Biển

Biển là một khu vực nước mặn rộng lớn, nối liền với các đại dương hoặc là các hồ lớn chứa nước mặn không có lối ra tự nhiên ra đại dương như biển Caspi hay biển Chết. Từ này cũng được dùng để chỉ một số hồ nước ngọt khép kín hoặc có lối ra tự nhiên ra đại dương, chẳng hạn như biển Galilee ở Israel, một hồ nước ngọt nhỏ không có lối ra tự nhiên ra đại dương, hoặc Biển Hồ ở Campuchia. Trong giao tiếp thông thường, từ này cũng thường được dùng để chỉ đại dương, như trong các cụm từ biển nhiệt đới hay ra bờ biển, hoặc từ nước biển để chỉ rõ các vùng nước của đại dương.

Nước biển chứa các ion phong phú nhất là clo và natri. Nó cũng bao gồm magiê, sulfat, calci, kali và nhiều thành phần khác, một số có hàm lượng rất nhỏ. Độ mặn của nước biển thay đổi lớn, thấp ở các lớp nước gần bề mặt và các cửa sông lớn, cao hơn khi xuống sâu hơn trong đại dương, mặc dù tỷ lệ các muối hòa tan thay đổi không nhiều giữa các đại dương. Carbon dioxide từ không khí hiện đang được biển hấp thụ ngày càng nhiều, làm giảm độ pH của nước biển trong một quá trình gọi là axít hóa đại dương, điều này có thể gây hại cho các hệ sinh thái biển trong tương lai gần.

Gió thổi trên mặt biển tạo ra sóng, và khi sóng gặp vùng nước nông, chúng sẽ vỡ. Gió cũng tạo ra các dòng chảy mặt nhờ ma sát, di chuyển chậm nhưng phủ khắp các đại dương. Hướng của các dòng chảy này bị ảnh hưởng bởi hình dạng của các châu lục và sự quay của Trái Đất (lực Coriolis). Các dòng biển sâu, hay còn gọi là dòng muối nhiệt, vận chuyển nước lạnh từ gần các cực đến khắp các đại dương. Thủy triều lên xuống hai lần mỗi ngày do sự quay của Trái Đất và tác động trọng lực của Mặt Trăng, với ảnh hưởng nhỏ hơn từ Mặt Trời. Thủy triều có thể cao hơn nhiều ở các vịnh hoặc cửa sông. Sóng thần có thể phát sinh từ các trận động đất dưới biển, hoạt động của các mảng kiến tạo, vụ phun trào núi lửa, lở đất lớn, hoặc va chạm với thiên thạch.

Biển là môi trường sống đa dạng với virus, vi khuẩn, động vật nguyên sinh, tảo, thực vật, nấm và các động vật biển, cung cấp nhiều loại sinh cảnh và hệ sinh thái, từ vùng nước nông tràn ngập ánh sáng đến độ sâu tối tăm và lạnh lẽo của đáy biển. Sự đa dạng của biển thay đổi theo vĩ độ, từ vùng nước lạnh dưới lớp băng Bắc cực đến các rạn san hô rực rỡ ở vùng nhiệt đới. Nhiều nhóm sinh vật lớn đã tiến hóa từ biển, và nguồn gốc của sự sống có thể đã bắt đầu từ đây.

Biển cung cấp cho con người nhiều loại thực phẩm quan trọng, chủ yếu là cá, động vật giáp xác, động vật có vú và rong biển, thông qua việc đánh bắt hoặc nuôi trồng. Tuy nhiên, việc khai thác quá mức nguồn tài nguyên thực phẩm này đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng.

Ngoài việc cung cấp thực phẩm, biển còn có nhiều công dụng khác như thương mại, du lịch, khai thác khoáng sản dưới biển, sản xuất điện, chiến tranh, và các hoạt động giải trí như bơi, lướt sóng, đi thuyền và lặn. Biển cũng đối mặt với nguy cơ ô nhiễm. Trong lịch sử văn hóa, biển đã đóng một vai trò quan trọng, xuất hiện trong văn học như tác phẩm Odyssey của Homer, trong nghệ thuật, phim ảnh, sân khấu và âm nhạc cổ điển. Biển cũng được biểu tượng hóa như những con quái vật như Scylla trong thần thoại và đại diện cho vô thức trong giấc mơ.

