .07 0 .2
碳酸根 0 .01 0 .05
0 .01 0 .04
硼酸盐 0 .01 0 .01
氟化物 0 .001 < 0 .01
其他 < 0 .001 < 0 .01

海水都带有咸味,但不同水域的咸味程度(盐度)有所不同,约90%的海水每升溶解有34-35克的固体,盐度在3.4-3.5%之间[27]。为了准确描述较小的差异,海洋学家通常用千分比(‰)或千分率(ppt)来表示海水的盐度。北半球表层海水的盐度约为34‰,而南半球表层海水的盐度约为35‰[5]。海水中的溶质主要来自河流海底[28]。但世界海洋的溶质的组分是相似的[26][29]钠离子(Na)和氯离子(Cl)占溶质的85%左右。其他溶质包括金属离子镁离子(Mg),钙离子(Ca),而阴离子包括硫酸盐(SO₄)、碳酸根(CO₃)、溴离子等。由于海水的含盐量过高,所以即使在没有被污染的情况下,海水也不能直接饮用[d]。同样的,海水也不能在未经淡化的情况下用于灌溉大多数植物。经一定比例调配的人造海水常用于科学和科技领域。

海水盐度的变化受到众多因素的影响:海洋间的洋流、从河流和冰川流入的淡水、海冰的形成与融化、海水的蒸发降雨,海水的盐度还与温度,风,海浪互相影响。例如,波罗的海表层海水的盐度很低,约为10-15,这是因为北欧较低的气温令海水的蒸发量较小,且波罗的海有众多的流入河流,由于波罗的海和北海连接的海峡较窄,所以波罗的海的表层海水几乎不与寒冷,浓度较大底层海水混合[32]。与之相反的是位于撒哈拉沙漠阿拉伯沙漠之间的红海,海水的盐度平均约为40‰:蒸发量较高,沉淀较少;只有几条且多为季节性的流入河流;它和其他的海洋相连的通道-北面的苏伊士运河和南面的曼德海峡都十分狭窄[33]。地中海的海水盐度稍低,约为37‰。而部分内陆湖则有相当高的盐度,如死海盐度达300‰。

Annual mean sea surface temperature from World Ocean Atlas 2009.
全球海水的表面平均温度(2009年),从-2°C(紫色)到30°C(粉色)

海水的温度主要取决于所吸收的太阳辐射量。在阳光直射的赤道地区,表面海水的温度会超过30 °C(86 °F),而两极附近的海水的温度在冰点左右。海水中的所含溶质使得其凝固点低于纯净水,大约为为−1.8 °C(28.8 °F)。海水间温度的差异有助于海水连续不断的循环暖流在离开热带地区后温度下降,密度增加并逐渐下沉,在寒冷的深海海水回到海面前,海水再次回流到赤道地区。深海海水的温度在−2和5 °C(28和41 °F)之间[34]。零度以下海水会在表面开始形成冰晶。冰晶破碎成小块,然后融合成扁平的圆片,形成悬浮物,这便是所谓片冰英语frazil。若是风平浪静,片冰会冻结成为扁平的薄片,称为暗冰,如继续冻结加厚,暗冰就会沉入水底形成海冰。反之若水面波动,片冰会相互合并形成所谓“薄煎饼”(pancake)的扁平圆块。这些滑动的冰块相互覆盖,由此形成浮冰。在这一系列过程中,盐水和空气被封入冰中,暗冰在盐都12%–15%时形成,开始时呈灰黑色,但会逐渐变浅,一年之后便会呈蓝色,并含盐4%–6%[30][35]

Annual mean dissolved oxygen levels at the sea surface from World Ocean Atlas 2009.
全球海水表面平均含氧量(2009年),从0.15(紫色)到0.45(粉色)摩尔/每立方米

海水的透光量取决于阳光照射角度、当地天气及海水浊度到达海面的光线大多于表面即反射,阳光中被最表层几米的海水吸收;黄光及绿光则能到达较深处;蓝光及紫光更能穿透至1,000米(3,300英尺)深处。

海水的含氧量英语oxygen saturation主要取决于温度和海洋中的中的光合生物,特别是藻类浮游植物海草等生物。白天,它们通过光合作用产生的氧气溶解在海水中并被其他海洋生物所利用,海水在夜间的含氧量较低,而深海海水的含氧量更低。海平面200米以下地方,光线的强度不足以发生光合作用[36],因此海水的含氧量较低。在此以下,厌氧细菌分解沉到海底的有机物,产生硫化氢[37]全球变暖将会造成海水的含氧量降低[38],并加剧海水分层英语Stratification (water)[39]

海浪

A map of mean wave height for the period 3–12 Oct. 1992. NASA.
平均波高(1992),从0米(浅紫色)到6米(白色)。 注意在南部海洋的大浪。
Diagram of water molecules as waves pass
波浪通过时流体的运动。

海洋表面波,是在空气穿过水面时由摩擦力引发的振动。这种摩擦传递能量,并在垂直于风向的水中形成表面波。波的顶部被称为它的波峰,波的底部称为它的波谷;两个波峰之间的距离是波长。这些波是机械的:当它们接近时,一点处的水分子上升,当它们通过时,水分子下降,呈现出大致圆形的轮廓。 能量穿过表面,并不代表水本身的水平运动。海洋的海面状态由这些波浪的大小决定,这些波浪在开阔的海洋上取决于风速、风向和其在水面上的距离。最小的波称为毛细波。而长期而强烈的风推动波纹形成凸起、变大且不规则的波峰,称为海浪。当这些波的行进速率几乎可与风速匹配时,它们即达到最大高度,久而久之,它们自然地分离成具有共同波长和方向的长而强大的波。这些涌浪在咆哮西风带是特别常见的,那里有着连续不断的风。[40][41] 当风消逝时,由于水的表面张力,波纹容易消失,但是海浪和涌浪只是通过重力波和其他波干涉(相消干涉)的作用而缓慢减小。[40] 然而,相长干涉也可能导致超级巨浪(疯狗浪)比正常情况高得多。[42] 大多数波浪小于3米(10英尺)高,并且经常在强风暴时高度增加一倍或三倍; [43]近海建设如风电场和石油平台使用这些测量来计算他们设计的百年波。在记录中,疯狗浪的高度达到了25米(82英尺)以上。[44][45]

Diagram showing waves shoaling
当波浪进入浅水时,它们会减慢并且振幅(高度)增加。

随着海浪接近陆地并进入浅水,它的表现会有所变化。如果以一个角度接近,波浪可能变弯或者包住岩石和岬角。当波到达其最深的振荡分子接触海床的点时,摩擦开始将其减缓。这使得波峰更靠近在一起并且增加波浪的振幅。当波的振幅与波长的比率超过1:7时,它会“破裂”并翻倒在大量的水沫中。[42] 在重力的影响下,它在退回海中之前会向上冲入海滩。[40]

发生在泰国的海啸
2004印度洋海啸使泰国受海浪肆虐,估计在泰国有8,000人丧生,在印度洋周边各处还有220,000人丧生。[46]

海啸

海啸是一种非常规的海浪运动,通常是由于突发的剧烈水下活动——如地震山体滑坡陨石撞击火山爆发而引发。这些活动可以临时地使受影响区域的海平面抬升或下降几英尺,这些活动释放的巨大能量转化为使海水位置移动的势能储存在海水中,而后转化为使海水运动的动能产生波浪。这些波浪以与海水深度的平方根成正比的速度向外扩散,因此海啸在远离大陆的海洋上的传播速度比在大陆架上的传播速度快得多[47]

在远离大陆的海洋中,虽然海啸以超过970千米每小时(600英里每小时)[48]的速度往外扩散,海啸波浪的波长达到130至480千米(81至298英里),但是波幅通常只有小于1米(3.3英尺)[49]。而在同样的区域,一般常规海浪通常的传播速度不会超过105千米每小时(65英里每小时)而且波长只有几百英尺,但是这些海浪的波幅却可能高达14米(46英尺),因此这个区域的海啸通常会在未被察觉的情况下往外传播着[49]海啸预警系统不能只依靠海啸波浪的波幅大小来监测海啸,它需要依靠对地震波的监测来进行海啸预警。因为地震波会以比海啸传播速度快得多的速度——大约每小时14,400千米(8,900英里)的速度传播,所以对地震波进行监测可以使对受海啸威胁地区进行海啸预警成为可能[50]。当监测到地震波时说明发生了地震,然后根据海平面监测站网络对海洋水面高度的监测数据进行计算去确认或取消相应的海啸预警[51]

位于日本冲绳的海啸警告标志。红色表示发生海啸时该区域会非常危险。

在向外传播的过程中,海啸的能量通常散失得很慢,但是这些能量会随着传播分散到海啸的波前。因为海啸是以海啸发生起点为圆心向外传播,这必然导致海啸的波前越来越长,这样在波前平均积蓄的能量会不断减弱,所以海岸线上通常只会被比较弱的海啸海浪所冲击。但是值得注意的是,因为这些海啸的传播速度是与海水深度有关的,由于在传播路径上海底地形不一,所以海啸在各个方向上向外的传播速度不一,这必然造成波前不可能是标准圆形,这种被称为折射作用会使海啸波前的能量分布不一——在某些地方聚集能量强化海啸同时在某些地方削弱能量弱化海啸[52][53]

就像是其他海浪一样,海啸传播到岸边变成浅波时由于海水深度变浅,因此海啸的速度会减慢,所积蓄的能量从动能转变回势能使海啸波浪的波幅增大形成巨浪[49]。当海啸传播到海岸时,有可能是海啸的波槽或波峰两者之一首先袭击岸边[47]。如果是波槽首先到达,那么通常会出现海水倒退的现象,显露出平常难以见到的潮湿区域[54]。当波峰到达岸边时,波峰通常不会解体反而会往内陆继续冲击并使冲击路径被海水淹没,海啸的破坏力通常就体现在这些海水上,它们不但会冲击大陆使大片陆地淹没,同时这些海水还会带着被淹没的人及物品倒流回大海中。

