7 海洋探索
第7章 海洋的歷史與探索林雨莊編譯
古代發現之旅
最早的證據表明人們越過陸地越海越遠，距今已有七萬年的歷史。對過去的氣候，考古學(使用回收的人工製品揭示歷史)和遺傳學(對遺傳特徵的研究)的研究證據表明，當今的所有人都是大約15萬年前居住在非洲的人的後裔。從那時起，他們的後代便移居到全球各地，並演變成我們今天所見的不同種族群體。大約80,000年前，一些早期的人從亞洲大陸向南穿越印度尼西亞。石器指向大約70,000年前的澳大利亞土著社區。為了到達那裡，土著人民越過帝汶(印度尼西亞最南端)和澳大利亞之間的160公里的距離。為此，他們必須越過船，駛過陸地。今天，這個距離大約是500公里寬，但是大約70,000年前，一個小型冰河時代使海平面降低了80公尺，從而縮小了距離。
從考古學有證據表明，從新幾內亞人通過4000殖民地美拉尼西亞附近的太平洋島嶼(這個名字的意思是“黑島”)。1500年前他們的後代到達了新幾內亞東部2,500公里以上的南太平洋島嶼湯加和薩摩亞。為了到達這些島嶼，殖民者必須駛過數百公里寬的空隙。從台灣島、菲律賓、新幾內亞、紐西蘭、大洋洲諸島，都同種源，統稱南島民族。
最早的海上航行船由風帆和/或船槳提供動力，其中包括獨木舟，原木筏，覆蓋皮膚的框架和蘆葦船。埃及和美索不達米亞(現在位於伊拉克的底格里斯河與幼發拉底河之間的地區)的雕刻顯示了至少5,000年曆史的各種設計的蘆葦船。到目前為止，一些南美人民仍然使用捆綁在一起的捆紮成船體形狀的蘆葦船，而一些南太平洋島民至今仍使用傳統的支腿獨木舟。
殖民者和商人
人們可能希望在數千年前穿越大洋並面對未知的水域有幾個原因。然後，像現在一樣，有些人感到探索的渴望。對於其他人，則有實際原因，例如尋找新的漁場，創造新的貿易機會或聯合新的土地。
埃及的海洋探索可追溯到約公元前2000 。講述了遠征隊從紅海出發進入印度洋，從蓬特(今索馬里)帶回香料和草藥的情況。大約在同一時間，地中海的埃及商人正向東北航行至黎巴嫩，以撿起雪松木造船。埃及缺乏用於建造船的大型樹木和優質木材。
希臘歷史學家希羅多德，記錄公元前460年，埃及法老尼科二世贊助在第七世紀Phoeni-奇安探險的會談。這次探險的目的是尋找一條從紅海到非洲南端的Mediter ranean的海路。幸運的是，在這條路線上航行時，腓尼基人受到順風和洋流的推動，他們成功完成了航行。希羅多德斯還寫道，錫和琥珀從“地球的盡頭”帶回。他指的是英國和愛爾蘭的寒冷地區以及北歐的國家和島嶼。早在此之前，來自中東和遠東的貿易商就在印度洋上廣泛航行。當然，在2000年前。波斯灣和印度河谷(今天的巴基斯坦)之間的海上貿易已經建立。
早期導航
如今，海上導航員可以依靠雷達，聲納，全球定位系統(GPS)和其他電子設備來精確繪製其位置和行進方向。然而，在過去的幾千年中，海員不得不閱讀周圍環境的線索以找到自己的出路。
在土地範圍內，沿海特徵(例如岬角和河口)提供了可靠的指南。古希臘人和埃及人建造了燈塔，以幫助將海員安全地帶到港口。除了土地之外，太陽的運動和天空中星星的位置都是值得信賴的嚮導。太陽從東方升起，在西方落下，因此觀察者可以估算出指南針四個點(北，南，東，西)的大致方向。在北半球，北極星(北極星)向北顯示。在南半球，稱為南十字星(Crux Australis)的恆星團位於南方。
最好的導航員還會閱讀周圍空氣和水中的標誌。地平線上的雲團和陸鳥或水鳥飛過，可能是附近土地的標誌。泥水錶明河口附近。經驗豐富的航海家可以通過海水的味道和顏色以及漂浮在其中的物體(海水的來源)來分辨。
在12世紀。歐洲海員從已經使用了數百年的中國帶回了磁性羅盤。磁性羅盤，其指針由磁性材料(例如礦物鐵礦)製成，可指示磁性北向(位於真實北向的大致方向上，但有時與一側成20至30度角)。即使雲層遮擋了太陽和星星，導航員也可以使用指南針來估計他們的行進方向。
