Procesy geologiczne, które zachodzą pod wodami morza, wpływają nie tylko na życie morskie, ale także na suchy ląd. Procesy, które kształtują baseny oceaniczne zachodzą powoli, przez dziesiątki i setki milionów lat. W tej skali czasowej, w której życie człowieka to zaledwie mgnienie oka, skały stałe płyną jak ciecz, całe kontynenty przemieszczają się po powierzchni ziemi, a góry wyrastają z płaskich równin. Aby zrozumieć dno morskie, musimy nauczyć się przyjmować nieznany nam punkt widzenia czasu geologicznego. Geologia jest bardzo ważna dla biologii morskiej. Siedliska, czyli miejsca, w których żyją organizmy, są bezpośrednio kształtowane przez procesy geologiczne. Forma linii brzegowych, głębokość wody, to czy dno jest muliste, piaszczyste czy skaliste i wiele innych cech siedliska morskiego jest zdeterminowanych przez geologię. Geologiczna historia życia jest również nazywana paleontologią.
Obecność dużej ilości ciekłej wody czyni naszą planetę wyjątkową. Większość innych planet ma bardzo mało wody, a na tych, które mają wodę, istnieje ona tylko jako wiecznie zamarznięty lód lub jako para w atmosferze. Ziemia, z drugiej strony, jest w dużej mierze planetą wodną. Ocean pokrywa większą część kuli ziemskiej i odgrywa kluczową rolę w regulacji naszego klimatu i atmosfery. Bez wody samo życie byłoby niemożliwe.
Nasz ocean pokrywa 72% powierzchni Ziemi. Nie jest rozmieszczony równo w stosunku do równika. Około dwie trzecie powierzchni lądowej Ziemi znajduje się na półkuli północnej, która jest tylko w 61% pokryta oceanem. Około 80% półkuli południowej to ocean.
Ocean tradycyjnie dzieli się na cztery duże baseny. Pacyfik jest najgłębszy i największy, prawie tak duży jak wszystkie inne razem wzięte. Ocean Atlantycki jest nieco większy od Oceanu Indyjskiego, ale ich średnia głębokość jest podobna. Arktyka jest najmniejsza i najpłytsza. Połączone lub marginalne z głównymi basenami oceanicznymi są różne płytkie morza, takie jak Morze Śródziemne, Zatoka Meksykańska i Morze Południowochińskie.
Chociaż zwykle traktujemy oceany jako cztery oddzielne jednostki, w rzeczywistości są one połączone. Najłatwiej można to zauważyć, patrząc na mapę świata widzianą z bieguna południowego. Z tego widoku jasno wynika, że Pacyfik, Atlantyk i Ocean Indyjski są dużymi odgałęzieniami jednego ogromnego systemu oceanicznego. Połączenia między głównymi basenami pozwalają wodzie morskiej, materiałom i niektórym organizmom przemieszczać się z jednego „oceanu” do drugiego. Ponieważ „oceany” są w rzeczywistości jednym wielkim, wzajemnie połączonym systemem, oceanografowie często mówią o jednym oceanie światowym. Odnoszą się również do ciągłego ciała wody, które otacza Antarktydę jako Ocean Południowy.
Uważa się, że Ziemia i reszta Układu Słonecznego powstały około 4,5 miliarda lat temu z chmury lub chmur pyłu. Ten pył był gruzem pozostającym z ogromnej kosmicznej eksplozji zwanej wielkim wybuchem, który astrofizycy szacują, że nastąpił około 15 miliardów lat temu. Cząstki pyłu zderzały się ze sobą, łącząc się w większe cząstki. Te większe cząstki z kolei zderzały się ze sobą, łącząc się w skały wielkości kamyków, które zderzały się, tworząc większe skały, i tak dalej. Proces ten trwał, w końcu budując Ziemię i inne planety.
Tak dużo ciepła zostało wytworzone podczas formowania się wczesnej Ziemi, że planeta była prawdopodobnie stopiona. To pozwoliło materiałom osiedlać się w obrębie planety zgodnie z ich gęstością. Gęstość to waga, lub bardziej poprawnie, masa, danej objętości substancji. Oczywiście, funt styropianu waży więcej niż uncja ołowiu, ale większość ludzi uważa ołów za „cięższy” od styropianu. Dzieje się tak dlatego, że ołów waży więcej niż styropian, jeśli porównamy te dwie substancje w równych objętościach. Innymi słowy, ołów jest gęstszy od styropianu. Gęstość substancji oblicza się dzieląc jej masę przez objętość. Jeśli dwie substancje zostaną zmieszane, gęstszy materiał będzie miał tendencję do tonięcia, a mniej gęsty będzie unosił się na wodzie.