一些海啸可以是由于单一的地质活动而引起的,这种情况下,首波通常并不是最大最具破坏力的,更具破坏力的后续海啸波浪通常会晚大概八分钟到两小时左右到达[47]。部分情况下,海啸会在浅海湾或者出海口的地方变成大潮英语tidal bore[48]

潮汐

地球上距离月球最近以及最远的部分所产生的满潮(High Tide)。

地球上的大部分地方每天都会有两次满潮,间隔大约为12小时25分钟。此时间恰好是地球自转一周,加上月球运行到相对观测者同一位置时所需时间之和的一半。月球质量是太阳的2700万分之一,而地月距离是日地距离的400分之一[58]。因为潮汐力随着距离的增加衰减得较快,所以月球对地球的潮汐影响大约是太阳的两倍多[58]。地球上距离月球最近处的洋面由于受到较强的引力会出现隆起;地球背面受到的月球引力最弱,也会形成一个相似的隆起。这些隆起会像月球一样绕着地球旋转。太阳的引力影响则相对小得多,但在满月新月时,日月地处于同一直线产生的引力效应导致了大潮(spring tide)的出现。反之,当太阳与月球成90°角时,相对的引力效应就会减小,形成小潮(neap tide)[55]

潮汐的流动不仅有水的惯性限制,也受地形影响。例如,墨西哥湾的地形限制了海水的流动,每天只会发生一次涨落潮。内滨(或近岸水域)的潮汐则可能有复杂的日周期性,有的地方每日可能出现四次满潮。位于优卑亚岛哈尔基斯附近的尤里普斯海峡水流湍急,在一天之中常常出现四次忽然改变流向的情况(若月球与太阳成90度角,水流方向的改变甚至多达12次)[59][60]海湾或河口的漏斗状地形则会增大潮汐的规模。加拿大芬迪湾的春潮潮差可达16.3米(53英尺)[61]。虽然潮汐都是规律且可被预测的,但是满潮时的高度会因为离岸风而降低,也会因为向岸风而变高。反气旋中心的高压会造成反常的低潮,而低气压则可能产生反常的满潮[55]。当强风将海水推至水浅的海岸,配合低压系统,处于满潮的海面高度迅速上升,将产生风暴潮现象。1900年,德克萨斯州加尔维斯敦的一次强烈飓风英语1900 Galveston hurricane过境时,海面出现15英尺(5米)高的风暴潮,造成了超过3,500人死亡,3,636间房屋被毁的灾难。[62]

海流

Sea-surface density
海面平均海水密度从1020(浅紫色)到1028(浅粉红)千克立方米变化。

风吹过海面时会在空气和海面交界面上产生摩擦力,这摩擦力除了会形成海浪外同时也会导致表层海水随着风吹的相同方向流动。尽管地球上不同地方风向多变,但是一个地方的风向总是大体维持在一个方向上,这样海洋流向较为稳定的表层洋流就可以形成了。通常在中纬度地区以西风为主,而在赤道地区则以东风为主[63]。当海水以这种方式被移动,其他海水就会流动到这些被吹走的海水原来的位置上以填补空缺,以此形成了一种被称为“大洋表层环流系统”的海洋表层洋流循环运动系统。

地球上目前主要有五个大洋表层环流系统:两个在太平洋上(北太平洋环流南太平洋环流)、两个在大西洋上(北大西洋环流南大西洋环流)以及一个在印度洋上(印度洋环流)。 这些洋流的流向同时受着大陆海岸地形、风向以及科里奥利力的影响,如在科里奥利力作用下,北半球的表层洋流多呈现顺时针流向,而南半球的表层洋流多呈现逆时针流向,目前这些洋流遵循它们各自的流动方向流动已上千年。

从低纬度地区流向高纬度的洋流水温通常较暖,称之为暖流;反之从高纬度地区流向低纬度的洋流水温同城较冷,称之为寒流。这些暖流和寒流影响着地球的气候,寒流使低纬度地区降温而暖流使高纬度地区升温[64]。全球气候和天气的极大程度上受着海洋的影响,因此在对全球气候建模时需要运用到海洋环流模型英语List of ocean circulation models以及其他一些主要构件的模型——如大气模型、地表模型、气溶胶模型及大海冰层模型等[65]。海洋模型的研究主要是运用物理学地球物理学以及流体力学去描述液体的大规模流动规律(如海洋洋流)[66]

地球海表洋流图
海表洋流:红色——暖流,蓝色——寒流

表层洋流只对海洋表面上层几百米的海水有影响,但是在海洋深处也存在着海水的大规模流动,在全球海洋范围循环流动的主要深层海洋环流是温盐环流(又称输送洋流或全球输送带)。但是这个环流系统的循环流动较慢,它的流动主要依靠的是海水的温度和盐度差导致的海水密度差所驱动。[67]。在高纬度地区,海水被较低的气温降温并且随着结冰过程使海水的盐度增加,这两项因素都导致海水密度增加(值得注意的是,不像一般淡水,海水并不是在4℃是密度最大而是随着温度下降密度不断增大直到大概-2℃的冰点[68])从而使海水往下流动,这些下沉的冷海水从格林兰附近的深海往南沿着大西洋两岸的陆地间的深海流动。当它们流动到南极洲附近时,南极洲附近较冷、密度较高的下沉海水会加入他们一起往东流动,然后这些深层冷海水会分成两道海底的寒流分别往北流动到印度洋及太平洋,然后这些海水会逐渐变得暖和而密度降低,从而形成上升流回到海洋表层部分会随表面洋流回到大西洋从而形成环流,这些循环需要上千年才能完成[64]

简化的北大西洋深层水流动循环图,蓝色的线表示海底的寒流,红色的线代表海面的暖流

除了环流,在特定情况下还会出现一些临时性的海流。当海浪以一定角度到达岸边时,会产生一种与海岸线平行流动的沿岸流,这时海水会沿着海浪方向(与海岸线形成一定角度)涌升英语swash上海滩,然后因为重力作用会以沿着海滩斜面(通常与海岸线接近垂直)倒流英语swash#uprush_and_backwash到大海中,从而造成沉积物(泥土、淤泥、砂石和木屑等)以与海岸线形成的一定角度地沿海滩运输。冲上海岸的破碎浪越大则形成海滩越长,海浪的方向越斜(海浪浪峰线与海岸线形成的角度越大)则形成的沿岸流越强[69],这些海流会使大量沉积物移动从而形成沙咀、使沙滩消失或者水道淤积[64]

另一种临时性的海流是离岸流,海水随着海浪涌到岸边使海水堆积,而又因为海底地形作用使这些堆积的海水沿着海床中一条地势较低的通道回流到大海中时产生的,这种海流有可能会发生在沙洲或者人造设施(如防波堤)中间的缺口上。这些强势的海流在不同的地方可以在不同的潮汐状态时形成,其速度可以达到1米每秒(3.3英尺每秒)从而可以将泳客快速带离海岸边,往外海飘流[70]

还有当风将表层海水吹走使其远离海岸引起近岸下层海水上升以填补其空缺,这时就会形成临时上升流,这些下层较冷的海水通常富含营养物质可以使浮游植物繁荣生长提高海洋生态的生长能力[64]。同理,当风将表层海水吹走使其远离海岸时在远离海岸处则形成下降流。

海盆

三种不同的板块边界类型

对海底地形的研究主要是运用测深学测绘学的方法进行探测及研究,具体探测海盆深度的方法有:单或多波束回波探深仪空中镭射深度探测仪英语laser airborne depth sounder以及对卫星遥感数据的处理。这些海盆深度数据可以用来制定海底电缆、海底管道的铺设线路方案, 选择合适地点放置石油钻机或离岸风力涡轮机,以及寻找可能的新捕鱼点等[71]

地球的构成分为磁性的地核、大量的流体地幔以及硬刚性外壳——即岩石圈(包括了地壳以及在更深入位置主要是固体构成的地幔外壳)。在陆地下面的地壳被称为大陆地壳,而在深海下方的地壳则称为海洋地壳,后者主要由厚度大概为5至10千米(3.1至6.2英里)相对稠密的玄武岩组成。漂浮在更软更炙热的地幔上方相对薄的岩石圈被破碎成几个不同的构造板块[72]

在海洋中间,岩浆不断地从板块连接处的海床涌出从而形成洋中脊,同时这里的地幔对流会使两海洋板块分离。而平行于这些洋中脊离岸较近的地方,一海洋板块可能会以俯冲过程滑入另一海洋板块之下,从而形成海沟并伴随俯冲而产生板块的相互挤压与摩擦作用,这种板块的相互作用是地震产生的其中一个原因。 由于上层地幔的岩石发生减压融化,密度较小的岩浆涌出至海床表面,或者由于俯冲板块产生的挥发物使覆盖板块的熔点降低与上升,这两原因其中的任何一个都会形成海底火山。海底火山通常都经历着生长、活动、沉降至最后消亡的阶段,部分海底火山能够生长至高于水平面从而形成火山岛。而在海洋板块与大陆板块的边界,密度较大的海洋板块滑至大陆板块之下从而形成海沟,而上方的大陆板块会产生变形从而弯曲形成山并且带有地震活动[73][74]

地球上最深的海沟是在海床大概延伸了2,500千米(1,600英里)的马里亚纳海沟,它在马里亚纳群岛附近——西太平洋的一个火山群岛。虽然它的平均宽度只有68千米(42英里),但是它的最深处的深度达到海平面下10.994千米(6.831英里)[75]。另一条更长的海沟在秘鲁和智利的沿岸,长度约为5,900千米(3,700英里)而深度达到8,065米(26,460英尺),它的产生与海洋板块(纳斯卡板块)滑入大陆板块(南美洲板块)有关,这俯冲过程也造成了安第斯山脉的上升及其火山活动[76]