除這些方法外，導航員還通過“航位推算”技術檢查進度。這涉及在考慮風和海流等因素的情況下估算航行速度和方向，然後在某種形式的地圖上繪製船舶的位置。該方法給出了行進距離和方向的粗略估計，可以在獲得更多信息時進行檢查。估計速度引起了今天仍然使用的兩個航海術語。將一根打結的繩子綁在木原木上，以估計船的速度。從手部拉出繩索的速度使船速以節(今天，相當於每小時一海哩，即每小時1.85公里/小時的速度。測量記錄在日誌中，海員仍在日誌中記錄測量和觀察結果。
維京人，阿拉伯人和中國人的探索
到了八世紀。維京人(斯堪的那維亞的海上居民)正離開人滿為患的家園，尋找新的土地進行耕種或定居。維京人的探索性海上航行船是長船，只有一條帆，每側都有一排划船者。造船廠用釘在中央木龍骨上的重疊木板形成了長型船優雅彎曲的船體。維京貿易船比軍艦更寬，更深，可以容納貨物。
維京人曾穿越俄羅斯的河流，並將其貿易帝國擴展到了東至黑海。其他人則沿著歐洲的大西洋海岸冒險並進入地中海，一直延伸到南部的克里特島。但最令人印象深刻的是，有些航行經過冰島和格陵蘭島穿越北大西洋。在克里斯托弗·哥倫布(Christopher Columbus)做到這一點之前，有近500年到達美洲。
大約1000 。維京酋長紅人埃里克(Erik the Red)的兒子雷夫·埃里克森(Leif Eriksson，約975-1020年)從格陵蘭島航行，尋找其他維京人先前航行時瞥見的西方土地。在穿越戴維斯海峽到達巴芬島，然後向南到達拉布拉多之後，埃里克森的探險隊最終降落在一個他們稱為Vinland(“葡萄之鄉”)的地方，因為那裡發現了許多漿果植物。1960年代，考古學家在紐芬蘭挖掘了維京人定居點的遺骸。這可能是Leif Eriksson在Vinland的住所。
在中世紀時期(歐洲仍屬於蒙昧的黑暗時期)，帆船的設計以及中國和阿拉伯海員的技能遠遠領先於歐洲。阿拉伯人是被稱為布姆(boums )的帆船，其帆從兩個或多個桅杆上懸掛下來，形成三角帆。這些船比當時的歐洲齒輪更具機動性，這些歐洲齒輪通常稱為“ 嵌齒輪”，通常在桅杆上懸掛一個方形帆。同時，中國人正在航行被稱為junk戎克船的大型船隻。這些船是平底的，有幾個桅杆和多個方形帆。最大的戎克船長55米，寬9 米，包含60個機艙。他們結合了先進的設計功能，例如防水隔間。如果有一個洞穿透船體，則只有一部分船隻會氾濫，船隻可能會繼續漂浮。
鄭和下西洋是指中國在明代早期1405年至1433年間的七場連續的大規模遠洋航海，跨越了東亞地區、印度次大陸、阿拉伯半島、以及東非各地，被認爲是當時世界上規模最大的遠洋航海項目。從1405年（明永樂三年）到1433年，明成祖命鄭和率領二百四十多海船、二萬七千四百名船員的龐大船隊遠航，拜訪了三十餘個西太平洋和印度洋的國家和地區。這段時期是在迪亞士發現好望角的七十年前及哥倫布發現美洲大陸的八十年前；是當時世界上規模最大的遠航航海項目。鄭和船隊七次下西洋的總航程達到七萬多海里，長度相當於地球圓周的三倍有多。
鄭和船隊曾經航行至東海、南海、泰國灣，繞過馬六甲海峽進入安達曼海及孟加拉灣，再繞過整個南印度至阿拉伯海、波斯灣，從亞丁灣進入紅海，亦有航行至東非馬達加斯加北部更遠的海域，到達沿海三十多個國家及島嶼，包括東南亞的爪哇、蘇門答臘、蘇祿、彭亨、真臘、暹羅；印度的古��、榜葛剌；阿拉伯半島的阿丹、天方、左法爾、忽魯謨斯；東非的木骨都束、莫三比克貝拉港。鄭和艦隊的七次遠洋有六次是在明成祖永樂年間（1402年至1424年），而最後的第七次遠航是在明宣宗宣德年間（1425年至1435年）。前三次遠航最遠到達印度西南海岸的卡利卡特，而第四次最遠航行至波斯灣的荷姆茲海峽；最後，船隊遠航至阿拉伯半島和東非肯亞。