Định nghĩa

Biển là một phần của hệ thống liên kết các vùng nước trên Trái Đất, bao gồm năm đại dương lớn: Đại Tây Dương, Thái Bình Dương, Ấn Độ Dương, Nam Băng Dương và Bắc Băng Dương. Từ 'biển' thường chỉ các vùng nước mặn cụ thể, nhỏ hơn, như Biển Bắc hoặc Biển Đỏ.

Khó có sự phân biệt rõ ràng giữa biển và đại dương, dù biển thường nhỏ hơn và có thể tiếp xúc với đất liền. Ví dụ, biển Sargasso không có bờ biển và nằm trong dòng chảy của Bắc Đại Tây Dương.

Biển thường lớn hơn hồ và chứa nước mặn, nhưng biển Galilee là một hồ nước ngọt. Công ước Liên Hợp Quốc về Luật biển coi tất cả các đại dương là 'biển'.

Vật lý học

Trái Đất là hành tinh duy nhất trong hệ Mặt Trời có bề mặt nước lỏng, mặc dù có thể có các hành tinh tương tự ngoài hệ Mặt Trời cũng có đại dương. Biển bao phủ hơn 70% bề mặt của Trái Đất với nước ở trạng thái lỏng. Khoảng 97,2% lượng nước của Trái Đất là nước mặn trong các đại dương, với khoảng 1,36 tỷ km³ nước. 2,15% còn lại là băng ở các sông băng và băng trên biển, trong khi 0,65% là hơi nước và nước ngọt trong hồ, sông, đất và không khí.

Nhìn từ không gian, Trái Đất xuất hiện như một 'viên đá cẩm thạch xanh' với các dạng nước khác nhau: nước mặn trong đại dương, các khối băng ở hai cực và các đám mây hơi nước. Nhà văn khoa học viễn tưởng Arthur C. Clarke đã từng đề xuất rằng tên 'Trái Đất' nên được thay bằng 'Trái nước' vì nước chiếm phần lớn diện tích bề mặt của hành tinh.

Vật lý Hải dương học, hay còn gọi là vật lý biển, nghiên cứu các đặc tính vật lý của đại dương như mối quan hệ giữa nhiệt độ và độ mặn, sóng biển, sóng ngầm dưới đáy biển, thủy triều trên và dưới mặt biển, và các dòng hải lưu. Sự di chuyển của nước qua các hải lưu, thủy triều và sóng ảnh hưởng đến bờ biển và khí hậu khu vực ven biển. Địa vật lý biển liên quan đến việc nghiên cứu hình dạng và sự mở rộng của các lưu vực biển và bờ biển.

Việc khai thác đáy biển cung cấp bằng chứng về các vật liệu tạo thành Trái Đất, sự di chuyển của các lục địa, phân bố của các khu vực hoạt động địa chấn và núi lửa, và sự tích tụ trầm tích có thể kết tinh thành đá trầm tích.

Nước biển

Nguồn gốc nước biển được cho là từ các vụ phun trào núi lửa trên Trái Đất cách đây khoảng 4 tỷ năm, khi các khí từ magma được giải phóng. Gần đây, nghiên cứu cho rằng phần lớn nước trên Trái Đất có thể đến từ các sao chổi. Đặc điểm nổi bật của nước biển là độ mặn. Độ mặn được đo bằng phần nghìn (‰), với đại dương chứa khoảng 35 gram chất rắn trong mỗi lít nước, tương đương với độ mặn 35 ‰ (hầu hết nước đại dương có độ mặn từ 34 đến 35‰). Biển Địa Trung Hải có độ mặn cao hơn, khoảng 37 ‰. Muối ăn (natri và clo) chiếm khoảng 85% chất rắn hòa tan trong nước biển. Cùng với đó là các ion kim loại như magie và calci, và các ion âm như sulphat, carbonat và bromide. Mặc dù có sự khác biệt về độ mặn ở các vùng biển khác nhau, tỷ lệ các muối hòa tan vẫn khá ổn định toàn cầu. Nước biển quá mặn để con người uống được, vì thận không thể xử lý nước mặn như vậy. Ngược lại, các hồ nước mặn nội địa có độ mặn cao hơn đại dương, chẳng hạn như Biển Chết với 300 gram chất rắn hòa tan trong mỗi lít nước (300 ‰).