陆地和海交界的地带称为,而介于涨潮线及退潮线之间,海浪可及之处称为海滨海滩是布满或是碎石英语Shingle beach的海滨[77]岬角是一块伸出海面的陆地,较大面积的称为海岬。海岸线后退之处(特别是在二块岬角之间的)称为海湾(bay),若是较小的海湾,且有小的水道的会称为cove,若是较大的海湾,甚至大到可以形成海域的,会称为gulf[78]。海岸线会受到许多因素的影响,包括海浪到岸上的强度、陆地边缘的坡度、海岸岩石的成分及硬度、离岸部分地形的坡度,以及因为陆地局部隆起或是下陷造成的土地高度变化。一般而言,海浪每分钟冲击海岸六到八次,这种海浪称为冲积波英语constructive wave,侵蚀效果不强,多半会将沉积物冲积到海岸。若是有暴风,风浪会以频繁又连续的冲击海岸,这称为产生的海浪称为破坏波英语destructive wave,会将海岸的沉积物带走。在海浪的影响下,海滩上的砂和卵石会一起磨碎。在涨潮的时候,风暴的海岸崖脚的冲击也有破坏性的影响,因为冲击时会压缩裂缝和缝隙中的空气,当压力释放时,空气会迅速膨胀。同时砂和卵石撞击岩石也会有侵蚀的作用。上述的作用再加上其他的风化作用(例如降霜),都会切削海岸的悬崖。渐渐的海岸悬崖会后退,靠海部分会形成海岸平台,有保护作用,避免悬崖进一步受到海浪的侵蚀[77]

侵蚀海岸所产生的物质会随着和海岸平行的海流离开海岸,最后会进入海中,在其他地方沉积。从沉积物流到海中,在海床上沉积形成河口的三角洲,而这些沉积物也会受到海浪、潮汐及海流的影响[77]。疏浚会除去沉积物并且加深河道,但对海岸线可能会有意想不到的影响。政府为避免海水或洪涛,一般会修筑防波堤海塘或其他的防护设施。英国的泰晤士河防洪闸目的就是保护伦敦免于风暴的洪涛[79],但美国在飓风卡特里娜时,新奥尔良失效,造成了人道主义危机英语humanitarian crisis香港填海工程则是透过整平而且扩充二个较小的岛屿(赤鱲角榄洲)来兴建香港国际机场[80]

依照联合国海洋法公约,依照国际法的海岸线是主权国家领海基线,一般来说不一定会是低潮线英语mean low water spring[81]

海平面

Map of global variations in sea level (1992) via TOPEX/Poseidon.
全球的海平面起伏(1992),由−1.4 m (浅紫色)至 +1.0 m (浅红色)。

在大部分地质年代,海平面高于现在海平面所处的位置[7](p74)。海平面变化的主要因素是海洋地壳变动的结果,并在较大的时间尺度上有下降趋势[82] 。在大约20,000年前的末次冰盛期,海平面是今时的水平120米(390英尺) 以下。在最近的至少100年中,海平面以大约每年1.8 mm(0.071英寸)的平均速度持续上升[83] 。大部分上升可归因于海水的温度导致海面以下500米(1,600英尺)的海水略为受热膨胀。此外,来自陆地上的水源,例如溶化的冰雪、为了农业灌溉及其他人类需要而抽出的地下水也导致四分之一的上升量[84] 。由全球暖化趋势导致的海平面上升趋势预计会持续至二十一世纪末[85]

水循环

海是水循环中重要的一部分,水会从海中蒸发,以水蒸气的形式存在在大气层中,之后再凝结降水(可能是以或是的形式),最后大部分又回到海中[86]。即使是在几乎没降雨的阿他加马沙漠,也会有从海上吹来的浓湿雾提供植物水分[87]。在一些陆地上,陆地的地理特征可能会让一些地区的水不会经由地表流到海中。有些内流盆地(尤其是在中亚的内流盆地)会形成咸水湖,湖水蒸发,而溶解矿物质持续的累积。里海是最大的咸水湖,不过因为其类似海洋的地壳,有时会视为海。其他的咸水湖包括有大亚的咸海以及美国西部的大盐湖[88]。不过这些盆地的水仍然会透过蒸发、地下水的流动以及(在长期地质时间下)因为大陆飘移而使盆地地形变化,而回到海中。

碳循环

海中有世界上最大量循环中的碳英语Oceanic carbon cycle,储存的碳仅次于岩石圈[89]。浅海有大量的溶解有机碳英语dissolved organic carbon,同时也有有机分子迅速的在海洋和大气中交换。深海中总无机碳的浓度比浅海要多15%[90],而且会在深海中停留相当长的时间[91]温盐环流会在浅海和深海之间交换含碳物质[89]

含碳分子进入海中的方式是经由空气中的二氧化碳溶入水中,转换为碳酸碳酸氢盐碳酸盐:CO2 (aq) + H2O ⇌ H2CO3 ⇌ HCO3 + H+ ⇌ CO32− + 2 H+。此反应会产生氢离子H+),降低海洋的pH,提高其酸性

含碳分子也可能以可溶有机碳的形式溶在河水中,进入海中,再经由行光合生物的生物转换为其他形式的有机碳。有机碳可能是在食物链中交换,或是沈降到更深、有更多含碳物质的海洋底层,沉积物可能包括死去动物的软组织,以及壳或是骨骼中的碳酸钙,最后可能在底层长时间的流动,然后形成沉积物,或者是借由温盐环流循环再回到海洋的浅层[91]

海洋酸化

海水是弱碱性的,在工业革命前它的pH约为8.2。然而最近,人类活动使得大气中二氧化碳含量持续增加;大约30-40%增加的CO2被海洋吸收,形成碳酸并通过一个被称为海洋酸化的过程降低海水pH[92][93][94](现已低于8.1[95])。预计到2100年,海水pH可达7.7(这意味着氢离子浓度增加三倍),这将是长达一个世纪的显著变化。[96][e]

是海洋生物骨骼系统的重要组成成分, 但是碳酸钙在压力的作用下会变得更加容易溶解,因此碳酸盐贝壳和骨骼系统会在补偿深度英语carbonate compensation depth以下发生溶解。[98] 同时,碳酸钙也会在较低的PH值环境下变得更易溶解,因此海洋酸化可能会对具有石灰质外壳的海洋生物(例如牡蛎海胆珊瑚)有着深远影响,[99]因为他们形成外壳的能力将会减弱,[100]碳酸盐补偿深度将更接近海面。受影响的浮游生物将包括被称为pteropod的蜗牛样软体动物, 以及被称为钙板金藻有孔虫门藻类。所有这些都是食物链的重要组成部分,其数量的减少将产生重大后果。在热带地区,珊瑚可能会受到严重影响,因为它将更难构造其碳酸钙骨架,[101] 这将对其他珊瑚礁居民产生不利影响。[96]

在地球的地质史中,目前海洋酸化的速度似乎是空前的,这使得我们不清楚海洋生态系统能在多大程度上适应未来的变化。[102]引起特别关注的是,海洋酸化同预期中气候变暖和海洋缺氧事件的额外压力的组合会如何影响海洋。[103]

海洋生物

叶绿素a英语chlorophyll a平均表面积地图(1998–2006年),对数尺度范围从浅紫色代表的0.03mg/m³ 到深红色代表的30 mg/m³。

海洋是各种生物的栖息地。因为阳光只能透进上层的海域,实际上没有阳光的深海占了海洋的绝大多数。在每一个不同的区域、温度、深度都有着独一无二的环境,正是因为如此,孕育出了拥有高度生物多样性的生命。[104]从地表水到最深处的海沟,包括珊瑚礁、海藻林海草潮池、泥地、沙质和岩石海床及开放浮游生物界空间,是海洋生境的范围。在海洋生存的生物从30米长的,到微观浮游植物与浮游动物、真菌、细菌、病毒,包括最新发现的寄生于细菌内的海洋噬菌体英语marine bacteriophage[105]碳循环中,海洋生物扮演着重要角色,因为光合生物将溶解掉的二氧化碳转换成有机碳,对人类获取食用鱼而言在经济上很重要。[106][107](pp204–229)

生命可能起源于海洋,动物的所有主要群体在海洋中都有所呈现。科学家对于海洋生物出现的准确地点的问题有分歧:米勒-尤里实验表明开放水域存在稀释的化学“汤”,但最近的观点有火山温泉、细颗粒粘土沉积物或深海的“黑色烟柱”出口,这些都提供了阻隔地球大气层早期未能阻挡的紫外线的保护。[7](pp138–140)

栖息地

海洋栖息地在水平上可分为沿海栖息地和远海栖息地两种。 沿海栖息地从海岸线一直延伸到大陆架。虽然大陆架地区只占整个海洋的7%左右,大多数海洋生物还是被发现于沿海栖息地。远海栖息地位于大陆架边缘向外的深海区域。另外,海洋栖息地从竖直面上也可被分为浮游生物界(远海), 底层区(海床上沿),和 海底生物界(海底)这几类。第三种分类方式是通过纬度:从热带到温带一直到两极的海面。[7](pp150–151)

珊瑚礁,被称作“海中的热带雨林”,仅仅只占地球海洋表面的0.1%,但它的生态系统却拥有25%的海洋物种。[108] 其中最为出名的是热带珊瑚礁,比如澳大利亚的大堡礁,而冷水礁孕育了大量种类的珊瑚(只有六种能够形成珊瑚礁)。[7](pp204–207)[109]

藻类和植物

海洋初级生产者英语primary producers,即浮游生物中的植物以及微生物分布广泛且多种多样。显微光合藻类、浮游植物贡献的光合产量大于世界所有森林所贡献之和。海洋中大约45%的有机物质的初级生产是由硅藻贡献的。[110]体型较大的藻类通常被称为海藻,它们对于其所在地而言十分重要;马尾藻形成漂浮物,而海带形成海底森林。[107](pp246–255)海草状的被子植物在水浅的沙地长成“草甸[111]红树林勾勒热带和亚热带地区的海岸线[112]盐生英语Halophyte植物在常被淹没的盐碱滩中茁壮生长。[113]所有这些栖息地能够大量固碳,并支撑体型更大以及更小的动物的生物多样性[114]

阳光只能穿透海水顶部200米(660英尺)的区域,所以植物只能在海洋的这一部分生长。[36]海洋表层通常缺乏具有生物活性的含氮化合物。海洋氮循环由复杂的微生物转化组成,包括固氮作用同化硝化作用厌氧氨氧化反硝化反应[115]这些过程中有一些在深水中发生,因而在冷水上升流或者能够获得从陆地来的营养物质的靠近河口三角洲的海域植物生长的更高。这意味着,最富有生产力即富含浮游生物既而也富含鱼类的地区主要是沿海地区。[7](pp160–163)