葡萄牙探險家
歷史學家稱這30年的時間跨度是1492–1522年，是西方發現時代。在這一時期的開始，出生於意大利的航海家克里斯托弗·哥倫布(Christopher Columbus，1451-1506年)橫渡了大西洋。到最後，費迪南德·麥哲倫的探險之旅在世界各地航行。
三項發展帶動了這場海洋探險的爆發。1416年，葡萄牙的亨利王子(1394–1460)成立了一所學校，以最新的導航方法(確定到達目的地的位置和路線)和製圖(使用地圖)培訓海員。他的導航員被迅速派往服務，以尋找和殖民新土地並開發貿易路線。1453年，奧斯曼帝國蘇丹穆罕默德二世佔領了君士坦丁堡，並拒絕了歐洲人進入通往亞洲的主要陸上貿易路線。歐洲與遠東地區之間的貿易幾乎停頓了下來，歐洲也因此餓死了遠東地區的絲綢，香料，珠寶和無聊的烤肉。歐洲航海家開始認真尋找通往遠東的航線。第三個因素是教皇在1514年簽署的協議。這使葡萄牙有權在歐洲東部建立殖民地，而西班牙擁有在西部建立殖民地的權利。
在15世紀中葉，歐洲航海家仍然以可追溯到古羅馬時代的海圖為指導。這些圖表顯示非洲南部沒有海上航線。然而，隨著葡萄牙航海家們在非洲西海岸航行的越來越遠，到達南端只是時間問題。葡萄牙航海家巴塞洛繆·迪亞斯(Bartholomeu Dias，約1450-1500年)於1487-88年這樣做，他也許是第一個從好望角從大西洋航行到印度洋的歐洲人。1497–98年，瓦斯科·達·伽馬(Vasco da Gama，1460–1524年)航行穿過印度洋，到達印度卡利切特，開闢了一條通往亞洲(後來稱為印度群島)的新海路。
同時，在1492年，克里斯托弗·哥倫布(Christopher Columbus)乘西班牙國旗航行，通過西行路線到達印度群島。他相信，穿越大西洋，他將在幾千公里之內到達亞洲。他不知道的是，美洲(後來被稱為新世界)位於歐洲和亞洲之間。從加那利群島向西航行後，哥倫布的探險隊在五週沒有看到土地的情況下，於1492年9月6日到達巴哈馬。以為他已經到達了亞洲(印度)，他把當地居民稱為“印第安人”。
1514年羅馬教皇達成協議後，葡萄牙貴族費迪南德·麥哲倫(Ferdinand公尺agellan，1480–1524年)從西班牙人那裡獲得了航行前往香料群島(今天在印度尼西亞的Moluccas)的支持。他相信他可以向西航行，超越新大陸到達印度群島。像他之前的哥倫布一樣，他低估了距離。他於1519年9月從西班牙出發對五艘小型船隻進行了考察。在穿越大西洋並在南美航行後，他們不得不穿越廣闊的太平洋，歷時100天。在過境期間，工作人員只能吃老鼠，嚼皮革做飯，喝木屑製成的湯。他們到達了印度群島，但麥哲倫在1521年與菲律賓島民在一場小規模衝突中喪生。237人的遠征軍中只有18人穿越印度洋，完成了環球航行，並於1522年9月回到西班牙。已經完成了令人難以置信的70,000公里旅程，這是第一次環球航行。
西北通道
麥哲倫(Magellan)的探險隊沿南海路線從大西洋到達太平洋。到16世紀中葉，歐洲海員已經知道，如果存在北美洲的北海通道，通向亞洲的路線會更短。他們開始尋找西北通道。
英國海員馬丁·弗羅比舍(Martin Frobisher，約1535-94年)在1576年至1578年之間的三次航行中尋找通行證。他到達加拿大北部的各個島嶼，聲稱對英國的伊麗莎白一世是幾次，但未能找到穿過冰冷的海洋。因此開始了300多年的搜索工作，其中包括Dane Vitus Bering(1681–1741)等航海英雄，以及英國探險家Henry Hudson(ca. 1570–1611)和William Baffin(ca. 1584–1622)等海圖繪製者這個北部地區越來越多。