Geologische processen die zich onder de zeewateren afspelen, beïnvloeden niet alleen het zeeleven, maar ook het land op het droge. De processen die de oceaanbekkens vorm geven, verlopen langzaam, over een periode van tientallen tot honderden miljoenen jaren. Op deze tijdschaal, waarbij een mensenleven slechts een oogwenk is, vloeien vaste gesteenten als vloeistoffen, schuiven hele continenten over de aarde en groeien bergen uit vlakke vlaktes. Om de zeebodem te begrijpen, moeten we leren het onbekende gezichtspunt van de geologische tijd aan te nemen. Geologie is zeer belangrijk voor de mariene biologie. Habitats, of de plaatsen waar organismen leven, worden rechtstreeks gevormd door geologische processen. De vorm van kustlijnen; de diepte van het water; of de bodem modderig, zanderig of rotsachtig is; en vele andere kenmerken van een mariene habitat worden bepaald door deze geologie. De geologische geschiedenis van het leven wordt ook wel Paleontologie genoemd.
De aanwezigheid van grote hoeveelheden vloeibaar water maakt onze planeet uniek. De meeste andere planeten hebben heel weinig water, en op de planeten die water hebben, bestaat het alleen als eeuwig bevroren ijs of als damp in de atmosfeer. De aarde daarentegen is een echte waterplaneet. De oceaan bedekt het grootste deel van de aarde en speelt een cruciale rol bij het reguleren van ons klimaat en onze atmosfeer. Zonder water zou het leven zelf onmogelijk zijn.
Onze oceaan beslaat 72% van het aardoppervlak. Hij is niet gelijkmatig verdeeld ten opzichte van de evenaar. Ongeveer tweederde van het landoppervlak van de aarde bevindt zich op het noordelijk halfrond, dat voor slechts 61% uit oceaan bestaat. Ongeveer 80% van het zuidelijk halfrond bestaat uit oceaan.
De oceaan wordt van oudsher ingedeeld in vier grote bekkens. De Stille Oceaan is het diepste en grootste, bijna net zo groot als alle andere samen. De Atlantische “Oceaan” is iets groter dan de Indische “Oceaan”, maar de twee zijn vergelijkbaar in gemiddelde diepte. De Noordelijke IJszee is de kleinste en ondiepste. Verbonden of marginaal aan de grote oceaanbekkens zijn verschillende ondiepe zeeën, zoals de Middellandse Zee, de Golf van Mexico en de Zuid-Chinese Zee.
Hoewel we de oceanen gewoonlijk als vier afzonderlijke entiteiten beschouwen, zijn ze in feite met elkaar verbonden. Dit is het gemakkelijkst te zien op een kaart van de wereld, gezien vanaf de Zuidpool. Daaruit blijkt duidelijk dat de Stille Oceaan, de Atlantische Oceaan en de Indische Oceaan grote takken zijn van één groot oceaansysteem. Door de verbindingen tussen de grote bekkens kunnen zeewater, materialen en sommige organismen zich van de ene “oceaan” naar de andere verplaatsen. Omdat de “oceanen” in feite één groot onderling verbonden systeem zijn, spreken oceanografen vaak van één enkele wereldoceaan. Zij noemen de aaneengesloten watermassa die Antarctica omgeeft ook wel de Zuidelijke Oceaan.
De aarde en de rest van het zonnestelsel zouden zo’n 4,5 miljard jaar geleden zijn ontstaan uit een wolk of wolken van stof. Dit stof was overgebleven puin van een enorme kosmische explosie, de oerknal, die volgens astrofysici ongeveer 15 miljard jaar geleden plaatsvond. De stofdeeltjes botsten op elkaar en smolten samen tot grotere deeltjes. Deze grotere deeltjes botsten op hun beurt en smolten samen tot rotsen ter grootte van een kiezelsteen, die weer tegen elkaar botsten om grotere rotsen te vormen, enzovoort. Dit proces ging door en vormde uiteindelijk de aarde en andere planeten.