动物及其他生物

珊瑚礁这类的海洋栖息地养育了像海星珊瑚,和这样的动物,有着丰富的生物多样性

海里,有着比陆地广阔的多的动物类群[116]。并且,许多海洋生物至今仍未被发现,于科学所知的生物数每年仍在增长。许多像是海鸟海龟鳍足类的生物会回到陆地繁衍后代。但像鱼类,鲸豚类海蛇,等许多无脊椎动物门这样的生物有着完全海生的生活习性。事实上,海中充满着生命,并为这些生命提供不同的小栖息地[116]。这众多小栖息地的一种,海表面——如果忽略海浪的运动的话——为细菌真菌、微藻类动物、原生生物鱼卵和各式各样的幼虫提供了丰富的生存环境[117]

远洋地带包括大型小型的生物类群,无数和洋流一起漂流的微小浮游生物——鱼卵、海洋无脊椎动物——总是产下数量巨大的卵。因为对于每一个胚胎来说,活到成熟的几率都小之又小[118]。浮游生物依靠浮游植物而生。而二者共同组成了一个复杂的,包含了不同大小鱼类和自游生物的食物链的一小部分。而它们又将被更大的管鱿目动物——鲨鱼鼠海豚科动物、海豚——吃掉[119]。有些海洋生物会做出基于季节的区域性迁移,或只是在竖直层面上移动。但始终不变的是,它们总是在晚上浮起觅食,白天潜入更为安全的海底[120]。不只是陆地上,海里也有生物入侵的现象。而船舶可以仅通过压载水排放,或是生物的运输来轻松地引入或传播入侵物种[121]

海洋底层部分供养着许多依靠底栖生物为食生存的动物,或者为它们提供躲避捕食者袭击的庇护所。海床为生物提供了广阔的栖息地,而海床表面之下则是生物用来适应不同条件的地方。而经常暴露在干燥空气之下的潮间带则为藤壶软体动物甲壳动物提供了适宜的生存场所。近海带需要太阳光来使生命在这里繁荣生长。在这里,多孔动物棘皮动物多毛生物海葵无脊椎动物共同生活在藻类覆盖的岩石之中。珊瑚生活在阳光直射的浅水区。身上经常有着光合共生体。而其丰富的钙质骨骼互相挤压形成了对海床有着重要意义的珊瑚礁。正是这些珊瑚礁,为礁栖生物提供了广泛的栖息地[122]。生物在更深的海床处变得稀少,但海洋生物在海底山附近依旧生活得很旺盛。在海底山附近,有鱼和其他动物聚集在周围产卵,觅食。在海床附近,生活着以远洋生物或底栖无脊椎生物为食的底栖鱼类。借助于潜水器,人们得以逐渐揭开大海的神秘面纱——人们看到了生活在底部海床附近的生物,而这正是之前科学家所期盼能看到的。一些滤食性动物依赖于海洋雪生存。还有一些化能生物、细菌则聚集于抚育了许多独特的生物群落的海底热泉附近。其中包括双壳类动物海葵、藤壶、及鱼[7](p212)。沉没在海底的死鲸能被许多生物视为食物并摄食之。这些栖息地拥有着独特的生物群落,当中能够发现许多生物,以及不少人类近来才记录的微生物[123]

人类与海

一副19世纪的插画,讲述的是哥伦布在1492年10月12日“发现英语voyages of Christopher Columbus”(相对于当时的西方国家而言)美洲,显示出历史上的探险家在西班牙国内英语Spanish folklore#General国外英语American mythology#Christopher Columbus是如何被神化的 .

航海探索

史前时代起,人类已开始探索海洋,最初使用、以中空树干制成的独木舟芦苇船英语reed boat#History,或者树皮制成的独木舟人类单地起源说大部分在陆地上发生,这也包括了现时被海分隔的地域,例如白令陆桥日本多格兰英语Doggerland。它们可以在陆桥末次冰期时的坚冰英语fast ice上通行。但是佛罗勒斯人侏儒很可能需要由巽他古陆越过19千米(12英里)阔的萨佩海峡才能到达科莫多岛[124]。同时,虽然确切细节还未确定英语Prehistory of Australia#Arrival,澳洲的祖先澳大利亚原住民英语Aboriginal Australians在数万年前必须越过更宽阔的深海华莱士线近大洋洲英语Near Oceania区域。[f]早期的理论英语H. Otley Beyer不同,现代海底测深学表示即使最早期的菲律宾移民点英语Models of migration to the Philippines也需要民都洛海峡锡布图水道越过深海。

公元前六千年,Ortoiroid的狩猎采集者开始从委内瑞拉奥里诺科河散布到加勒比。大约在同一时间,美索不达米亚人使用沥青为芦苇船及后来的桅帆船来填缝[128]。在大约公元前二千四百年,印度河流域文明洛塔是已知最早声称拥有船坞的文明[129]。直到公元前2000年,在台湾的南岛民族开始扩展到海洋东南亚[130][131][132]。公元前1300年至900年,南岛“拉皮塔英语Lapita”人展示了在导航上的重大专长,触及的地域由俾斯麦群岛至到斐济东加萨摩亚[133]。他们的后人在波利尼西亚导航英语Polynesian navigation时使用外伸独木舟英语outrigger canoe#History在数个小岛之间持续航行了数千里[134]。 在公元500年前,巽他群岛南岛民族落户在非洲东南偏东的马达加斯加波利尼西亚人在公元800年之前落户夏威夷群岛英语Ancient Hawaii[135],在公元1200年落户复活节岛[136],短期后落户在新西兰[137]。 埃及法老尼科二世开展了运河英语Canal of the Pharaohs的建设,最终在大约公元前600年连系了地中海红海希罗多德记录了埃及人声称他委托了进行为期3年的考察,由红海的 阿尔西诺英语Arsinoe (Gulf of Suez)尼罗河三角洲环游了非洲[138][g]。大约公元前500年,迦太基人航海家汉诺的大西洋之旅最少到达了塞内加尔,有可能到达了喀麦隆火山,并留下仔细的航海记录[140][141]马赛皮西亚斯在大约公元前325年探索了大不列颠岛周围的海洋。公元前3世纪,宏伟的亚历山大灯塔称为古代世界七大奇迹之一[142]。在第二世纪,亚历山大港克劳狄乌斯·托勒密使用了“幸运群岛英语Fortunate Isles”上面的本初子午线测绘旧世界的地图,包括远至泰国湾的细节,在修改后成为了地理学指南哥伦布航行时使用[143]

维京时期维京人使用了瓦叠英语Clinker (boat building)方法建造维京船,并拓殖了冰岛格陵兰加拿大基辅罗斯[7](pp12–13)。第一世纪中国论衡描述的"司南之杓"是最先的指南针形式。然而,它使用在航海的第一项证明时候是1115年由朱彧着作的《萍洲可谈》。欧洲首次提及指南针是1190年亚历山大·纳肯英语Alexander of Neckham写作的《论器具》,它记录了水手使用指南针。纬度(以赤道0°,至北极点南极为 90°的范围来表示船的位置)可以通过测斜仪英语inclinometer来确定,包括星盘六分仪十字测天仪英语Jacob's staff。它们量度了水平线及太阳月球等天体之间的角度。事实证明了准确确定经度(船相对于某固定点的东或西位置)困难很多[144]

Mercator's map of the world
杰拉杜斯·麦卡托在1569年绘制的世界地图,其中旧大陆的海岸线有着相当精准的描绘,但极地地区和美洲的地图却存在偏差

在十五世纪,欧洲西部的水手—一开始是葡萄牙英语Portuguese discoveries人—发起了更长的地理大发现航行。 1473年, Lopes Gonçalves英语Lopes Gonçalves穿过赤道,由此反驳了亚里士多德提出的一个火环会阻止人们探索南半球的观念。在1487年,巴尔托洛梅乌·迪亚士绕过好望角;1498年,瓦斯科·达伽马到达马林迪,在当地,一个本地水手向他展示如何跟随季风英语Monsoon of South Asia到达印度。1492年,因为对地球半径错误的估计热那亚人克里斯托弗·哥伦布加的斯航行去到加那利群岛,试图从那里开拓一条从西班牙出发经过大西洋到达东方英语voyages of Columbus的航线。事实上,他登陆在了加勒比海的一个小岛上。结果导致了“哥伦布大交换”,把马铃薯玉米辣椒带到了旧世界,同时也使美洲原住民感染上了天花并在其中流行。人口的减少为西班牙在美洲殖民并广泛采用黑奴种植烟草、糖、染料和棉花牟取暴利创造了条件。1519年,胡安·塞巴斯蒂安·埃尔卡诺完成西班牙麦哲伦环游世界的探险[7](pp12–13) 这些以及其他一些航行使得欧洲的地图达到了以前完全不可能达到的精度。1538年,杰拉杜斯·麦卡托设计了一种地图投影方式,方便地保持了方位线罗盘方位线英语rhumb lines)的笔直。[7](pp12–13)北冰洋,1594年,荷兰的一个舰长威廉·巴伦支到达斯瓦尔巴巴伦支海。同时,1675年,在南边Anthony de la Roché英语Anthony de la Roché穿过南极幅合带,之后,1820年三个相互独立的探险家—一个英国人英语Edward Bransfield、一个美国人英语Nathaniel Palmer和一个俄罗斯人—同时发现了南极洲[145][146][147] 并不是所有的发现之旅都启程于欧洲西部。尽管俄罗斯海岸的准确海图到18世纪才被绘制出,并且北地群岛1910年才被发现,[148] 诺夫哥罗德人早已在13世纪开始在白海航行。[149]虽然长期闭关锁国,但中国在两朝曾有过短暂的开放。15世纪初期,郑和宝船舰队曾多次携带37000人和317艘船从出发航行,最远到达非洲海岸。[7](pp12–13) 然而,中国的出海探索马上又迅速减少并最终被禁。东亚的人们是从利玛窦地图得知其他大洲的真实形状的。