他們的功績記錄在北風和海景的名稱上：白令海峽，哈德遜灣，巴芬島。英國人約翰·富蘭克林(1786–1847)的致命的1845–47年探險最終導致了西北航道的最終發現。他的兩艘船被冰鎖住了，當整個冬天都在冰凍的條件下度過冬天之後，他們試圖步行到安全地帶，整個探險隊都滅了。後來的探險隊發現了他們的遺體，其中包括書面證據，表明富蘭克林的探險隊已經在加拿大北部的島嶼上找到了聖賢。由羅伯特·麥克盧爾(Robert公尺cClure)(1807–73)率領的一次英軍探險隊在尋找富蘭克林探險隊的遺骸時，於1851年進入西北聖賢，當時他們的船被冰層快速鎖住了。最終，在1903–06年，挪威極地探險家羅爾德·阿蒙森(Roald Amundsen)(1872-1928年)首次乘坐蒸汽帆船Gjöa 進行了西北通道的成功海上航行。即使在今天，這條路線也只能由幾艘破冰船和潛艇安全通過。
南部大陸
英國航海家詹姆斯·庫克(James Cook)船長(1728–79)是當時的不尋常人。當其他海員在探索未知的海洋和島嶼發家致富時，庫克對繪製未知的海洋和海岸以及進行科學發現更加感興趣。這些利益使他進行了三場開創性的太平洋之旅。
在他的第一次太平洋航行中(1768–71)，庫克尋找了名為Terra Australis的南部大國，今天我們將其稱為南極洲。在庫克時代，地理學家認為，南半球存在大量尚未發現的陸塊，以平衡北半球的陸塊。庫克沒有找到南極洲，但他確實繪製了新西蘭和新幾內亞的海岸線圖。他還確定，荷蘭海員被稱為“新荷蘭”的土地是大陸性陸塊(我們現在將其稱為澳大利亞，意思是“南部土地”)。他降落在澳大利亞東海岸，並聲稱該土地為英國殖民地。
在他的第二次太平洋探險(1772-75年)中，庫克在南極洲附近航行，到達其海岸160公里時，然後被冰所阻擋。但他從未見過該大陸，並斷定該大陸不存在。它留給了俄羅斯航海家Fabian von Bellingshausen(1778–1852)在他的1819–21探險期間發現了南極洲。同時，庫克進行了第三次太平洋航行(1776–79年)，這次是從太平洋一側尋找通過西北航道的路線。在北太平洋航行時，他發現了夏威夷群島，並繪製了北美太平洋海岸的大部分海岸線。他沒有找到西北通道，1779年回到夏威夷，在與島民的爭執中被殺。
庫克在太平洋地區的遺產包括以前未映射的海岸線和未發現的島嶼的高精度圖表。他開創了一種科學的方法來精確測量海水溫度，風速，海流和水深。他參加探險的博物學家帶回了異國植物和動物的標本和圖紙，這鼓勵了其他歐洲探險家前往太平洋。
海洋學的開端
海洋學(海洋科學)的誕生進展緩慢。迄今為止，最大的問題是海洋是如此之大，如此之深，難以探測。第四世紀的希臘哲學家亞里士多德是最早以系統方式研究海洋及其海洋生物的國家之一。他確定了約180種海洋動物，並提出了為什麼鹹海的原因。但事實並非如此，直到近2000年後，在17世紀60年代，歐洲研究人員開始對海洋科學研究產生興趣。倫敦皇家學會的研究員寫了一份實用指南，鼓勵海員在海上進行科學測量，例如獲取海溫讀數和深度探測值，並使用網捕撈微小的海洋生物。但是，最大的問題是，海員無法看到自己的確切位置。使用星盤，四分之一職員或後勤人員等設備，他們可以測量太陽或某些恆星在地平線上方的高度(海拔)，從而計算其緯度(南北位置)。但是他們沒有測量經度(東西方向)所需的精確時計。隨著18世紀精確時計(天文鐘錶)的發展，經度突然變得可測量，海員可以在海上繪製精確位置。詹姆斯·庫克(James Cook)在他的第二次太平洋探險(1772-75)中，將約翰·哈里森(John Harrison)最先進的計時表之一帶到了海上。庫克使用天文鐘和六分儀找到他的船的精確位置，從而繪製出了當時最好的圖表。
