大黃素
海洋科學是研究海洋的自然現象、性質及其變化規律，以及與開發利用海洋有關的知識體系。它的研究物件是佔地球表面71％的海洋，包括海水、溶解和懸浮於海水中的物質、生活于海洋中的生物、海底沉積和海底岩石圈，以及海面上的大氣邊界層和河口海岸帶。因此，海洋科學是地球科學的重要組成部分，它與物理學、化學、生物學、地質學以及大氣科學、水文科學等密切相關。海洋科學的研究領域十分廣泛，其主要內容包括對於海洋中的物理、化學、生物和地質過程的基礎研究，和麵向海洋資源開發利用以及海上軍事活動等的應用研究。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。
海洋科學又是一門正在迅速發展的科學。近半個世紀以來，特別是20世紀60年代以來，隨著現代科學技術的迅速發展以及海洋資源開發利用規模的不斷擴大，海洋科學在社會經濟發展中的作用日益顯著，許多國家都非常重視海洋科學的基礎研究和開發利用海洋資源的技術研究，並且取得很大的進步。本文對海洋科學的研究物件和特點、學科體系和發展史及現狀作一概括的介紹。
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、地球的繞日執行軌道以及自轉週期等因素相互的作用和良好配合，使得地球表面大部分割槽域的平均溫度適中（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，而且地球上的水絕大部分是以液態海水的形式匯聚于海洋之中，形成一個全球規模的含鹽水體──世界大洋。地球是太陽系中惟一擁有海洋的星球。因此，我們的地球又稱為“水的行星”。
全球海洋總面積約3.6億平方公里，約佔地表總面積的71％，相當於陸地面積的2.5倍。全球海洋的平均深度約3800米，最大深度11034米，太平洋、大西洋和印度洋的主體部分，平均深度都超過4000米。全球海洋的容積約為13.7億立方公里，相當於地球總水量的97％以上。假設地球的地殼是一個平坦光滑的球面，那麼地球便成為一個表面被2600多米深的海水所覆蓋的“水球”。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。每年從陸地上被蒸發的淡水僅有7.2萬立方公里，約佔大氣中水汽總量的12.5％。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，從而構成了地球上週而復始的水文迴圈。
海水是一種含有多種溶解鹽類的水溶液。在海水中，水佔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為 3.5％。而世界大洋的總鹽量約為48×1015 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，它們佔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。溶解於海水中的氧、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。海洋對於生命具有特別重要的意義。海水中主要元素的含量和組成，與許多低等動物的體液幾乎一致，而一些陸地高等動物甚至人的血清所含的元素成分也與海水類似。研究證明，地球上的生命起源於海洋，而且絕大多數動物的門類生活在海洋中。在陸地上，生物集中棲息在地表上下數十米的範圍內;可是在海洋中，生物棲息範圍可深達1萬米。因此，研究生命起源的學者把海洋稱作“生命的搖籃”。
海洋作為地球水圈的重要組成部分，同大氣圈、岩石圈以及生物圈相互依存，相互作用，成為控制地球表面的環境和生命特徵的一個基本環節，並具有下面一些特徵：
第一，海洋是大氣-海洋系統的重要組成部分。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℃。由於太陽輻射能在地球表面上分佈的固有差異，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迴圈。從而引起能量重新分佈，使得赤道地區和兩極的氣候不致過分懸殊。海面在吸收太陽輻射能的同時，還有蒸發過程。海水的汽化熱很高，蒸發時便消耗大量熱量。反之，在水汽受冷凝結時又會釋放出相同的熱量。因此，海水的蒸發既是物質狀態的轉化，也是能量狀態的轉化。海面蒸發產生的大量水汽，可被大氣環流及其他區域性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，從而參與地表的水文迴圈，參與整個地表的物質和能量平衡過程。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。