Độ mặn của các vùng nước thay đổi do nhiều yếu tố như sự bay hơi từ bề mặt (tăng cường bởi nhiệt độ cao, gió và sóng), lượng mưa, sự đóng băng hoặc tan chảy của băng biển, tan chảy của sông băng, dòng nước ngọt từ sông, và sự pha trộn giữa các vùng nước có độ mặn khác nhau. Ví dụ, biển Baltic nằm trong khu vực khí hậu mát mẻ với mức bay hơi thấp, có nhiều sông chảy vào và nhận nước từ Biển Bắc, tạo thành lớp nước lạnh, dày đặc bên dưới mà ít hòa trộn với lớp bề mặt. Lớp trên cùng có thể có độ mặn từ 10-15 ‰, với mức độ thấp hơn gần các cửa sông. Biển Đỏ có độ bốc hơi cao nhưng lượng mưa thấp, với ít sông đổ vào; khu vực Bab-el-Mandeb nối nó với Vịnh Aden có độ mặn trung bình khoảng 40 ‰.

Nhiệt độ của nước biển phụ thuộc vào lượng bức xạ mặt trời chiếu xuống bề mặt. Ở các vùng nhiệt đới, nơi mặt trời chiếu sáng liên tục, nhiệt độ bề mặt có thể đạt hơn 30 °C (86 °F), trong khi ở gần các cực, nhiệt độ cân bằng với băng biển vào khoảng −2 °C (28 °F). Các đại dương có các dòng hải lưu liên tục: các dòng nước ấm trên bề mặt nguội dần khi di chuyển ra khỏi vùng nhiệt đới, trở nên đặc hơn và chìm xuống. Nước lạnh sau đó di chuyển về phía xích đạo dưới dạng các dòng hải lưu sâu, điều khiển bởi sự thay đổi nhiệt độ và trọng lượng của nước, rồi nổi lên và tiếp tục tuần hoàn. Nước biển sâu có nhiệt độ từ −2 °C (28 °F) đến 5 °C (41 °F) trên toàn cầu.

Nước biển bắt đầu đóng băng khi nhiệt độ giảm xuống khoảng −1,8 °C (28,8 °F). Khi nước đạt đến nhiệt độ này, các tinh thể băng bắt đầu hình thành trên bề mặt, sau đó vỡ thành các mảng nhỏ và hợp lại thành các đĩa phẳng tạo nên một lớp băng mỏng gọi là băng nilas. Trong các khu vực có sóng lớn, các tinh thể băng kết hợp lại thành các đĩa tròn gọi là băng pancake, trượt và hòa quyện để tạo thành băng trôi. Trong quá trình đóng băng, nước muối và không khí bị giữ lại trong các tinh thể băng. Nilas có thể có độ mặn từ 12-15 ‰, nhưng sau một năm, độ mặn của băng biển giảm xuống còn 4-6 ‰.

Sự hiện diện của oxy trong nước biển chủ yếu phụ thuộc vào thực vật sống trong đó, đặc biệt là tảo và thực vật có mạch như cỏ biển. Vào ban ngày, quang hợp của thực vật này tạo ra oxy hòa tan trong nước biển, mà động vật biển sử dụng. Tuy nhiên, vào ban đêm, khi quang hợp ngừng lại, lượng oxy hòa tan giảm đi. Ở vùng biển sâu, nơi ánh sáng không đủ để thực vật phát triển, oxy hòa tan rất ít. Do thiếu oxy, vi sinh vật yếm khí phân hủy vật liệu hữu cơ tạo ra hydro sulfide. Nhiệt độ toàn cầu gia tăng có thể làm giảm hàm lượng oxy trong cả lớp nước mặt do khả năng hòa tan giảm, và trong lớp nước sâu do sự phân tầng cột nước làm giảm khả năng hòa tan oxy.

Lượng ánh sáng xuyên thấu vào biển phụ thuộc vào góc chiếu của mặt trời, điều kiện thời tiết và độ đục của nước biển. Phần lớn ánh sáng bị phản xạ ở bề mặt, và ánh sáng đỏ bị hấp thụ trong vài mét đầu từ bề mặt. Ánh sáng vàng và xanh lục xuyên thấu sâu hơn, trong khi ánh sáng xanh và tím có thể đạt đến độ sâu khoảng 1.000 mét (3.300 ft). Ở độ sâu dưới 200 mét (660 ft), ánh sáng không đủ để quang hợp và thực vật phát triển.