与此同时,经度的确定仍需要近似和猜测:真正的经度计算需要一个准确的时钟英语marine chronometer以比较中午时分船上以及一个定点的准确时间,譬如格林尼治子午线英国经度测量奖英语Longitude prize在1773年颁给了自学成才的约翰·哈里森以表彰他在1761年发明了海上用表詹姆斯·库克在他的第二、三次航行中使用了此表的一个复制品(即探索太平洋[150]和俄罗斯法国、荷兰和美国官方授意探索的两次)。[7](p15)1850年,横贯英吉利海峡电报线完工,随后英国电报系统所有的电报线英语All Red Line都被连接起来,导致人们对深海产生了极大的兴趣。早期的理论英语Edward Forbes认为没有生命可以生活在300(550米或1,800英尺)以下的深海,这个理论在1860年连接地中海线时被推翻,海平面下四倍深的地方还是可以打捞出许多海洋生物。[151] 迈克尔·萨斯英语Michael Sars在挪威的峡湾所发现的深海“活化石”推动了英国1870年代包括挑战者号远征在内的努力[152],由此建立了现代海洋学的基本框架。[7](p15)1878年到1890年,SS Vega英语Vega Expedition成功穿过了东北水道并首次环绕欧亚大陆。1890年代中期,弗里乔夫·南森搭乘一艘特别设计的船通过了北部的浮冰英语Nansen's Fram expedition,提出北冰洋是一片开放海域。1898和1899年两年间,卡罗·纯英语Carl Chun提出,有许多新的生命形式生活在南大西洋海面4,000米(13,000英尺)以下的深处,并对此进行了研究。

在20世纪,1906年,果阿号英语Gjøa成为了第一艘通过西北航道的船只。1921年,位于摩纳哥国际海道测量组织 开始筹备进行海床的量测及制图。[153]从1924年起,Discovery Investigations英语Discovery Investigations 开始研究鲸鱼并且画了南极洲周围海床的地图。[23] 1930年,深海调查用球形潜水装置透过了一条缆绳下潜到434米(1,424英尺)深[154]。在1940年代,雅克-伊夫·库斯托协助开发了第一个成功的水下呼吸装置并且将潜水活动普及化。冷战钻探也让人类对深海的研究更上一层楼,到了1960年,搭载自供电系统的深海探测器的里雅斯特号英语Bathyscaphe Trieste运载船内人员潜入马里亚纳海沟10,915米(35,810英尺)处深入探索。[155] 而一个穿着常压潜水装英语atmospheric diving suit美国海军潜水员于2006年抵达了海平面之下2,000英尺(610米)。[156]

如今,全球定位系统(GPS)使用广义相对论来计算传送讯息的时间点和地点,再加上三十几颗卫星,船只可以准确地在全世界航行,不出差错。[150] 现今进行的海洋学研究包括了海洋生物、保育、海洋生态、海洋化学、气候变动模式英语Climate model、海空边界、天气规律、海洋资源、再生能源、浪与洋流和新型深海探索工具或科技的设计与开发。[157]研究人员以人造卫星为基础的遥感技术 观测表层海水,以研究船、固定式观测站与自动水下探测器来研究及监测海洋的每一部分。[158]

贸易

Map showing shipping routes
海运路线图,显示世界上各海域商业航运的相对密度。

苏美尔文明印度河流域文明相连,早期人类文明就已开始从事水上贸易[159]。大约公元前2000世纪,克里特岛上的米诺斯人确立了最早的制海权,一个极大程度上依靠的贸易和海军实力的沿海帝国[160]腓尼基城邦古希腊城邦在公元前1200世纪取代了米诺斯人,最终建立了从亚速海索维拉广阔古代殖民地[161]。在罗马帝国时期,商贸也一如既往地繁荣。在公元前一世纪,游牧民族的入侵中断了印度获得西伯利亚黄金,使得印度开启了前往马来西亚和印度尼西亚的海上航线[162],也使得首次接触到印度教穆斯林商人。随着罗马帝国的衰落,欧洲大陆的贸易规模缩小,但仍在世界的其他角落繁荣兴旺[163]。当时的泰米尔朱罗王朝凭借贸易与唐朝、爪哇三佛齐,西面的阿拔斯王朝繁地来往。随着阿拉伯人不断地东征西讨,他们逐渐占领了印度洋的海上贸易,也将伊斯兰教沿着东非洲沿岸,最终传播至东南亚[164]地理大发现主要的影响是将世界的区域贸易网络统一为单一的世界性市场,主要由欧洲各君主、阿姆斯特丹伦敦的商人及其他大西洋港口推动而成。从16世纪到19世纪,大约1.3亿人口通过船运,被卖到大西洋对岸的美洲当奴隶[165]。黑尔斯奖的设立就是为了奖励最短时间内穿越大西洋的商业航线,1952年,美国号邮轮英语SS United States获得了当时3天10小时40分钟的最快记录[166]

如今,大批的商品通过海路运输,尤其是横跨大西洋地区和环太平洋地区。主要的贸易航线是从直布罗陀海峡以及马六甲海峡跨越地中海和苏伊士运河到达印度海,还有许多贸易航线也会通过英吉利海峡[167]。船运航线指的是货轮在公海上的航线,习惯上是利用信风和气流运输。世界上百分之60以上的集装箱运输是由最主要20条航线完成的[168]。 从2007年开始,北极冰川不断融化,使得去往西北航道的船只在夏季的一段时间里,可以绕开苏伊士运河或巴拿马运河的较长路线[169]。运输方式通过空运补充,这是一个更昂贵的运输方法,大多数用于极其贵重货物和易腐货物。海上贸易每年至少承载了4亿美元价值的货物[170]

海运贸易的货物通常分为两种:大宗货物杂货(又称普通货物),这种大部分现在已经通过集装箱运输。商品是液体、粉末或碎木料通常零散地放在散货船的货舱中,连同油、谷物、煤炭、矿石、废金属和沙石一起。杂货通常是产成品,并且以包裹的形式运输,堆在栈板上。在1950年集装箱发明之前,这些货物都是零碎地装载、运输、卸货[171]。 使用集装箱极大程度低高了运输效率也减少了移动成本[172],如今,大多数货物以统一大小,封闭地集装箱运输,并装载在配有特定用途的货柜船上。[173] 货运代理公司负责登记货物,安排提取和运输,以及管理证明文件。[174] 运输安全由国际海事组织管理,1959年在伦敦总部首次发起召集。监管对象包括了发展与维系运输、海上安全、环境问题、法律事务、技术协作和海事保全的监管框架[175]

捕鱼

A Brixham Trawler by William Adolphus Knell. National Maritime Museum, Greenwich. Oil on board, 153 x 235 mm. 19th century.
十九世纪正在作业的布里克瑟姆拖网渔船英语Brixham trawler

四万年以前,位于东亚的人们已大量捕食淡水鱼[176]旧石器时代的人们普遍使用有刺的鱼叉于沿岸捕鱼(鱼叉猎鱼英语Spearfishing[177]。公元前2500年,可捕鱼的鱼池以围绕苏美尔的寺庙,公元前五世纪的中国古代典籍中,记录着中国最早致力于养殖渔业的商人——范蠡[178][179] 。于西元一世纪左右残存的卡剌克斯的伊希多尔英语Isidore of Charax发现一份帕提亚史料,描述当地人透过自由潜水波斯湾捕珍珠,

有一份一世纪帕提亚人旅程的片段记载,其中提到当地人会在波斯湾自由潜水的方式来采集珍珠英语pearl hunting[180],而奥皮安英语Oppian在第二世纪的《Halieutics》也提到希腊及罗马人的四种捕鱼方式:鱼钩鱼线渔网三叉[181]传统渔船英语Traditional fishing boat一开始是在近海航行,但在中世纪后期近世起开始在公海上捕鱼(特别是捕捞鳕鱼),这对北欧新英格兰及加拿大的经济及海军发展都相当的重要[182]北海沿岸的过度捕鱼带动了像Brixham拖网渔船英语Brixham trawler的发展[183],并且也带动了可用作是延绳捕鱼船只母船的单拖网渔船英语otter trawler的发展[184],由于19世纪铁路运输英语history of railroads制罐英语canned fish制冷技术的发展,渔业开始成为羽翼丰满的产业世界大战声纳的发展后来演变成鱼群探测仪,而在1950年代时大型工厂船在一个小时捕获及处理好的渔获量已是以往单拖渔船一季的收获量。[184]1960年代大西洋太平洋的渔获量已接近其最大收获量。1950年代的野生渔业英语wild fisheries渔获量为每年1800万公吨(2000万),到1980年代末期已有每年8500万公吨(9350万吨),之后渔获量大致维持稳定[185][h]。中国大陆改革开放后,渔获量英语Chinese fishing industry大幅成长,从1961年占全世界的7%到2010年占全世界的35%[185]鱼类数量动态英语population dynamics of fisheries的科学研究以及以往共享水域国有化都有助于改善过度捕捞的情形,不过因为现代商业捕鱼英语commercial fishing的成功,已针对过度捕捞有其他重要的改善措施:大西洋西北部鳕鱼产业英语collapse of the Atlantic northwest cod fishery已降到其历史渔获量的1%,已要求加拿大在1992年完全暂停执行[186],中国大陆在2000年起强制进行野生渔业零成长的政策,让产业转向水产养殖[187]。中国大陆每年有固定几个月禁止各国在南海海域捕鱼,不过也受到南海邻近国家的抗议[188]

The 捕鲸工厂船 Tonan Maru №2被鱼雷击中四次,但每一次都有再做修理[189]。日本捕鲸业是以挪威的设计为基础,日本捕鲸业同盟国军事占领日本时提供全国半数的肉品供应,目前仍然是全世界最上最活跃的。欧洲类似的捕鲸船启发了现代的工厂船[184]