全球尺度的海洋-大氣相互作用，不僅可以在幾個月、幾年內對地球上氣候帶來影響，而且可以在漫長的地質時期中導致顯著的氣候變異。地球表面的水，除海水以外，約有2％被束縛在固體水（冰）中，這也就是今天的南極洲和格陵蘭等冰川。 海洋-大氣相互作用和氣候演變，可以通過海平面的高度和冰川體積的變化顯示出來。地質學研究表明，在地球最近所經歷的10億年中，地球表面的水量是近似恆定的。由此可以推知，假若現代冰川全部融化則海平面將升高約60米。這對於人類無疑將是一場巨大的災難。事實上，在地質時期中，曾出現過大陸冰川發展和融化的多次交替，每次交替都影響地球的氣候、大氣環流和水文迴圈，引起生物的大調整。據地質學和古地理學的考察，在第四紀最大的冰期中，冰川的體積3倍於現代冰川，海平面則平均低於現代海平面約130米，露出了大部分大陸架。基於這些觀測事實，目前對地球氣候長期變異過程已建立多種“冰川-海洋-大氣”系統的相互作用模型，並從數值上模擬出接近觀測事實的結果。這種模擬結果大體同根據更新世地質、古地理資料復原的氣候演變相符。
第二，海洋是地球表面有機界與無機界相互轉化的一個重要環節。地球上存在著一個很薄的“生物圈”，它集中在地球表面三種形態的水的交介面附近。地球上這個有生命的物質圈層之所以能夠產生、進化並延續下去，是依靠大規模的物質和能量轉化以及有機物質和無機物質的相互轉化。而這些物質和能量的迴圈與轉化過程的方式和強度，在迄今已知的星球中也是獨一無二的。否則，我們賴以生存的地球將如同已知沒有發現生命現象的星球一樣，只能是一個死寂的世界。
海洋中的動物約16～20萬種，植物約1萬多種。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。在地球上，植物的光合作用能將無機物直接轉化為有機物，從而將太陽輻射能轉化為化學能。動物是不進行光合作用的，基本上依賴於消耗植物（直接或間接）而生存繁衍。假若植物的光合作用過程一旦中止，則絕大多數的動物就有滅絕的可能。這樣，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。在這鏈的每一個環節，都有物質和能量的轉化，包括真菌和細菌對動植物屍體的分解作用，把有機物轉化為無機物。於是，由植物、動物、細菌、真菌以及與之有關的非生命環境組成一個將有機界與無機界聯絡起來的系統，即通常所說的海洋生態系。這個系統的狀態，通常可用兩類指標來描述:一類是靜態指標，如生物量等；另一類是動態指標，如生產力等。根據有的學者估算，海洋的總生物量約為 3×1010噸，只有陸地總生物量的1/200左右，如按乾重計算則僅相當於陸地總生物量的1/350。但是，就生產率而論，海洋卻同陸地大體相當（海洋為4.3×1011噸/年，陸地為4.5×1011噸/年）；更值得注意的是，海洋有機物質的相對生產率(即生產力與生物量之比值)遠高於陸地，兩者之比相差200多倍。這是因為海洋中有機物質的生產者主要是單細胞生物，而陸地上有機物質的生產者主要是多細胞生物。
第三，海洋作為一個物理系統，其中發生著各種不同型別和不同尺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：
（1）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，使海水密度增大而下沉，並下沉至與其密度相同的等密度面或海底作水平運動；
（2）海面風應力驅動形成的風生運動，如風海流和風生環流等；
（3）天體引力作用產生的潮汐運動；
（4）海水運動速度切變產生的湍流運動；
（5）各種擾動產生的波動，如風浪、慣性波和行星波等。而海洋中的各種物理過程，通常除了按其物理本質分為力學、熱學、聲學、光學和電磁學等過程以外，一般按其特徵空間尺度（或特徵波數，主要是水平特徵空間尺度或波數）和特徵時間尺度（或特徵頻率），大致分為小尺度過程、中尺度過程和大尺度過程。其中，小尺度過程主要包括：小尺度各向同性湍流，海水層結的細微結構、聲波、表面張力波、表面重力波和重力內波;中尺度過程主要包括:慣性波、潮波、海洋鋒、中尺度渦或行星波；大尺度過程主要包括：海況的季節變化、大洋環流、海水層結的緯向不均勻性和熱-鹽環流等。
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佈和海洋沉積，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。
第四，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。