W czasie, gdy młoda Ziemia była stopiona, najgęstszy materiał miał tendencję do płynięcia w kierunku centrum planety, podczas gdy lżejsze materiały unosiły się ku powierzchni. The lekki powierzchnia materiał ochładzać cienki skorupa. W końcu atmosfera i oceany zaczęły się formować. Jeżeli the ziemia osiedlać w orbita tylko nieznacznie bliżej the słońce, the planeta być w ten sposób gorący że wszystkie the woda odparowywać w the atmosfera. Z orbitą tylko trochę dalej od Słońca, cała woda byłaby wiecznie zamrożona. Na szczęście dla nas, nasza planeta krąży wokół Słońca w wąskiej strefie, w której może istnieć woda w stanie ciekłym. Bez wody w stanie ciekłym nie byłoby życia na Ziemi.
Ziemia składa się z trzech głównych warstw: bogatego w żelazo jądra, półplastycznego płaszcza i cienkiej skorupy zewnętrznej. Skorupa jest najbardziej znaną warstwą Ziemi. W porównaniu z głębszymi warstwami jest ona niezwykle cienka, niczym sztywna skóra unosząca się na powierzchni płaszcza. Skład i właściwości skorupy różnią się znacznie między oceanami a kontynentami.
Geologiczne rozróżnienie między oceanami a kontynentami jest spowodowane fizycznymi i chemicznymi różnicami w samych skałach, a nie tym, czy skały są pokryte wodą, czy nie. Część Ziemi pokryta wodą, ocean, jest pokryta ze względu na charakter skały, która leży u jej podstaw.
Skały skorupy oceanicznej, które tworzą dno morskie, składają się z minerałów zwanych zbiorczo bazaltem, które mają ciemny kolor. Większość skał kontynentalnych należy do ogólnego typu zwanego granitem, który ma inny skład mineralny niż bazalt i jest ogólnie jaśniejszy w kolorze. Skorupa oceaniczna jest gęstsza niż skorupa kontynentalna, choć obie mają mniejszą gęstość niż leżący u ich podłoża płaszcz. O kontynentach można myśleć jako o grubych blokach skorupy „pływających” na płaszczu, podobnie jak góry lodowe pływają po wodzie. Skorupa oceaniczna również unosi się na płaszczu, ale ponieważ jest gęstsza, nie unosi się tak wysoko jak skorupa kontynentalna. To dlatego kontynenty leżą wysoko i sucho nad poziomem morza, a skorupa oceaniczna leży poniżej poziomu morza i jest pokryta wodą. Skorupa oceaniczna i skorupa kontynentalna różnią się także wiekiem geologicznym. Najstarsza skorupa oceaniczna ma mniej niż 200 milionów lat, czyli jest dość młoda jak na standardy geologiczne. Skały kontynentalne, z drugiej strony, mogą być bardzo stare, tak stare jak 3,8 miliarda lat…!
W latach po II wojnie światowej sonar umożliwił pierwsze szczegółowe badania dużych obszarów dna morskiego. Badania te doprowadziły do odkrycia systemu grzbietów śródoceanicznych, 40 000 mil nieprzerwanego łańcucha wulkanicznych podmorskich gór i dolin, które okrążają kulę ziemską jak szwy piłki baseballowej. System grzbietów śródoceanicznych jest największym geologicznym obiektem na naszej planecie. W regularnych odstępach czasu grzbiet śródoceaniczny jest przesuwany na jedną lub drugą stronę przez pęknięcia w skorupie ziemskiej, znane jako uskoki transformacyjne. Od czasu do czasu podmorskie góry grzbietu wznoszą się tak wysoko, że przełamują powierzchnię, tworząc wyspy, takie jak Islandia i Azory.