到1800年代初，幾個航海國家的政府都在製作準確的海圖。海上安全通道(例如，避免可能會使船隻沉沒的暗礁)對一個國家的漁業，海上貿易和海軍成功至關重要。探險者開始研究從海洋深處拖來的生物。1817–18年，蘇格蘭探險家約翰·羅斯(John Ross)(1777–1856年)在加拿大巴芬灣(Baffin Bay)的1,250公尺以上的深度拖動了蠕蟲和海星。大約20年後，他的侄子詹姆斯·克拉克·羅斯(James Clark Ross，1800-62年)在南極洲附近超過4,000公尺的深處捕獲了類似的動物。詹姆斯·克拉克·羅斯(James Clark Ross)得出結論，在世界許多地方，類似物種必須生活在寒冷的深處。然而，英國自然學家愛德華·福布斯(Edward Forbes，1815–54年)在1840年代將細網捕撈在船後以捕獲小型海洋生物的想法卻得出了截然不同的結論。他指出，拖曳越深，他收集的生物就越少。他估計，深度超過550公尺時，將根本沒有海洋生物。當然，面對羅斯的早期發現，他的結論不成立，但他的想法聽起來很合理，因為很少有人能想像有足夠的溫暖，食物或氧氣來維持深海生物的生存。正是這樣的論點促使一些博物學家在19世紀中葉發起遠征，以研究深海的生命(如果有的話)。
挑戰者 遠征
在1868–69年英國軍艦成功進行海洋探險之後，英國科學家威廉·班傑明·卡彭特(William Benjamin Carpenter，1813–85年)和查爾斯·懷維爾·湯姆森(Charles Wyville Thomson，1830–82年)說服英國政府為將軍艦改建為浮動研究實驗室而付出了代價。因此，世界上第一艘海洋學船HMS Challenger 誕生了。該船配備了數百公里的繩索和鋼琴線，用於進行測深(深度讀數)，以及約20公里的纜線，用於拖曳挖泥船和採樣網，該船隊載有240名船員和9名科學家。
在挑戰者遠征載於1872年，目的是“探索深海的所有方面。” 三年半後，探險隊返回大西洋，印度洋和太平洋，並完成了127,500公里的發現之旅。一次航行所產生的海底世界信息要比以前進行的所有探險活動的總和還多。在這次探險的科學測量中，海床有133艘挖泥船，151艘使用袋狀網的中間拖網拖網和492深度讀數。科學家們發現了4,000多種新物種，在深海底發現了奇怪的馬鈴薯大小的金屬塊(錳結核)，並將世界上最深的部分-瑪麗亞海溝(Mari-ana Trench)-探空了超過8公里使用鋼琴線。來自英國和其他地區的數十名科學家花了20多年的時間檢查了這次探險的所有標本並分析了所有結果。探險隊的發現以50厚厚的捲出版，奠定了海洋學的基礎。
國際合作
Matthew Fontaine公尺aury早在1830年代就一直在鼓勵海員與來自不同國籍的科學家之間的合作。共享信息給人們帶來了希望，即使海洋面積巨大，也可以將海洋知識拼湊在一起。無論如何，來自不同國家的人都有共同的問題。早在1870年代，斯堪的納維亞科學家就懷疑北海鱈魚和鯡魚的種群被過度捕撈-捕獲的魚類數量超過了自然繁殖所能替代的數量。如果是這樣，這將是所有北海捕魚國家的關切。由於這些共同利益，1902年成立了第一個國際海洋研究組織，即國際海洋探索理事會(ICES)。
摩納哥的阿爾伯特一世親王(1848–1922年)對海洋學產生了濃厚的興趣，他發起並領導了國際海洋學考察活動，在1880年代中期至1915年間進入地中海和北大西洋。1905年，他發表了第一本深度著作世界所有海洋的圖表。
現代海洋學
現代海洋學的發展始於基於電子技術的新技術的引入。諸如聲納之類的電子設備使科學家能夠“看見”海浪之下。1925–27年，德國人在流星研究船上進行的南大西洋海洋學考察是第一個使用迴聲測繪來繪製海盆輪廓的大型調查。