截至2006年为止,全世界约有4350万人是以捕鱼或是水产养殖业为生,其中有85.5%住在亚洲。渔民 34,其余的则是水产养殖[190]。2012年时的世界鱼类产量统计英语world fish production包括了甲壳类软体动物及其他水生动物,总计1.58亿公吨(1.74亿短吨),其中有9130万公吨(1亿短吨)是野生捕捞的[191]。若不考虑产量强烈受到厄尔尼诺现象影响的秘鲁鳀产量[192][193],整体的产量趋势仍然在成长,不过成长是因为浅水水产养殖及海水养殖英语mariculture,而不是因为野生捕捞量的成长[191]。依照联合国海洋法公约,各国可以在其海域专属经济区中渔获量最丰富的地区,订定渔获配额英语catch share以及其他管理制度[194],约占全年渔获量的87%[195]。结果相当的戏剧性,在第一次世界大战捕鱼较少的时候,北海1919年的渔获量是1913年的二倍[184],有时则少很多。二十年下来,纽芬兰大浅滩的鳕鱼产量只有其最大产量的10%。目前最常捕捞上岸的鱼类包括鲱鱼鳕鱼鳀科鲔鱼、比目鱼、鲻形目、鱿鱼及鲑鱼。其中许多鱼类(也包括大型捕食性鱼类)[196]仍远低于历史水平[197]

渔船捕捞到约360公吨(400短吨)的智利插孔鲭鱼英语Chilean jack mackerel

在海上捕鱼的船只已经超过了300万只[195]。现代的渔船包括只有少数船员的拖网渔船英语fishing trawler、尾拖网渔船(stern trawlers)、围网渔船(purse seiners)、,以及设计停留在海上数周,制造及冷冻大型鱼货的大型工厂船。捕鱼的设备包括围网英语purse seine、其他渔网拖网英语Trawling流刺网延绳联合国粮食及农业组织鼓励各地发展其地区性渔业,有助于促进沿海居民的粮食安全,也有助于对抗贫穷[198]

海洋牧场于2010年共生产了7,900万公吨(8,700万短吨)的食物及非食物产品,其中中包括野生物种,约养殖了600种植物及动物,部分用于培育野生物种。养殖的动物包括、水生爬行动物、甲壳类动物、软体动物、海参海胆、海鞘及水母。[199]。综合海水养殖英语mariculture的好处包括有稳定的浮游生物来源,而且动物的废弃物会自然清除[200],若是一些废弃物可能会造成损害的情形,可以使用综合多物种海水养殖英语integrated multi-trophic aquaculture,例如养殖鲑鱼时同时养殖贝类,鲑鱼的排泄物即为贝类的食物来源。海水养殖有许多不同的方式,有鳍鱼类的网罩可以悬挂在外海,网箱则较常用在较受保护的水域,也可以放在涨潮时海水会流进的池塘中,海虾养殖会在有连接外海的浅水池中养殖[201]。挂在水中的绳索可以生长藻类,牡蛎和贻贝。牡蛎则是在托盘上或是网状管上饲养。海参是在海底养殖[202]缅因州海螯虾的圈养育种计划,作法是将幼体放置在海中,因此使海螯虾的收获量增加[203]。人类食用的藻类超过145种,包括红藻、绿藻、褐藻等,在日本及其他亚洲国家有悠久的养殖历史,藻类养殖英语algaculture仍具有相当潜力。[204]少数海洋开花植物供食用,如海蓬子,能够生食或经烹饪。[205]因水产养殖多为养殖单一物种,面临广泛传染疾病英语Fish diseases and parasites的风险。如1990年代中国养殖栉孔扇贝明虾受大规模疾病影响,而必须更换养殖物种。[206] 海虾养殖也造成东南亚地区重要的红树林遭破坏。[207]

法律

自古代开始,基于海上航行的不确定性,海域被视为一个独特的司法管辖权海事法是用以规范海上争议及海上犯罪的国家法律罗德法英语Nomos Rhodion Nautikos罗马法拜占庭法特拉尼法英语Ordinamenta et consuetudo maris阿玛菲法英语Amalfian Laws等为法国英语Rolls of Oleron热那亚汉萨同盟的海事法所继受,英格兰则建立了首个海事法院英语courts of admiralty,不同于英国传统上普通法系,该海事法院较接近欧陆法系英法北美战争期间,该法院被寻隙滥用,最终导致美国革命[209] 。美国透过宪法再次引入海事法英语United States admiralty law,但程序上采取较多陪审制

海洋法英语Law of the Sea为规范海上争议及海上犯罪的国际法。过去帝国罗马帝国中国长期主张普遍管辖权;于中世纪时,意大利海上共和国诸如威尼斯热那亚承认竞争者的主权,但能主张交通上的闭海权利英语mare clausum葡萄牙西班牙则主张对地理大发现新发现的海洋及陆地具类似权利教宗支持英语Roman Catholic Church and colonialism#Age of Discovery该主张,则为宗教战争爆发的原因之一;荷兰东印度公司为防范猖獗的海盗行为英语Santa Catarina (ship),于1609年聘用法学家胡果·格老秀斯,其著作《海洋自由论英语Mare Liberum[210],赞同公海自由原则,最终获得共识[211],而领海则延伸至陆基加农炮的射程范围,即3海里英语three-mile limit (5,556米或18,228英尺),该范围以外则为公海[212]美国总统伍德罗·威尔逊主张维护公海自由原则而参与第一次世界大战英语American entrance into WWI并纳入十四点和平原则;然而美国总统杜鲁门于1945年单方主张对美国大陆架石油蕴藏英语Offshore oil and gas in the US Gulf of Mexico具管辖权[213],对该原则产生重大挑战[212]。三次联合国联合国海洋法会议则重新形塑海洋法,但美国美国未批准联合国海洋法公约并未批准该条约英语United States non-ratification of the UNCLOS,而是透过总统令采纳该条约。

联合国海洋法公约(UNCLOS)于1982年签署,1994年生效[81],公约宣示“公海对所有国家开放,不论系沿海国或内陆国”,并例示各国具航行飞越、铺设海底电缆、建造人工岛、捕鱼科学研究等自由[214]。公约延伸领海范围由领海基线起算12海里(22.2 km或13.8 mi),领海基线通常等同低潮线英语mean low water spring;沿岸国于领海享有管辖权,而他国船只则享有无害通过、过境通行等权利。而"内水"则为基线向陆的区域,主权国家对内水有完全管辖权。“临接海域”则为领海外侧至基线起算24海里区域,允许主权国家对违反海关、税务、移民、污染之船舶进行紧追英语hot pursuit。“专属经济区”(EEZ)系自基线起算200海里(370 km或230 mi)之范围,所属国家具一切利用海洋生物矿物权利。法律上,“大陆礁层”为大陆边外缘(海水深度200米或660英尺以内)的海底区域或基线起算200海里范围,以较高者为准,所属国家得利用海床及底土中之海洋生物矿物[212]

船舶航行途经可能多个时区,故于1920年代提出航海时间英语nautical time,于公海上使用,每个时区跨越15个经度,若向东行,每过一个时区调快一小时[215]

战争

"The Roman Fleet Setting Ablaze the Enemy Fleet", an anonymous image from the 12th-century Codex Skylitzes Matritensis. National Library of Madrid, Vitr. 26-2, Bild-Nr. 77, f 34 v. b.
9世纪时,拜占庭海军使用希腊火攻击敌方船只英语Thomas the Slav

随着舰队协同作战发展,具备登陆力量,海战对沿海国家的防御或征服至关重要,公元前1210年赫梯苏庇路里乌玛二世烧毁塞浦路斯英语Late Cypriot舰队为史上第一场海战[216]。不久后,海上民族的舰队横扫了整个东地中海纳瓦林加萨一带的沿海城市经过约50年间的入侵,接近全数遭到破坏[217]。随着帝国扩张,陆上补给已不足以维持,所以破坏补给舰队成为有效的战术。公元前480年的萨拉米斯战役波希战争的转捩点[218],并非因其固有的作战能力(虽然这也是一方面原因),而是受益于地米斯托克利的欺敌及优越的战术,使雅典人能够切断波斯人的海上补给,并破坏横跨达达尼尔海峡浮桥,进一步截断波斯人的撤退路线[219]。于木造船时代,维持庞大舰队为一大负担且易受恶劣天气损坏船只,公元1274年及1281年蒙古帝国入侵日本时,遭遇神风而遭到重大损失。

海盗在古代奇里乞亚英语Cilician pirates中国均属非法,但也有国家背后给予支持的如克里特海盗维京海盗日本海盗英国海盗巴巴里海盗[220],海盗问题至今英语modern piracy仍存在,而需保护商船安全或进行大范围海岸巡逻[221]

Elizabeth I and the Spanish Armada. Anonymous. Oil on canvas, 121.3 × 284.5 cm (47 3⁄4 × 112 in). Early 17th century.
帆船时代英语Age of Sail海战:1588年格瑞福兰海战的画作,该战役促使西班牙舰队的瓦解。

古代世界除萨拉米斯战役外,亚克兴角战役亦为大规模海战,该战役为奥古斯都建立罗马帝国的转捩点;于近代,重要海战包括1588年英国舰队战胜西班牙无敌舰队及1805年英国舰队于特拉法加海战战胜西班牙法国联合舰队[222]

A photograph by an airplane of the Imperial Japanese Navy, facing east over Battleship Row. 7 November 1941.
现代海战:日本攻击珍珠港时一枚鱼雷击中西维珍尼亚号战舰

随着蒸汽机技术的发展,人们得以大量生产钢板、弹药,促使19世纪欧洲国家对新帝国主义的实践,强行打开非洲中国韩国日本市场,以促成贸易上的有利条件。虽然内部政治因素阻碍了中国的现代化,但美国海上力量介入促使日本进行大规模改革,并于1905年对马海峡海战取得成果,从而日本得以打败俄罗斯[224]。最初海军大国着重于建造大型无畏舰战舰,但在第一次世界大战未能取得决定性战果 [225],相对便宜的德国U型潜艇于战争中展现潜艇能够在甚至是地方的海域也能重创敌方水面舰队的优势[226]。 盟军借由护航密码破译反潜作战等作战方式取得第二次世界大战大西洋海战的决定性胜利[227],随着应用物理学发展,1960年代核动力弹道导弹潜艇定期巡航成为二次打击力量,用以实施核反击[228]。第二次世界大战在地中海[229]及太平洋[230][231]战场的经验显示空中力量能有效打击最强大的战舰。