Axít hóa đại dương

Nước biển có tính kiềm nhẹ, với pH thời kỳ tiền công nghiệp khoảng 8,2. Tuy nhiên, hoạt động của con người gần đây đã làm gia tăng nồng độ carbon dioxide trong khí quyển; khoảng 30–40% lượng CO₂ này đã được đại dương hấp thụ, hình thành axít carbonic và làm giảm pH xuống dưới 8,1, một hiện tượng được gọi là axít hóa đại dương. Dự đoán pH sẽ giảm xuống còn 7,7 vào năm 2100, tương đương với việc nồng độ ion H+ tăng gấp 3 lần, đây sẽ là một thay đổi đáng kể trong thế kỷ này.

Calci là một nguyên tố thiết yếu trong việc hình thành khung xương của động vật biển, nhưng calci carbonat trở nên dễ hòa tan hơn khi áp suất tăng, dẫn đến việc vỏ sò và khung xương bị hòa tan dưới độ sâu bù cacbonat. Calci carbonat cũng dễ hòa tan hơn ở pH thấp, do đó axít hóa đại dương có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến các sinh vật biển có cấu trúc calci như sò, hào, hải sâm và san hô, làm giảm khả năng hình thành vỏ của chúng và tăng độ sâu bù đắp cacbon gần mặt biển. Các sinh vật phù du như động vật hai mảnh vỏ pteropoda, tảo đơn bào coccolithophorida và foraminifera cũng bị ảnh hưởng. Những loài này rất quan trọng trong chuỗi thức ăn, và sự suy giảm của chúng có thể gây hậu quả lớn. Ở vùng nhiệt đới, san hô có thể gặp khó khăn nghiêm trọng trong việc tạo ra bộ xương cacbonat của chúng, ảnh hưởng tiêu cực đến các loài phụ thuộc vào rạn san hô.

Tốc độ thay đổi hóa học trong đại dương hiện tại dường như chưa từng có trong lịch sử địa chất của Trái Đất, làm dấy lên mối lo ngại về khả năng hệ sinh thái biển thích ứng với các điều kiện thay đổi trong tương lai gần. Một mối quan tâm đặc biệt là sự kết hợp của quá trình axit hóa với các yếu tố bổ sung như nhiệt độ tăng và hàm lượng oxy giảm sẽ ảnh hưởng thế nào đến các vùng biển.

Sóng biển

Khi gió thổi trên mặt nước, chúng tạo ra sóng có phương vuông góc với hướng gió. Sự ma sát giữa không khí và mặt nước do gió tạo ra những gợn sóng nhỏ. Gió mạnh hơn sẽ tạo ra sóng lớn hơn và khi không khí di chuyển, nó đẩy mặt nước làm sóng tăng lên. Sóng đạt đỉnh cao nhất khi tốc độ của chúng gần bằng tốc độ gió. Ở vùng biển mở, khi gió thổi liên tục (như ở Nam bán cầu trong Roaring Forties), sóng sẽ kéo dài. Nếu gió giảm, sóng cũng giảm nhưng những sóng đã hình thành trước đó vẫn tiếp tục di chuyển cho đến khi chúng vỗ vào bờ. Kích thước sóng phụ thuộc vào quãng đường chúng đã đi và độ mạnh, thời gian của gió. Khi sóng gặp sóng khác từ các hướng khác nhau, hiện tượng giao thoa có thể tạo ra các vùng biển bất thường.

Phần cao nhất của sóng gọi là đỉnh sóng, phần thấp nhất gọi là chân sóng, và khoảng cách giữa các đỉnh gọi là bước sóng. Sóng di chuyển trên mặt đại dương do gió, nhưng đây chỉ là sự truyền năng lượng chứ không phải sự di chuyển của nước. Khi sóng đến, các phân tử nước ở điểm đó dâng lên và khi sóng rút, chúng đi xuống, di chuyển theo mô hình tròn. Các phân tử gần bề mặt di chuyển nhanh hơn các phân tử sâu hơn. Khi sóng tiếp cận bờ và vào vùng nước nông, chúng thay đổi đặc điểm. Sóng có thể uốn cong hoặc ôm xung quanh các vật thể như đá hoặc mũi đất. Khi các phân tử nước ở đáy sóng tiếp xúc với đáy biển, ma sát làm tốc độ sóng chậm lại, khoảng cách giữa các đỉnh thu hẹp và biên độ sóng tăng lên. Đỉnh sóng di chuyển nhanh hơn chân sóng, dẫn đến hiện tượng 'sóng vỡ' khi đỉnh vượt qua chân sóng, tràn lên bãi biển trước khi rút về biển do trọng lực.