1945年，第二次世界大戰結束後，美國和幾個歐洲國家的海軍將其許多小型戰艦出售。這使海洋學研究中心有機會廉價地購買船隻，並已安裝了電子設備。在1940年代末和1950年代初，使用聲納和地震技術繪製了許多深海海底圖。在1950年代中期，紐約Lamont-Doherty地質天文台的一組科學家彙編了這些數據，以繪製世界海底地圖。他們的發現揭示了蜿蜒穿過世界海洋的大洋中脊系統。反過來，這又導致其他科學家提出了海底擴散假說(參見“海底擴散”，第34-35頁)，新的海底形成於海中脊並向外擴散。1968年，美國深海鑽井船Glomar Challenger 開始採集海底沉積物和地殼的岩心。這次調查的結果表明，靠近洋中脊的地殼和沈積物比遠處的地殼和沈積物年輕。這些證據支持了海底擴散的想法，這反過來又幫助證實了板塊構造學說，即地球表面是由許多巨大的，緩慢移動的板塊組成的。
今天，海洋研究人員將電子傳感器降低到海中，以測量海水的溫度及其導電能力(鹽度的量度)。信息被轉發回船上，並使用計算機進行編譯和分析。這樣，一天之內就可以在不同深度和多個位置進行讀數。在電子時代之前，科學家必須使用耐壓溫度計一次讀取一次讀數，並取回水樣，然後將其化學分析後再返回船上。如今，海洋數據可以更快，更省力，更低成本地收集。即使這樣，一艘海洋圖形研究船每天的運行費用也要超過50,000美元。使用基於衛星的全球定位系統(GPS)可以精確記錄每個樣品的船位。遙感衛星從太空監視海面並收集其他信息。
潛水 探索
對於人類而言，在海面以下潛水一直是一個挑戰。作為呼吸呼吸的陸地上生活的哺乳動物，人們需要攜帶空氣來保持水下幾分鐘以上。人們還需要保護和絕緣，以防止珍貴的身體熱量迅速洩漏到周圍的水中。
在1690年代，英國科學家埃德蒙·哈雷(Edmond Halley，1656–1742)設計並測試了潛水鈴。這種木製錐形裝置因其形狀而被稱為鍾形，頂部閉合，底部敞開，被放進水中，內部被空氣困住。自由潛水者(沒有口罩或呼吸設備的潛水者)可以從下面進入鈴鐺並呼吸內部的空氣，然後再次游泳。隨著鐘聲內部的空氣變得陳舊，桶中的新鮮空氣從下方排入鐘聲中。使用這種鈴鐺的潛水員可以在水下工作，以建造或維修橋樑支座和港口圍牆。
在1800年代中期，德國發明家奧古斯都·西貝(Augustus Siebe，1788–1872年)設計了潛水頭盔和西服組合，直到1900年代中期，它已成為通用的標準裝備。該套裝可保護潛水員免受寒冷侵害，黃銅頭盔可抵抗水壓。從地面抽出的新鮮空氣提供了氧氣。使用該鑽機的潛水員可能會在水下50公尺以上的水下停留一小時或更長時間。他們笨拙地穿著鉛配重的靴子和厚重的頭盔，但是他們無法游泳。
到1800年代後期，發明者開始開發各種水肺設計(自給式水下呼吸器)，使潛水員能夠背負空氣供應。但是直到1943年，法國潛水先驅雅克·庫斯托(Jacques Cousteau，1910-97年)和工程師埃米爾·加格南(ÉmileGagnan)才開發出一種新型的呼吸閥，徹底改變了淺水潛水技術。他們的發明被稱為需求閥，使用戶能夠以與水下環境相同的壓力呼吸空氣。空氣由潛水員背部的高壓氣罐提供，他們呼出的空氣以氣泡的形式升至水面。與早期的水肺潛水設計相比，這種被稱為aqualung的設備更安全，更易於使用。結合橡膠潛水服，面罩和腳蹼，aqualung為潛水員提供了在水下游泳一個小時或更長時間的新自由。
今天，大多數淺水潛水員都使用某種形式的水肺。在更深的深度(低至約600米)中，潛水員使用大氣服，將身體包裹在耐壓的外殼中，並在其中呼吸大氣壓力的空氣。
水下潛水器
潛水艇是雪茄形的潛水船。海軍將其用於軍事目的，儘管越來越多的商業組織正在開發淺水潛艇作為遊客的水下觀察平台。潛水器是各種設計的小型潛水工具，通常用於水下研究和探索。