旅行

以小型私人船只为个人交通工具无疑可以追溯到史前阶段,但能够勇敢开拓海洋的大型船舶在大多数人类历史上通常专门用于贸易或捕鱼。即使是军事运动也常常只是雇佣或指挥这些私人船队作为部队运输,交易员,朝圣者和富有的古代和中世纪的游客。探险和殖民化航程的资金通常由王权从海军基金提供;而运输则不同,他们通常得到特许或者进行购买,然后在初始结算后用于运输供应。在16和17世纪,有专用且定期的本地客运服务,但1817的(Black Ball)黑球是第一个跨大西洋客运线。在航海时代,这种航程的持续时间很大程度上取决于盛行风和天气。18世纪的马盖特侯爵在英国和爱尔兰开始休闲旅游的普及[232],后来他在下个世纪与托马斯·库克的旅行团合作。[233]在19世纪,蒸汽驱动的远洋客轮连接了世界的铁路网络。到1900年,横渡大西洋大约需要五天,客运线竞争赢得蓝丝带奖,这是一个非正式的荣誉,给予最快的班轮定期服务。从1909年的二十年,平均速度26.06节(48.26公里/小时)的毛里塔尼亚号赢得此奖。[234] 这个时代更快更便宜的洲际航班得以实现,最重要的是1958年纽约——巴黎航线[235]

海上仍然是娱乐划船和大型游轮的场所。它也是难民和经济移民的一条路线,一些人使用经不住海上风浪的小艇,一些人选择偷渡。 这些人中有的是为了逃离迫害,而许多人是为了到达他们心中前景更加光明的国家,也就是经济移民。[236]

休闲活动

自19世纪起,人们开始懂得利用海域进行休闲娱乐活动,而在二十世纪更是蓬勃发展。[237] 海域休闲娱乐活动的种类十分广泛,包含自由航行、游艇驾驶、离岸动力船舶竞赛[238]和休闲娱乐海钓;[239]也包含商业规划的邮轮巡航;[240]以及一些类似透过小型船舶载运的生态旅游,例如赏鲸和赏海鸟活动等。[241]

Scuba diver
携带氧气面罩、蛙鞋与水下呼吸循环系统的水肺潜水

人们喜爱于海中探险:当其他人在游泳或在沙滩上休息时,孩子们可以在浅海中划水泼水。18世纪的欧洲,威廉·巴肯英语William Buchan (physician)提倡通过海浴英语sea bathing这种锻炼方式保持身体健康。在海浴成为一种时尚之后,孩子们划水的场景就不特别常见了。[242] 冲浪是一种冲浪者驾驭在浪上(无论是否使用冲浪板英语surfing board)的运动。其它的水面运动英语Surface water sports还包括风筝冲浪:一种动力风筝英语power kite驱动水面上载人板的运动;[243]滑浪风帆则是透过固定动力的可操作性的航行活动;[244] 滑水则是透过动力船舶的拖拉来进行滑水。[245]

在水面以下的地方,自由潜水必要地被限制在浅水区域。珍珠猎手英语Pearl hunting则会按照传统的方式,将油涂抹在他们的皮肤上,将棉花放在耳朵中,用夹子夹上鼻子,带着篮子下潜到40英尺(12米)的深度来收集珍珠贝[246]人眼不适应在水下工作,但通过潜水面镜,人能够提高在水下的视力。其它游泳的装备也包括蛙鞋浮潜水肺潜水设备英语Scuba set则使水下呼吸变得可能,使人能够在水下活动数小时。[247]潜水者所能达到的深度与能待在水下的时间,被潜水者所受的压力的增长和回到水面后发生的减压症的预防需要的限制。休闲潜水者被建议在100英尺(30米)的深度以下进行浅水,氮醉的风险会随着下潜深度的上升而上升。通过特殊的装备与训练,深海潜水英语Deep diving也变得可能。[247]

发电

The Rance Tidal Power Station in France
世界第一个潮汐发电站:约一公里长度的 潮汐发电站,每年可产生540千瓦·时的电力,大约可供布列塔尼半岛总用电量的3%(2011)。[248]

海洋蕴藏大量且不同种类的能量,例如:海浪、潮汐变化、盐度差异、海水温差等,都能经过有效设计与利用进而来发电。[249] 这类再生能源绿能包含:潮汐能海流能海水盐差能海水温差(能)波浪能等等。[249][250]

潮汐能电厂是利用涨退潮的潮差来发电,有时也会利用筑水坝(又称潮汐堰坝)储存水,而发电时制造势能差来发电。全世界第一个启用的潮汐能电厂:为1967年启用的法国兰斯拦水坝,长度约1公里长(约0.62英哩),位于布列塔尼半岛的圣马洛附近,其上的潮汐能发电厂每年可产生0.5兆瓦的电能,但后续也有类似兰斯拦河坝的计划。[7](pp111–112)

能够提供高度且有效的波浪能,同时也存在着(机组)被波浪能撞击与破坏的问题,制造能够负担且可靠度高的波浪发电机组待开发与改进。目前世界上有一个可产生2兆瓦电能的商业波浪能电厂,名为鱼鹰(Osprey)电厂,1995年进造于北苏格兰,离岸约300米(约1000英尺)。然而,目前此波浪能电厂将因长期波浪拍打、风暴而已近于毁损状态。[7](p112)海流能可以有效提供近海人口稠密区域的部分电能需求[251]。原则上, 利用潮汐流发电机,海床将也可被使用,但海床的使用将受限于机组,通常海洋深度约40米(130英尺)以内可建立。[252]

离岸风力发电是将风力发动机建在海上,好处为通常海上的风力会高于陆上的风力,因此建立风力发电厂通常会选址于离岸的区域。[253] 全世界第一个离岸风力发电厂于1991年建立于丹麦,[254]且欧洲的离岸风力电厂装置容量,预计2010年可达生产3兆瓦电能的目标。[255]

另外,发电厂通常会建立于于海岸边或河口旁,如此便可将海洋或河川等水体,当成其发电机组之散热设施。若协助发电机组散热之水体温度越低,则能够使机组更有发电的效率,尤其对于核电厂而言,良好散热能力为最重要因素之一。[256]

采掘业

Desalination plant
一家通过逆渗透来进行海水淡化的工厂

在海床下的岩石大量的petroleum (as oil and natural gas)。原油或燃气由石油平台钻机抽取英语Offshore drilling及储存,稍后被运输到陆地。基于遥距及严酷的环境,离岸石油及燃气开采具有困难性[257]。在海洋抽取原油对环境会做成冲击。勘探藏量时产生的地震波可令动物迷失方向,很可能是鲸鱼搁浅的原因[258]等有毒物质可能被释放到海洋。开采设施也可能会因为受损而原油泄漏[259]

A hydrothermal vent in the Atlantic Ocean
一个 深海热泉解放被溶解的硫化物及其他 矿物质在其过热的水喷出。

大海保存了大量很有价值的溶解矿物[260]。最重要, 海盐为了食用及工业用途自史前时代已开始在浅池塘透过阳光蒸发而采集。从土地中过滤而积累起来的在死海成本低廉地回收,蕴量在55,000(ppm)[261]。其他在海床上或海床内的矿物质可透过疏浚开发。

比起在陆地开采,拥有装设备可在特定造船厂建造及基础设施成本较低的优点。缺点包括海浪和潮汐做成的问题,挖掘倾向造成淤积,以及弃土堆英语Spoil tip被冲走。有侵蚀海岸和伤害环境的风险[262]硫化物沉积物英语Seafloor massive sulfide deposits在手动语言转换规则中检测到错误的潜在来源,只在20世纪60年代才被发现。它们在地温梯度 过热的水从深海热泉喷射出来时形成,接触深海的冷水后矿物质沉淀并沉积在喷射口外面。这些矿石质素很高,但目前开采的成本非常高[263]。在巴布亚新几内亚的海岸已发展使用机器人技术进行小规模的深海海底开采,但是障碍重重[264]

海水淡化是从海水中移除盐分留下适合饮用与灌溉的清水的技术。海水淡化2个处理方法,真空蒸馏逆渗透,并会消耗大量的能量。脱盐一般只在其他水源供应不足或在发电厂产生过量热能情况下能源充沛下才会使用。生产的副产品盐水包含一些有毒物质,被排出回海里[265]

海床上和海洋沉积物内存有大量的甲烷水合物处于大约2 °C(36 °F)的温度,这些有利于作为一种潜在的能量来源。一些人估计可用的数量有5百万立方公里[266]。同时海床上有锰结核,由多层的及其他在核心的氢氧化物组成。在太平洋这些可能覆盖多达30%的海海海底。这些矿物在海水中沉淀,并非常缓慢地增长。从中的商业开采在20世纪70年代发明,得因为有更方便的来源而放弃[267]。在适合的地方,钻石在海底透过抽吸软管抽取砾石来收集。在更深水的地方则使用流动海底挖掘机,并把沉积物泵送到上方的船只。在纳米比亚现时钻石从海洋开采比陆上常规方法收集的更多[268]

污染

人类活动导致大量物质进入海洋中,燃烧产物通过空气运输并经沉积进入海洋,农业、工业及污水重金属农药PCBs消毒剂、清洁剂和其他化学合成物通过河流运输进入海洋。这些物质在海洋表面膜和海洋沉积物——特别是在河口泥中聚集,这些污染物所导致的后果其实在很大程度上仍未知因为其涉及的污染物质数量众多并且目前缺乏这些污染物质的生物效应信息[269]

重金属主要是,这些重金属会在海洋无脊椎动物积累然后通过生物链往上层生物传递[270]

农业地区的肥料渗漏是一些地区主要的污染源,未经处理的污水排放也有相似的影响。这些污染源中所含的过多的养分除了会造成土地的富营养化外,因为养分通常是海洋系统的限制因素,所以这些过多的养分也会造成藻类的过渡繁衍(称为水华藻华)及赤潮,这样会使海水中的含氧量降低以致海洋生物死亡。这种效应已经造成了波罗的海和墨西哥湾的生态盲区英语Dead_Zone[271]。部分水华是由于蓝绿藻(蓝细菌)造成,这些蓝细菌会使滤食性英语Filter_Feeder贝类带有毒性从而使一些以贝类为主要食物来源的动物——如海獭受到伤害[272]