Tijdens de vorming van de vroege aarde werd zoveel hitte geproduceerd dat de planeet waarschijnlijk gesmolten was. Hierdoor konden materialen zich op de planeet vestigen, afhankelijk van hun dichtheid. De dichtheid is het gewicht, of beter gezegd, de massa, van een bepaald volume van een stof. Het is duidelijk dat een pond piepschuim meer weegt dan een ons lood, maar de meeste mensen denken aan lood als “zwaarder” dan aan piepschuim. Dat komt omdat lood meer weegt dan piepschuim als gelijke volumes van de twee worden vergeleken. Met andere woorden, lood heeft een grotere dichtheid dan piepschuim. De dichtheid van een stof wordt berekend door de massa te delen door het volume. Als twee stoffen worden gemengd, zal het dichtere materiaal zinken en het minder dichte materiaal blijven drijven.
Toen de jonge aarde gesmolten was, stroomde het dichtste materiaal naar het midden van de planeet, terwijl lichtere materialen naar het oppervlak dreven. Het lichte materiaal aan het oppervlak koelde af en vormde een dunne korst. Uiteindelijk begonnen de atmosfeer en de oceanen zich te vormen. Als de aarde maar iets dichter bij de zon had gestaan, zou de planeet zo heet zijn geweest dat al het water in de atmosfeer zou zijn verdampt. Als de aarde maar iets verder van de zon had gestaan, zou al het water eeuwig bevroren zijn geweest. Gelukkig voor ons draait onze planeet om de zon in een smalle zone waarin vloeibaar water kan bestaan. Zonder vloeibaar water zou er geen leven op aarde zijn.
De aarde is opgebouwd uit drie hoofdlagen: de ijzerrijke kern, de halflastische mantel en de dunne buitenkorst. De korst is de meest bekende laag van de aarde. In vergelijking met de diepere lagen is zij uiterst dun, als een stijve huid die boven op de mantel drijft. De samenstelling en de eigenschappen van de korst verschillen sterk tussen de oceanen en de continenten.
Het geologische onderscheid tussen oceanen en continenten wordt veroorzaakt door de fysische en chemische verschillen in de gesteenten zelf, en niet zozeer door het feit of de gesteenten toevallig met water bedekt zijn of niet. Het deel van de aarde dat met water is bedekt, de oceaan, wordt bedekt door de aard van het onderliggende gesteente.
Oceanische korstgesteenten, die de zeebodem vormen, bestaan uit mineralen die gezamenlijk basalt worden genoemd en die een donkere kleur hebben. De meeste continentale gesteenten zijn van het algemene type graniet, dat een andere minerale samenstelling heeft dan basalt en over het algemeen lichter van kleur is. De oceaankorst is dichter dan de continentale korst, hoewel beide minder dicht zijn dan de onderliggende mantel. De continenten kunnen worden gezien als dikke blokken korst “drijvend” op de mantel, net zoals ijsbergen op water drijven. Oceaankorst drijft ook op de mantel, maar omdat hij dichter is, drijft hij niet zo hoog als continentale korst. Daarom liggen de continenten hoog en droog boven de zeespiegel en ligt de oceanische korst onder de zeespiegel en is bedekt met water. De oceaankorst en de continentale korst verschillen ook in geologische ouderdom. De oudste oceanische korst is minder dan 200 miljoen jaar oud, vrij jong naar geologische normen. Continentale gesteenten kunnen daarentegen zeer oud zijn, tot wel 3,8 miljard jaar…!
In de jaren na de Tweede Wereldoorlog konden met sonar voor het eerst gedetailleerde overzichten van grote delen van de zeebodem worden gemaakt. Dit resulteerde in de ontdekking van het mid-oceanic ridge system, een 40.000 mijl lange ononderbroken keten van vulkanische onderzeese bergen en valleien die de wereldbol omcirkelen als de naden van een honkbal. Het mid-oceanische bergkammenstelsel is het grootste geologische kenmerk op de planeet. Op geregelde tijdstippen wordt de middenoceanische bergrug naar de ene of de andere kant verplaatst door scheuren in de aardkorst die bekend staan als transformatiefracturen. Af en toe rijzen de onderzeese bergen van de rug zo hoog op dat ze het oppervlak breken en eilanden vormen, zoals IJsland en de Azoren.
Het deel van de mid-oceanische rug in de Atlantische Oceaan, bekend als de Mid-Atlantische Rug, loopt recht naar beneden door het midden van de Atlantische Oceaan en volgt nauwgezet de krommingen van de tegenover elkaar liggende kustlijnen. De bergrug vormt een omgekeerde Y in de Indische Oceaan en loopt langs de oostzijde van de Stille Oceaan omhoog. Het belangrijkste deel van de bergrug in het oostelijk deel van de Stille Oceaan wordt de East Pacific Rise genoemd. Onderzoeken hebben ook het bestaan aangetoond van een systeem van diepe depressies in de zeebodem, loopgraven genaamd. Geulen komen vooral voor in de Stille Oceaan.