Sóng thần là loại sóng bất thường gây ra bởi các sự kiện năng lượng lớn không thường xuyên như động đất, trượt lở dưới biển, va chạm thiên thạch, núi lửa phun hoặc lở đất xuống biển. Những sự kiện này có thể làm dâng cao hoặc hạ thấp mặt nước biển tạm thời trong khu vực bị ảnh hưởng, thường chỉ vài feet. Thế năng của nước biển được chuyển thành động năng, tạo ra sóng nông, hay sóng thần, di chuyển ra ngoài với tốc độ vài feet mỗi giây và sau đó nhanh hơn trong vùng biển mở so với trên thềm lục địa. Trong vùng biển mở và sâu, sóng thần có bước sóng khoảng 80 đến 300 dặm (130 đến 480 km), di chuyển với tốc độ hơn 970 km/h (hơn 600 dặm/giờ) và thường có chiều cao dưới 1 mét (3 feet), do đó thường không được chú ý. Ngược lại, sóng biển do gió có bước sóng vài trăm feet, di chuyển với tốc độ lên đến 65 dặm Anh mỗi giờ (105 km/h) và có chiều cao lên đến 45 feet (14 mét).

Một sự kiện xảy ra trên thềm lục địa có thể gây ra sóng thần địa phương dọc theo bờ biển và làm sóng thần lan truyền qua đại dương. Năng lượng sóng chỉ phân tán từ từ và trải rộng ra toàn bộ sóng, khiến khi sóng tỏa ra nhiều hướng từ nguồn, sóng kéo dài hơn và năng lượng trung bình giảm, do đó bờ biển bị tác động bởi sóng yếu hơn. Tuy nhiên, vì vận tốc sóng bị ảnh hưởng bởi chiều cao sóng nên không thể di chuyển với cùng một tốc độ theo mọi hướng, ảnh hưởng đến hướng truyền sóng, hay khúc xạ, có thể tập trung sức mạnh sóng thần vào một số khu vực và làm suy yếu nó do các yếu tố khác tùy thuộc vào địa hình dưới đáy biển.

Khi sóng thần tiến vào vùng nước nông, vận tốc của nó giảm, bước sóng ngắn lại và biên độ tăng lên cực kỳ lớn, tương tự như sóng do gió nhưng với quy mô lớn hơn nhiều. Có thể phần bụng hoặc đỉnh của sóng thần đến bờ trước. Nếu bụng sóng đến trước, biển sẽ rút lại, lộ ra vùng dưới triều gần bờ, đây là dấu hiệu cảnh báo quan trọng cho sự sắp xuất hiện của sóng thần. Khi đỉnh sóng đến, nó thường không vỡ nhưng lao vào bờ, gây ngập lụt mọi thứ trên đường đi của nó. Phần lớn sự phá hủy có thể xảy ra khi nước lũ rút về biển sau khi sóng thần tấn công, mang theo các mảnh vụn và con người. Nhiều trận sóng thần thường xuất phát từ các sự kiện địa chất đơn lẻ và đến bờ theo từng đợt khoảng từ 8 phút đến 2 giờ. Đợt sóng đầu tiên không nhất thiết là đợt lớn nhất hay phá hoại nhất. Đôi khi, sóng thần có thể biến thành sóng triền lớn, đặc biệt là ở các vịnh nông hoặc cửa sông. Hệ thống cảnh báo sóng thần hoạt động bằng cách ghi nhận các sóng địa chấn do động đất lan truyền khắp thế giới với tốc độ khoảng 14.400 km/h (8.900 mi/h), giúp các khu vực bị đe dọa được cảnh báo kịp thời. Các số liệu từ các trạm đo mực nước biển có thể xác nhận hoặc hủy bỏ cảnh báo sóng thần.

Thủy triều

Thủy triều là hiện tượng mực nước biển và đại dương thay đổi do tác động của lực hấp dẫn từ Mặt Trăng và Mặt Trời, cùng với sự quay của Trái Đất. Trong mỗi chu kỳ thủy triều, mực nước cao nhất gọi là 'triều cao' và mực nước thấp nhất gọi là 'triều thấp' hoặc 'triều kiệt'. Khi triều rút, nó để lộ ra vùng dưới triều gần bờ, được gọi là đới gian triều. Biên độ dao động giữa triều cao và triều thấp được gọi là biên độ triều.