Część grzbietu śródoceanicznego na Atlantyku, znana jako Grzbiet Śródatlantycki, biegnie przez sam środek Oceanu Atlantyckiego, ściśle podążając za krzywiznami przeciwległych linii brzegowych. Grzbiet tworzy odwróconą literę Y na Oceanie Indyjskim i biegnie w górę po wschodniej stronie Pacyfiku. Główny odcinek grzbietu we wschodniej części Pacyfiku nazywany jest Wzniesieniem Wschodniopacyficznym. Badania wykazały również istnienie systemu głębokich wgłębień w dnie morskim zwanych rowami. Rowy występują szczególnie często na Pacyfiku.
Gdy odkryto system grzbietów śródoceanicznych i rowów, geolodzy chcieli wiedzieć, jak powstały i zaczęli je intensywnie badać. Odkryli, że wokół tych elementów jest duża aktywność geologiczna. Na przykład, trzęsienia ziemi są skupione na grzbietach, a wulkany są szczególnie częste w pobliżu rowów. Charakterystyka skał dna morskiego jest również związana z grzbietami śródoceanicznymi. Począwszy od 1968 roku, głębinowy statek wiertniczy Glomar Challenger pobierał próbki rzeczywistych skał dna morskiego. Stwierdzono, że im dalej skały znajdują się od grzbietu grzbietu, tym są starsze. Jedno z najważniejszych odkryć pochodzi z badań magnetyzmu skał na dnie morza. Pasma skał o normalnym i odwróconym magnetyzmie biegną równolegle do grzbietu.
To właśnie odkrycie anomalii magnetycznych na dnie morza, wraz z innymi dowodami, doprowadziło w końcu do zrozumienia tektoniki płyt. Powierzchnia Ziemi jest rozbita na wiele płyt. Płyty te, składające się ze skorupy ziemskiej i górnych części płaszcza, tworzą litosferę. Płyty mają grubość około 100 km. W miarę tworzenia się nowej litosfery, stara litosfera jest niszczona w innym miejscu. W przeciwnym razie Ziemia musiałaby się stale rozszerzać, aby zrobić miejsce dla nowej litosfery. Litosfera jest niszczona w rowach. Rowy powstają, gdy dwie płyty zderzają się, a jedna z nich opada poniżej drugiej i wsuwa się z powrotem do płaszcza. Ten ruch płyty w dół do płaszcza nazywany jest subdukcją. Ponieważ subdukcja zachodzi w rowach, rowy są często nazywane strefami subdukcji. Subdukcja jest procesem, który powoduje trzęsienia ziemi i powstawanie wulkanów, również pod wodą. Wulkany mogą wynurzać się z dna morza, tworząc łańcuchy wysp wulkanicznych.
Teraz zdajemy sobie sprawę, że powierzchnia Ziemi uległa dramatycznym zmianom. Kontynenty zostały przeniesione na duże odległości przez ruchome dno morskie, a baseny oceaniczne zmieniły swój rozmiar i kształt. W rzeczywistości narodziły się nowe oceany. Wiedza na temat procesu tektoniki płyt pozwoliła naukowcom odtworzyć znaczną część historii tych zmian. Naukowcy odkryli na przykład, że kontynenty były kiedyś zjednoczone w jeden superkontynent zwany Pangaea, który zaczął się rozpadać około 180 milionów lat temu. Od tego czasu kontynenty przesunęły się na swoje obecne pozycje.
Woda morska
Właściwości wody morskiej wynikają zarówno z natury czystej wody, jak i z materiałów w niej rozpuszczonych. Ciała stałe rozpuszczone w wodzie morskiej pochodzą z dwóch głównych źródeł. Niektóre z nich powstają w wyniku chemicznego wietrzenia skał na lądzie i są przenoszone do morza przez rzeki. Inne materiały pochodzą z wnętrza Ziemi. Większość z nich jest uwalniana do oceanu w otworach hydrotermalnych. Niektóre są uwalniane do atmosfery z wulkanów i dostają się do oceanu w postaci deszczu i śniegu. Woda morska zawiera przynajmniej odrobinę prawie wszystkiego, ale większość rozpuszczonych materiałów składa się z zaskakująco małej grupy jonów. W rzeczywistości, tylko sześć jonów stanowi ponad 98% substancji stałych w wodzie morskiej. Sód i chlorek stanowią około 85% substancji stałych, dlatego też woda morska smakuje jak sól kuchenna. Zasolenie wody silnie wpływa na organizmy, które w niej żyją. Na przykład, większość organizmów morskich zginie w wodzie słodkiej. Nawet niewielkie zmiany w zasoleniu mogą zaszkodzić niektórym organizmom.