Toen het systeem van de middenoceanische ruggen en de geulen werden ontdekt, wilden geologen weten hoe ze waren ontstaan en begonnen ze intensief te bestuderen. Ze ontdekten dat er veel geologische activiteit is rond deze structuren. Aardbevingen doen zich bijvoorbeeld vooral voor op de bergkammen en vulkanen komen vooral voor in de buurt van geulen. De eigenschappen van gesteenten op de zeebodem houden ook verband met de mid-oceanische ruggen. Vanaf 1968 heeft een diepzee-boorschip, de Glomar Challenger, monsters genomen van het gesteente op de zeebodem. Men ontdekte dat hoe verder de rotsen van de kam verwijderd zijn, hoe ouder ze zijn. Een van de belangrijkste bevindingen kwam uit de studie van het magnetisme van gesteenten op de zeebodem. De ontdekking van de magnetische anomalieën op de zeebodem, samen met andere bewijzen, leidde uiteindelijk tot een begrip van de platentektoniek. Het aardoppervlak is opgedeeld in een aantal platen. Deze platen, die bestaan uit de korst en de bovenste delen van de mantel, vormen de lithosfeer. De platen zijn ongeveer 100 km dik. Als er nieuwe lithosfeer wordt gevormd, wordt de oude lithosfeer ergens anders vernietigd. Anders zou de aarde voortdurend moeten uitdijen om plaats te maken voor de nieuwe lithosfeer. De lithosfeer wordt vernietigd bij de geulen. Een geul wordt gevormd wanneer twee platen op elkaar botsen en de ene plaat onder de andere duikt en weer naar beneden in de mantel schuift. Deze neerwaartse beweging van de plaat in de aardmantel wordt subductie genoemd. Omdat subductie bij de geulen plaatsvindt, worden geulen vaak subductiezones genoemd. Subductie is het proces dat aardbevingen en vulkanen veroorzaakt, ook onder water. De vulkanen kunnen uit de zeebodem opstijgen om ketens van vulkanische eilanden te vormen.
We beseffen nu dat het aardoppervlak dramatische veranderingen heeft ondergaan. De continenten zijn door de bewegende zeebodem over grote afstanden meegevoerd, en de oceaanbekkens zijn in omvang en vorm veranderd. In feite zijn er nieuwe oceanen ontstaan. Kennis van het proces van plaattektoniek heeft wetenschappers in staat gesteld veel van de geschiedenis van deze veranderingen te reconstrueren. Wetenschappers hebben bijvoorbeeld ontdekt dat de continenten ooit verenigd waren in één enkel supercontinent, Pangaea genaamd, dat ongeveer 180 miljoen jaar geleden uiteen begon te vallen. De continenten hebben zich sindsdien verplaatst naar hun huidige positie.
Zeewater
De eigenschappen van zeewater zijn zowel te danken aan de aard van zuiver water als aan de stoffen die erin zijn opgelost. De vaste stoffen die in zeewater zijn opgelost, zijn afkomstig van twee belangrijke bronnen. Sommige zijn afkomstig van de chemische verwering van rotsen op het land en worden door rivieren meegevoerd naar zee. Andere materialen komen uit het binnenste van de aarde. De meeste daarvan komen vrij in de oceaan bij hydrothermale bronnen. Sommige komen vrij in de atmosfeer van vulkanen en komen in de oceaan terecht in regen en sneeuw. Zeewater bevat ten minste een beetje van bijna alles, maar de meeste opgeloste stoffen bestaan uit een verrassend kleine groep ionen. In feite maken slechts zes ionen meer dan 98% uit van de vaste stoffen in zeewater. Natrium en chloride maken ongeveer 85% van de vaste stoffen uit, wat de reden is waarom zeewater naar keukenzout smaakt. Het zoutgehalte van het water is van grote invloed op de organismen die erin leven. De meeste mariene organismen zullen bijvoorbeeld sterven in zoet water. Zelfs kleine veranderingen in het zoutgehalte zijn schadelijk voor sommige organismen.