Chu kỳ thủy triều kéo dài khoảng 24 giờ 50 phút, thời gian mà Trái Đất quay hoàn toàn và Mặt Trăng trở về vị trí cũ so với người quan sát. Dù Mặt Trăng nhỏ hơn Mặt Trời khoảng 27 triệu lần, nhưng nó gần Trái Đất hơn 400 lần so với Mặt Trời. Lực thủy triều giảm nhanh theo khoảng cách, khiến Mặt Trăng có ảnh hưởng gấp đôi so với Mặt Trời. Phần phình ra trên đại dương xuất hiện ở phía gần Mặt Trăng vì lực trọng trường từ Mặt Trăng mạnh hơn. Phần đối diện của Trái Đất cũng có một phình khác do tác động yếu hơn của Mặt Trăng. Khi Mặt Trăng quay quanh Trái Đất, các vị trí phình ra này di chuyển theo. Lực hấp dẫn của Mặt Trời cũng ảnh hưởng đến biển, nhưng yếu hơn so với Mặt Trăng. Khi Mặt Trời, Mặt Trăng và Trái Đất thẳng hàng (khi trăng tròn và trăng non), lực kết hợp tạo ra 'triều cường'. Ngược lại, khi Mặt Trời nằm vuông góc với Mặt Trăng và Trái Đất, sự kết hợp này gây ra 'triều kiệt'.

Dòng chảy thủy triều của nước biển bị ảnh hưởng bởi quán tính của nước và đặc điểm địa hình. Ở những nơi như vịnh Mexico, nơi đất liền hạn chế sự phình ra, chỉ có một lần triều cao mỗi ngày. Ở bờ đảo, có thể có chu kỳ triều phức tạp với bốn lần triều cao. Các eo biển ở Chalkis thuộc Euboea có dòng chảy mạnh và thay đổi hướng nhiều lần mỗi ngày, có thể lên đến 12 lần khi Mặt Trăng và Mặt Trời vuông góc. Ở các vịnh phễu hoặc cửa sông, biên độ triều có thể rất lớn, như vịnh Fundy với biên độ triều lên tới 15 m. Mặc dù thủy triều có quy luật và có thể dự đoán, nhưng các yếu tố khác như gió và áp suất có thể làm thay đổi độ cao triều. Gió xa bờ có thể giảm độ cao triều, trong khi gió gần bờ có thể làm tăng. Áp suất cao của xoáy nghịch có thể làm triều thấp bất thường, trong khi áp suất thấp có thể làm triều cao cực lớn. Nước dâng do bão có thể xảy ra khi gió mạnh tấn công bờ biển và kết hợp với áp suất thấp, làm mực nước biển dâng cao đáng kể, như trận bão Galveston năm 1900 đã làm ngập thành phố và gây thiệt hại nghiêm trọng.

Hải lưu

Khi gió thổi trên mặt biển, ma sát giữa không khí và nước tạo ra sóng và làm cho nước ở bề mặt di chuyển theo chiều gió. Dù gió có thể đổi hướng, nó vẫn tạo ra dòng chảy mặt ổn định. Gió hướng tây thường xuất hiện ở vĩ độ trung bình, trong khi gió hướng đông chủ yếu ở vùng nhiệt đới. Nước di chuyển theo hướng gió và các dòng nước khác lấp đầy khoảng trống, tạo ra các vòng hoàn lưu trên đại dương, gọi là vòng hoàn lưu (Ocean gyre). Có năm vòng hoàn lưu chính trên các đại dương: hai ở Thái Bình Dương, hai ở Đại Tây Dương và một ở Ấn Độ Dương. Các vòng hoàn lưu nhỏ hơn xuất hiện trong các biển nhỏ và một vòng riêng biệt xung quanh Nam Băng Dương. Những vòng hoàn lưu này di chuyển theo cùng một lộ trình qua hàng ngàn năm, bị chi phối bởi địa hình, hướng gió và hiệu ứng Coriolis. Dòng hải lưu mặt quay theo chiều kim đồng hồ ở Bắc Bán cầu và ngược chiều kim đồng hồ ở Nam Bán cầu. Nước di chuyển ra xa xích đạo là nước nóng, và khi nước tuần hoàn trở lại, nó mất nhiệt. Các dòng hải lưu điều hòa khí hậu Trái Đất, làm lạnh vùng xích đạo và làm ấm các vùng vĩ độ cao hơn. Mô hình hóa khí hậu toàn cầu phụ thuộc vào các mô hình tuần hoàn nước đại dương cùng với các yếu tố khác như khí quyển, bề mặt đất, sol khí và băng biển. Các mô hình đại dương sử dụng động lực chất lưu địa vật lý để mô tả dòng chảy nước biển ở quy mô lớn.