核设施同样会造成污染,如爱尔兰海就因塞拉菲尔德英语Sellafield核燃料处理厂造成放射性铯-137污染[273],另外核事故也会造成放射性物质渗透入海洋——2011年的福岛核事故[274]

废物(包括石油、有毒液体、污水和垃圾)向海洋的排放是受国际法所规管的,《防止倾倒废弃物及其他物质污染海洋的公约》(简称1972伦敦公约英语Convention on the Prevention of Marine Pollution by Dumping of Wastes and Other Matter)是一项为控制废弃物海洋倾倒的联合国协议,截至2012年6月8日已有89个国家批准加入该项公约[275]防止船舶污染国际公约(简称MARPOL 73/78)是国际海事组织为控制海上船只对海洋污染行为的国际公约,截至2013年5月已有152个海洋国家批准加入该项公约[276]

海洋上大部分的漂浮塑料垃圾并不会进行生物降解,即并不会随着时间分解并最终降解到分子水平,一些刚性塑料可以在海上漂浮多年[277]。在北太平洋环流中部,有一个永久的太平洋垃圾带累积了大量的漂浮塑料废物[278],在北大西洋环流中也有个类似的垃圾带英语North Atlantic garbage patch[279]。一些以海洋为觅食带的海鸟,如信天翁海燕等,常会误将人类产生的污染漂浮物当作食物并在其消化系统中因不能被消化而积聚,最终导致死亡,一些海龟和鲸鱼的胃中也会常发现有塑料袋鱼线。而较小的微型塑料英语Microplastics可能会下沉从而危及在海床上的滤食性海洋生物[280]

海洋中大部分的石油污染是来自于城市和工业制造[271]。石油污染对海洋生物的危害巨大,油性物质会使海鸟的羽毛阻塞从而降低羽毛的保暖性和隔水性并减少海鸟的浮力,或当海鸟尝试清理羽毛中的油性物质时会被摄入。虽然海洋哺乳动物受石油污染影响的程度没有海鸟所受的程度严重,但是它们也会可能因为清理皮毛上的油性物质而使皮毛的保暖性降低造成体温过低,或被这些石油污染物导致失明、脱水或中毒。而当油性物质下沉时,底栖无脊椎动物会被淹没,鱼类会中毒,海洋生物链会被破坏。短期来说,石油泄漏会导致海洋生物数量减少和种群失衡、人类的休闲活动会受影响、依赖海洋的人的生计被破坏[281]。所幸是海洋环境有着自我清洁的特性,清理海洋油污的细菌随着时间的推移自然出现,在墨西哥湾已经出现了以油污为食的细菌,这些细菌只花了几天的时间就把该区域泄漏的油污清理完[282]

海上民族

一些在海洋东南亚游牧民族土著族群居住在船艇上,并从海里获得几乎所需要的全部东西。莫肯人位在泰国的海岸、缅甸安达曼海的岛屿[283]巴瑶族源自苏禄群岛棉兰老岛婆罗洲北面[284]。一些吉普赛人精于自由潜水,能够下潜到30米(98英尺)水深,然而他们习惯于较安定的陆上生活[285][286]

北极的土着人民,例如楚科奇人因纽特人、Inuit 原住民族及尤皮克人会捕擸海洋哺乳动物,包括海豹鲸鱼[287]托雷斯海峡岛民声称拥有大堡礁的所有权,他们在岛屿上以传统方式生活,包括狩猎,钓鱼,种植和与在附近的巴布亚新几内亚人和澳洲人交易[288]

与大海有关的文化

WA 124772: An Assyrian warship carved into stone (700–692 BC) from the reign of Sennacherib. Ninevah, South-West Palace, Room VII, Panel 11. British Museum.
An Assyrian relief from c. 700 BC showing fish and a crab swimming around a 双层桨座战船.

在大众文化中,海的角色是十分矛盾的:既强大又安祥,美丽而又危险[7](p10)。在神话、宗教、文学、艺术、诗歌、电影、戏剧和音乐中,其都扮演了一定的角色[289]古人相信,大海是受到水神所控制的,故在发生各种与海有关的灾难时,需用各种方法使水神的负面情绪平息。不同文化的水神各有不同,例如《圣经》中的利维坦[290]希腊神话斯库拉[291]日本神话矶龙卷[292]、以及北欧神话挪威海怪[293][294](pp206–208)。大海亦常见出现于基督教意像英语Christian imagery中,耶稣使徒当中,就有几个原在加利利海工作的渔民。

"The Great Wave off Kanagawa" by Katsushika Hokusai. c. 1830.
葛饰北斋于1829年开始绘画的《神奈川冲浪里》,它是《冨岳三十六景》的首景。

在艺术此一领域中,人们对大海及与海有关的船只和生物的描绘多不胜数,从简单的像法国莱塞齐耶德泰阿克-西勒伊的洞穴壁画或早期基督教艺术中的耶稣鱼,以至稍微复杂一点的则有荷兰画家亨德里克·弗鲁姆英语Hendrik Cornelisz Vroom的作品,甚至复杂得像葛饰北斋浮世绘温斯洛·霍默所绘画的海景。荷兰黄金时期的画家如扬·波赛利斯英语Jan Porcellis亨德里克·杜博思英语Hendrick Dubbels、威廉·范德维德英语Willem van de Velde the Elder英语Willem van de Velde the Elder卢多尔夫·巴克赫伊森英语Ludolf Bakhuizen都曾在他们的作品中赞美过海洋以及军力巅峰时的荷兰皇家海军[295][296]

音乐也从海洋中获得了许多灵感。平静的水面、汹涌的波浪和海上的风暴,这些意象都被水手们吟唱在船夫号子中,来帮助他们在艰难的任务中协调步调。[297]与海相关的古典音乐有理查德·瓦格纳的《漂泊的荷兰人[298]克洛德·德彪西的《英语La mer (Debussy)》(1903-1905年)[299]查尔斯·维利尔斯·斯坦福的《海洋之歌》(1904年)和《舰队之歌》(1910年)、爱德华·埃尔加的《海景英语Sea Pictures》(1899年)及雷夫·佛汉·威廉斯的《海之交响曲英语A Sea Symphony》(1903-1909年)[300]

Winslow Homer, The Gulf Stream (1899). Oil on canvas; 71.5 x 124.8 cm. Metropolitan Museum of Art.
The Gulf Stream英语The Gulf Stream (painting) (1899) by Winslow Homer.

海,作为一个象征,几个世纪以来一直在文学和诗歌中反复出现。有时,它只是一个切入背景,而且总会引入像风暴、海难、战斗、苦难、灾难、希望的曙光亦或是死亡[301]。在写于公元前8世纪的史诗奥德赛》中[302]荷马描述了希腊英雄奥德修斯在《伊利亚特》中的战争结束后十年艰苦的返乡航程中所经历的诸多劫难[303]。在日本诗人松尾芭蕉(1644–1694)的俳句诗歌中,海也是一个反复出现的主题[304]。在现代文学中,像赫尔曼·梅尔维尔[305]约瑟夫·康拉德英语Joseph Conrad's career at sea[306]赫尔曼·沃克这样的海员也创作过许多受海启发的小说[307]精神病学卡尔·荣格认为,在释梦的时候,海象征着个人集体无意识[308]。尽管地球上生命的起源仍然是个争论中的问题[309],自然学家雷切尔·卡森却还是在《我们周围的海洋英语The Sea Around Us》中写道:“生命的源头是海洋,它孕育了种种生物,现在却被其中一种生物的活动所威胁,这是多么奇怪的情形啊。不过,虽然海洋环境不断恶化,但是这片无边的大洋仍然会继续存在下去,实际上,生物本身才是真正的受害者。”[310]

注释

  1. ^ 一种定义视海为海洋的分支,尽管现在国际海道测量组织以一种被视为合乎习俗但相当主观的方式[10] 将世界上海洋的边界按照没有被另外包括于海中的海域来定义[3]。另一种说法认为“海”是对于一个大部分被陆地包围的水体的简称[11],这种说法就没有包括马尾藻海的情况。第三种理论认为海以海盆为底,这种说法包含了里海的情形,因为里海曾经是古代一片海洋的一部分。[12]
  2. ^ 相应地,这一公约并不适用于里海的情况,在法律角度中它被视为“国际湖泊”。[14]
  3. ^ Hydrous ringwoodite recovered from volcanic eruptions suggests that the mantle transition zone between the lower and upper mantle holds between one[18] and three[19] times as much water as all of the world's surface oceans combined. Experiments to recreate the conditions of the lower mantle suggest it may contain still more water as well, as much as five times the mass of water present in the world's oceans.[20][21]
  4. ^ Human kidneys excrete urine that is around 2% saline,[30] so that drinking one liter of most forms of seawater will require drinking at least another liter of freshwater to prevent harmful英语Sodium in biology#Human water and salt balance excesses of sodium. Without this additional water, increased urination to remove the salt produces dehydration.[31]
  5. ^ To help put a change of this magnitude into perspective, when the pH of human blood plasma is raised from its normal 7.4 to a value above 7.8, or lowered to a value below 6.8, death ensues.[97]
  6. ^ Given that the most likely landfall regions have been under 50米(160英尺) of water since the end of the last ice age, it is unlikely that the timing will ever be established with certainty.[125] Two common theories are a crossing from Timor to the northwest Australian mainland around 70,000 years ago and a crossing from Sulawesi to New Guinea around 50,000 years ago,[125][126] possibly assisted by a tsunami.[127]
  7. ^ The Greek navigator Eudoxus was later reported英语Geography (Strabo) by Strabo to have accidentally discovered a wrecked ship from Gades on the northeast coast of Africa and to have then attempted two (failed) circumnavigations of Africa around 116 BC.[139]
  8. ^ 内水渔获量以固定的幅度成长,由1950年代的每年300万公吨到2010年的每年1100万公吨,但仍不到总渔获量的10%[185]

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