和大陸地殼相比較，大洋地殼缺乏陸上那種擠壓性的褶皺山系。巨大的大洋中脊主要由來自熾熱的地球深處的玄武岩所組成。觀測和研究表明，大洋中脊的裂谷是地殼最薄弱之處。這裡有頻繁的地震、火山活動和極高的熱流值，地球內部熾熱的熔岩通過這個薄弱帶不斷湧上來，冷卻後凝結成新的洋底地殼，並向兩側擴張。擴張速度可達每年1～16釐米。這種擴張過程迄今仍在繼續。這條全球性的大洋中脊和裂谷系以及海溝等構造活動帶把全球岩石圈分成六大板塊（歐亞板塊、非洲板塊、印度板塊、南極洲板塊、美洲板塊和太平洋板塊）和許多小板塊。板塊是位於地球軟流層上的剛性塊體，板塊的邊界是構造運動最活躍的地方，而板塊之間的相對運動則是全球構造運動的基本原因。
在板塊的分離、漂移和聚合作用下，海陸位置不時變動。在地質歷史上，大陸曾反覆裂離和聚合，大洋則屢經張開和關閉。2億年前，地球上只有一個超級大陸和超級大洋，當時還沒有大西洋和印度洋。近2億年來，大西洋和印度洋從無到有，從小到大，而太平洋卻在不斷地收縮。在一個表面積基本不變的地球上，一些大洋的張開必然伴隨著另一些大洋的縮小或關閉。海洋是個非常古老的地質體，海水的年齡可以遠溯至前寒武紀。但大洋地殼是一邊生長，一邊俯衝，處於不斷更新的過程。現代洋殼的年齡不到 2億年。古老的海水與年輕的洋底共存，應當說是海洋系統的一個重要特點。
20世紀70年代以來，海洋學者乘坐潛水器考察大洋中脊和裂谷，發現從裂谷底噴湧出來的熱泉。原來，冷海水沿裂隙滲入熾熱的新生洋殼內部，變成熱海水，熱海水和洋殼玄武岩之間發生強烈的化學反應。玄武岩中的鐵、錳、銅、鋅等被淋濾出來進入熱海水，從而噴出富含金屬的熱泉。由河流帶入海洋中的鎂、硫酸根，在上述過程中也大部分被中脊軸部的洋殼所吸收。據估計，沿著80000公里長的大洋中脊只需800～1000萬年，與世界海洋等量的海水就可以經過脊軸洋殼迴圈一遍。這對於海水化學成分的演化，不能不產生十分深遠的影響。
總之，海洋中發生的各種自然過程，在不同程度上同大氣圈、岩石圈和生物圈都有耦合關係，並且同全球構造運動以及某些天文因素(如太陽黑子活動、日-地距離、月-地距離、太陽和月球的起潮力等)密切相關，這些自然過程本身也相互制約，彼此間通過各種形式的物質和能量迴圈結合在一起，構成一個具有全球規模的、多層次的海洋自然系統。正是這樣一個系統，決定著海洋中各種過程的存在條件，制約著它們的發展方向。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、演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。
世界海洋中所發生的各種自然現象和過程具有自身的特點，海洋科學研究也相應地表現出某些特徵。
第一，在自然條件下對海洋中各種現象進行直接觀測是其基本研究方法。世界海洋是一個龐大而又複雜的自然客體，其中發生著各種尺度不一、性質不同的運動。它們的空間尺度可以從幾釐米到幾千公里，時間尺度從數秒到幾個月，甚至幾年，深層環流的時間尺度可長達數千年。影響海洋氣候狀態的一些天文因素，如地球軌道引數隨時間變化的尺度可達1萬年至10萬年的量級，至於大洋海盆形態變化的時間尺度，則長達幾百萬年至幾千萬年。這些不同尺度的運動現象之間存在著複雜的作用。由於質量運動連續性原理，海水的垂直運動總是和水平運動共存的，即使是同一種運動，也可以由不同的力學原因而引起。海洋科學還具有明顯的區域性特徵，即使是同一區域，海洋、水文、化學要素及生物分佈也是互相各異、多層次性的。因此，很難在實驗室裡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調查船等裝置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。
第二，在海洋科學研究中，海洋觀測儀器和技術裝置起著重要的作用，有時甚至是決定性的作用。海水深而廣，具有大密度和流動性，給人們的直接觀測帶來極大困難。從海面向下大約每增加10米，壓力就要增加一個大氣壓，在萬米深處，海水的壓力作用可以把潛水鋼球的直徑壓縮排幾個釐米，人類很難在這樣大的深處活動；從技術角度來說，人在深海底行走比在月球上漫步還要困難。海水對電磁波的吸收也相當顯著，在水深200米以下，可見光波被吸收殆盡。因此，靠簡單的手段去觀測海洋深層的生物活動、海底沉積和海底地殼的組成及變化是非常困難的。即使在海洋上層，海水處於不斷的流動和波動狀態，依靠一個點上的觀測資料，也很難說明面上的情況。增加調查船隻的數量固然可以擴大觀測範圍以取得大量必須的資料，但耗資巨大。因此，只有大力發展海洋觀測儀器和技術裝置才能取得所需要的大量海洋資料，以推動海洋科學的發展。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，新的技術的發明和應用，觀察實驗的精度以及資料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應用，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；高精度的溫鹽深探測裝置和海洋聲學探測技術的發展，則為海洋熱鹽細微結構的研究和海況監測提供了基本條件；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。