海軍一直保密，潛艇可以潛入多深，但是最複雜的潛艇可能潛入1,000公尺以上的小地方。承受深海高壓的一種解決方案是設計一種基於球體的工藝，這種球體可以在所有方向上均等地承受壓力。
1934年，動物學家威廉·比貝(William Beebe)和工程師奧蒂斯·巴頓(Otis Barton)在具有觀察孔的空心鋼球中進行了破紀錄的潛水，該觀察孔被稱為“水圈” (“深層球”)。這艘船從一艘船上被降到了923公尺的深度。Beebe和Barton成為最早在自然環境中觀察深海生物的人。瑞士工程師奧古斯特·皮卡德(Auguste Piccard，1884年至1962年)在1948年擴大了水域設計，當時他製作了一個深水船。本質上，這是一個潛艇形的浮力和推進裝置下方的水圈。1960年，皮卡德(Piccard)的兒子雅克(Jacques)和美國海軍軍官唐·沃爾什(Don Walsh)下降了10,912公尺，到達了位於貝里斯凱普里雅斯特的馬里亞納海溝的底部。這是任何潛水器在此之前或之後的最深下降。
如今，只有十幾個水下航行器可以下降到約4,000公尺以上，而只有大約一半的水下航行器被設計為到達約6,000公尺的深海平原最深處。將人們帶到如此深處是危險且昂貴的，並且由於人類對食物，氧氣，定期睡眠等的需求，攜帶人員會嚴重限制潛水的時間。越來越多的科學家希望機器人可以從深海中收集信息。
圖7-4 不同潛水方法和交通工具所能到達的深度，以及他們可進入的世界海底百分比
海洋探索衛星
繞地球軌道運行的衛星是當今海洋學家中最有用的研究工具之一。諸如Seasat，SeaWiFS，Nimbus-7 和ENVISAT的專用遙感衛星裝有兩種類型的傳感器的組合，以監視海表和近地表水域。
有源傳感器向下發射無線電波，這些無線電波從海面反彈並返回衛星。無線電波返回所花費的時間以及它們被海面散射的方式揭示了有關海平面高度，表面坡度和表面粗糙度的信息。這為科學家提供了有關海浪的大小，表面風的方向和強度以及洋流造成的傾角和凸起的信息。海面也跟隨海床的上升和起伏，因此繪製海面圖可以幫助科學家確定海床的輪廓。在1990年代，美國科學家沃爾特·史密斯(Walter Smith)和戴維·桑德威爾(David Sandwell)將衛星數據與深度測深和聲納測量中的現有數據結合在一起，以更新海底地圖。
安裝在海洋衛星上的無源傳感器可以檢測溫度(以從海面發出的紅外輻射的形式)和從水體頂部幾十碼處自然反射的顏色。布朗發現從附近河流排入海中的泥漿顆粒的存在。綠色可以顯示浮游植物的花朵。黑色可以洩漏出石油。在許多情況下，科學家通過從船上抽取水樣來檢查著色的來源，但是隨著科學工作者收集到更多的數據，他們對導致不同色調的原因更有信心。事實證明，衛星遙感技術在幫助科學家監測污染事件，發現違反捕魚法規的船隻以及評估生物污染方面具有無價的作用。基於浮游生物水華的存在，海洋不同部分的生產力。
測試理論
來自南太平洋的波利尼西亞島嶼塔希提島的一個古老傳說講述了最早的波利尼西亞人是從東方(美洲)到達的，而不是大多數學者認為的從西方(亞洲)到達的。1940年代，挪威人類學家(研究人類文化發展的人)索爾·海耶達爾(Thor Heyerdahl，1914年- 2002年)決定測試這個古老的傳說是否可以基於事實。他建造了類似秘魯古代印加人使用的類似輕木筏設計的輕木筏。他以印加太陽神為名，稱其為Kon-Tiki 工藝。1947年，海耶達爾和他的船員從秘魯啟航，乘著脆弱的手工藝品前往南太平洋諸島。他們在101天后到達，行駛了7,000公里，並證明在古代可以進行這樣的旅行。儘管有這種示威，但今天的證據仍然支持波利尼西亞人是從西方而不是東方到達的觀點。
哈里森的天文鐘