第三，資訊理論、控制論、系統論等方法在海洋科學研究中越來越顯示其作用。海洋科學的觀察主要是在自然條件下進行的，不能不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、區域性的資訊。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。所以，在海洋科學研究中比較著重於從資訊理論、控制論和系統論的觀點，研究海洋現象和過程的行為與動態，並根據已有的資訊，通過系統功能模擬模型進行研究，對未來海況作出預測。
第四，海洋科學研究和科學理論呈現出日益增強的整體化趨勢。如前所述，海洋中的各種現象和過程既表現出多樣性，又存在統一性。隨著海洋科學的發展，揭示出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。但是各個學科往往過多地強調本學科的獨立性、重要性，而忽視學科之間的內在聯絡。然而，近20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，而每一門分支學科只有在整個海洋科學體系的相互聯絡中才能得到重大發展，從而出現了現代海洋科學研究以及海洋科學理論體系的整體化趨勢。這不僅打破了各分支學科的傳統界限，而且突破了把研究物件先分割成個別部分，然後再綜合起來的傳統研究方法。要求從整體出發，從部分與整體、整體與外部環境的聯絡中，揭示整個系統的特徵和發展規律。例如，研究海洋中沉積物的形態、性質及其演化，就必須瞭解海流、生物和化學等因素對沉積物的搬運及影響過程；研究海洋生態系的維持、發展或被破壞的過程，必須瞭解海洋中有關的物理過程、化學過程和地質過程。
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應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物件，探索其發展規律;應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。
海洋物理學是以物理學的理論、技術和方法研究發生于海洋中的各種物理現象及其變化規律的學科。主要包括物理海洋學、海洋氣象學、海洋聲學、海洋光學、海洋電磁學、河口海岸帶動力學等。主要研究海水的各類運動（如海流、潮汐、波浪、內波、行星波、湍流和海水層的微結構等），海洋同大氣圈和岩石圈的相互作用規律，海洋中聲、光、電的現象和過程，以及研究有關海洋觀測的各種物理學方法。
海洋化學是研究海洋各部分的化學組成、物質分佈、化學性質和化學過程的學科。研究的內容主要是海洋水層和海底沉積以及海洋—大氣邊界層中的化學組成、物質的分佈和轉化，以及海洋水體、海洋生物體和海底沉積層中的化學資源開發利用中的化學問題等。海洋化學包括化學海洋學和海洋資源化學等分支。
海洋地質學是研究地球被海水淹沒部分的特徵和變化規律的學科。主要研究內容為：海岸和海底地形，海洋沉積的組成和形成過程，大洋地層學、洋底岩石的巖性、礦物和地球化學，海底地殼構造和大洋地質歷史，海底的熱流、重力異常、磁異常和地震波傳播速度等地球物理特性。海洋地質學當前研究的重大課題是海底礦產資源的分佈和成礦規律，大陸邊緣（包括島弧──海溝系）和大洋中脊為主的板塊構造，以及古海洋學等。
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佈、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。
如同自然科學中的其他學科一樣，海洋科學的各個基礎分支學科不僅互相聯絡，互相依存，而且互相滲透，不斷萌生出許多新的分支學科，如海洋地球化學、海洋生物化學、海洋生物地理學、古海洋學等。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絡，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。