約翰·哈里森(1693年- 1776年)，英國櫥櫃製造商和鍾匠，徹底改變了海上航行。1707年，四名英國軍艦擱淺，造成海難，造成2000人喪生，這是因為導航員錯誤估計了經度(東西方位置)。1714年，英國政府向所有能夠設計出一種在海上精確測量經度的方法的人提供了巨大的獎勵。一種方法涉及準確測量相對於標準時間的本地時間。
在其軸線上一次(360地球繞轉° )，每24小時，所以經度之一度是相當於四分鐘的時間內([24 × 60] ÷ 360)。經度為零度位於倫敦格林威治。假設船' 的時鐘設置為格林威治標準時間(GMT)，以及VES-SEL是向西航行。如果工作人員發現，在當地中午(當太陽最高的天空)的時鐘讀12:20，然後船“ 的立場是東經5 ° W.這種方法是有效的- 但只有具有高度精確的時鐘。早期的時鐘受到船的俯仰和搖擺的影響，並且眾所周知是不准確的。然而，在1735年至1770年之間，哈里森設計了一系列革命性的精確時計，稱為天文鐘錶。負責確定獲獎者的法官們希望一位科學家贏得哈里森的獎金，並不公平地扣留獎金，直到1773年他80歲時。
海洋學研究起始
美國海軍軍官Matthew Fontaine公尺aury(1806 – 73)因一次馬車事故而離職，使他跛腳。被迫在海軍辦公室而不是海上工作，他開始從各種來源收集有關風和海流的數據。他鼓勵不同國籍的海員以系統的方式收集風力和當前數據，並將其匯總為圖表。他還協助組織了1853年在布魯塞爾舉行的第一屆國際氣象會議。1855年，他出版了國際暢銷書《海洋物理地理學》。這本書結合了有關海洋及其居民的理化性質的廣泛信息。它也包括了世界“ 第一個洋盆的深度圖(北大西洋)。許多海洋科學家認為莫里' 書海洋學的第一經典作品和 “ 海洋之父。”
第一個海洋實驗室
1872年，這一年HMS 挑戰者開始了遠征，德國生物學家安東·多恩(1840年- 1909)建立了世界“ 首個成功的海洋實驗室，那裡的研究人員可以研究的實驗條件下海洋生物。馬修·莫里(Matthew公尺aury)在美國內戰中曾站在同盟國一邊，在美國政府的支持下失寵了，美國的海洋科學時代也很艱難。在此背景下，1870年代，瑞士動物學家亞歷山大·阿加西茲(Alexander Agassiz，1835年- 1910年)和其他對海洋感興趣的動物學家開始在馬薩諸塞州伍茲霍爾地區進行沿海調查。最終，該地區海洋實驗室的存在導致了1930年伍茲霍爾海洋學研究所(WHOI)的建立。1903年，亞歷山大·阿加西茲(Alexander Agassiz)的前學生威廉·里特(William Ritter)在美國西海岸建立了海洋研究實驗室。1912年，它變成了斯克里普斯生物學研究機構，現在是總部位於加利福尼亞州拉霍亞的斯克里普斯海洋學研究所。斯克里普斯(Scripps)和伍茲霍爾(Woods Hole)等海洋實驗室向公眾解釋了海洋生物，但它們的主要作用是充當研究中心。探險隊從這些中心發出，然後返回以檢查其樣本，分析其數據並發布其發現。
潛水器阿爾 文
阿爾文(Alvin)是由伍茲霍爾海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institute)操縱的三人潛水器，旨在潛水至4,500公尺米的深度。它於1964年發射升空，1966年在地中海發現了一顆丟失的氫彈。1977年船員接近加DIS覆蓋顯著的動物群落在約2225米的深度PAGOS群島。1986年，阿爾文(Alvin)探索了泰坦尼克號的殘骸。每三年更換和更新Alvin 的零件時，都會對其進行大修。自1964年以來，各種型號的Alvin 潛水計已超過3500次。2001年– 02 月，科學家和電影製片人在Alvin 修復了IMAX格式的電影攝影機。相機在熱液噴口處拍攝了這些生物，以拍攝大幅面故事片。