海洋科學的基礎性分支學科的研究成果，是整個海洋科學的理論基礎，對海洋資源的開發利用和海洋環境工程等生產實踐起著指導作用。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應用到實踐中去，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應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，即海岸防護、海塗圍墾、海港建築、河口治理等；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，因此海洋工程除了包括人們熟知的海洋石油、天然氣開採外，還包括深海採礦、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。海洋科學研究成果的應用，由於服務物件不同，還相應地形成一些相對獨立的應用性學科，如海洋水文氣象預報、航海海洋學、漁場海洋學、軍事海洋學等。
隨著海洋開發，尤其是海底石油開採事業的發展，向海洋排洩廢棄物的增加等原因，海洋汙染日趨嚴重，海洋環境保護的研究越來越受到人們的重視。從20世紀60年代以來，逐步形成一個新的分支學科──海洋環境科學。
以上是現代海洋學研究的學科分類及其體系結構的梗概。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充套件，海洋科學的學科分類和體系將不斷地有所更新。
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。現在，有人認為海洋學是海洋科學的同義詞，有人認為海洋學僅指海洋科學的基礎性學科部分。縱觀海洋科學的歷史大致可以分為3個時期。
海洋知識積累時期
這是海洋學萌芽時期，時間從古代到18世紀末。
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“朝宗於海”的記載。公元前 4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1世紀，中國東漢王充曾科學地指出了潮汐運動和月亮執行的對應關係。
從15世紀到18世紀末，資本主義生產方式的興起，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佈和海洋自然地理概況為主。1405～1433年中國明朝鄭和率領船隊 7次橫渡印度洋；1492～1504年義大利航海家C.哥倫布4次橫渡大西洋，併到達美洲；1519～1522年葡萄牙航海家F.麥哲倫等完成了人類歷史上第一次環球航行；1768～1779年英國J.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、海流和海深以及珊瑚礁等資料。這些活動和成果，不僅使人們弄清了地球的形狀和地球上海陸分佈的大體形勢，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1596年中國屠本畯寫出地區性海產動物志《閩中海錯疏》；1670年英國R.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A.van列文虎克在荷蘭海域最先發現原生動物；1687年，英國I.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D.貝努利提出一種潮汐靜力學理論──平衡潮學說；1772年法國A.L.拉瓦錫首先測定海水成分;1775年法國P.-S.拉普拉斯首創大洋潮汐動力學理論，等等。
海洋學建立時期
從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 C.R.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《珊瑚礁的構造和分佈》，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。英國生物學家E.福布斯在19世紀40、50年代提出了海洋生物分佈分帶的概念，出版了第一幅海產生物分佈圖和海洋生態學的經典著作《歐洲海的自然史》。美國學者M.F.莫里為海洋學的建立作出了更為顯著的貢獻，在1855年出版的《海洋自然地理學》被譽為近代海洋學的第一本經典著作。1872～1876年，英國“挑戰者”號考察被認為是現代海洋學研究的真正開始。“挑戰者”號在12萬多公里航程中，作了多學科綜合性的海洋觀測，在海洋氣象、海流、水溫、海水化學成分、海洋生物和海底沉積物等方面取得大量成果，使海洋學從傳統的自然地理學領域中分化出來，逐漸形成為獨立的學科。這次考察的另一個成果是激起了世界性海洋研究的熱潮，很多國家相繼開展大規模的海洋考察，建立臨海實驗室和海洋研究機構。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7萬多個海洋深度資料等資料，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，各基礎分支學科（海洋物理學、海洋化學、海洋地質學和海洋生物學）的研究在大量科學考察資料的基礎上，也取得顯著進展，發現和證實了一些海洋自然規律。例如，海洋自然地理要素分佈的地帶性規律、海水化學組成恆定性規律、大洋風生漂流和熱鹽環流的形成規律、海陸分佈和海底地貌結構的規律以及海洋動、植物區系分佈規律等。這一時期的研究成果，由著名的海洋學家H.U.斯韋爾德魯普和M.W.約翰孫、R.H.弗萊明合作寫成的《海洋》(1942)作了全面而深刻的概括。它是海洋學建立的標誌。
現代海洋科學時期
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“的裡雅斯特Ⅱ”號1960年曾深潛到10919米的海洋深處，美國核潛艇“鸚鵡螺”號1958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1968年“蠍”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。
現代海洋科學已經發展成為一個相當龐大的體系。一方面是學科分化越來越細；另一方面是學科的綜合化趨勢又越來越明顯，海洋科學各分支學科之間，海洋科學同其他科學門類之間相互滲透、相互影響，往往萌發一些新的邊緣學科。與此同時，海洋研究的國際合作也大大加強。這一時期的代表性著作為M.N.海爾主編的《海洋》（已出7卷，1962～1981）和A.C.莫寧主編的《海洋學》（10卷，1977～1980）。這個時期海洋科學的發展有如下幾個基本特徵：
第一，對於具體的海洋自然現象或特定海區的研究，普遍地從傳統的靜態定性描述和簡單的因果分析向著動態定量分析發展，重視基礎理論、現場實驗和功能模擬研究，以“模擬化”的定量分析取代傳統的定性描述，以簡化和近似的模擬模型和數學模型去反映具體而複雜的自然實體，以實驗模擬或數值模擬和預測代替對現狀的估計。海洋科學的各個分支學科，都力圖將其研究物件的形態與本質、結構與功能、激勵與響應、穩定與起伏等有機地結合起來，作為具有動態變化的統一體系來考察，從而揭示新現象，發展新概念、新方法和新理論。例如，關於全球規模的大洋中脊和超深海溝系統、海底擴張和板塊構造、大洋深層環流和赤道潛流系統、中尺度渦和海水層化結構的細微結構、熱帶大西洋和全球大氣年際變化、全球大洋環流結構以及海洋生態系統和超深海的生物生理等問題的研究，都反映了這種趨勢。
第二，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、海洋中的物質迴圈和轉化、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。研究這些問題，使許多學科的研究工作越出了自己的經典領域。人們經常發現，構成本學科疑點的課題，往往要藉助於其他學科的理論和方法來解決。這就促使海洋科學近20年來產生許多邊緣學科和新的分支學科，而且呈現方興未艾之勢。
第三，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。板塊構造理論把大陸漂移、海底擴張、地震、火山活動、山脈演變、礦床生成等重要課題一起納入統一的理論體系，並比較合理地解釋了大陸和海洋盆地的現代格局，為進一步揭示地球的形成、結構以及演化規律提供了重要的理論根據。
第四，海洋調查方法現代化和海洋科學國際合作取得巨大進展。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，資料傳輸、處理系統的應用，航天遙感、遙測技術和水聲技術的應用，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、全球大氣研究計劃大西洋熱帶實驗、深海鑽探計劃，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。由於海洋研究的時-空譜段寬廣，狀態變數眾多，門類複雜和綜合性強等特點，因此新技術手段的引進和廣泛的國際合作研究，不僅在很大程度上克服了人力、船隻和財政方面的限制，能以最經濟、有效的方式迅速獲得大量的海洋自然資訊，而且能更準確及時地分析和檢驗有關研究成果，從而為現代海洋科學的發展開闢了廣闊的前景。