Dòng hải lưu bề mặt ảnh hưởng chủ yếu đến lớp nước vài trăm mét trên cùng, nhưng cũng có các dòng chảy sâu hơn gây ra bởi sự chuyển động của khối nước dưới đáy. Dòng hải lưu sâu, còn gọi là vòng tuần hoàn muối nhiệt, chảy qua tất cả các đại dương và được điều khiển bởi sự khác biệt về tỷ trọng nước do sự khác biệt về độ mặn và nhiệt độ. Ở vĩ độ cao, nước lạnh và mặn hơn, làm cho nó chìm xuống. Nước từ biển gần Greenland chảy về phía nam giữa các lục địa ở Đại Tây Dương, kết hợp với nước lạnh khác ở Nam Cực, chìm xuống và chảy về phía đông. Nó sau đó tách thành hai dòng đi về phía bắc vào Ấn Độ Dương và Thái Bình Dương, nơi nó ấm lên, trở nên ít đặc hơn, trồi lên bề mặt và lặp lại vòng tuần hoàn. Một số dòng chảy trở lại Đại Tây Dương. Vòng tuần hoàn này mất khoảng một ngàn năm để hoàn tất.

Ngoài các vòng hoàn lưu, còn có nhiều hải lưu tạm thời xuất hiện trong các điều kiện đặc biệt. Khi sóng đến bờ ở một góc nhất định, dòng chảy ven bờ được hình thành khi nước bị đẩy dọc theo bờ biển. Nước chảy ra khỏi bãi biển khi góc tới thẳng đứng và dòng nước rút chảy dưới đáy do trọng lực. Sóng vỡ càng lớn, bãi biển càng dài và góc tới bờ càng nghiêng, dòng chảy ven bờ càng mạnh. Những dòng chảy này có thể mang theo lượng lớn cát hoặc sạn, tạo thành đê cát ngầm, bào mòn bãi biển và tạo ra các kênh phù sa. Dòng xoáy có thể xuất hiện khi nước tích lũy gần bờ từ sóng lớn và chảy ra biển qua kênh ngầm dưới đáy. Một khoảng trống có thể xuất hiện trong đê cát hoặc gần các công trình nhân tạo. Các dòng chảy mạnh này có thể đạt vận tốc lên đến 3 ft (0,9 m)/giây và có thể cuốn người tắm ra xa nếu không cẩn thận. Dòng trồi tạm thời xuất hiện khi gió đẩy nước ra xa và nước sâu hơn dâng lên để lấp đầy khoảng trống. Dòng nước lạnh này thường chứa nhiều chất dinh dưỡng, thúc đẩy sự phát triển của thực vật phù du và các sinh vật biển.

Các bồn đại dương

Trái Đất có cấu trúc gồm lõi từ tính ở trung tâm, bao quanh bởi lớp thạch quyển rắn, tiếp theo là manti chủ yếu ở dạng lỏng và nhân trong ở thể rắn. Trên đất liền, lớp vỏ Trái Đất gọi là vỏ lục địa, còn dưới biển là vỏ đại dương. Vỏ đại dương chủ yếu là bazan, dày từ 5 đến 10 km. Thạch quyển, dù mỏng hơn các lớp khác, nổi trên manti mềm hơn và nóng hơn bên dưới, bị chia thành các mảng kiến tạo. Tại các ranh giới giữa các mảng đại dương, mácma liên tục trồi lên từ đáy biển, hình thành các sống núi giữa đại dương và dòng đối lưu manti đẩy các mảng xa nhau, di chuyển dọc theo các đường song song và tiến gần bờ hơn. Một mảng đại dương có thể trượt dưới một mảng đại dương khác, tạo ra các máng nước sâu và ma sát giữa các mảng gây ra động đất, giải phóng nhiệt và mácma, tạo thành các núi dưới đáy biển và đôi khi tạo thành chuỗi đảo núi lửa. Gần ranh giới giữa đất liền và biển, mảng đại dương có thể trượt dưới mảng lục địa, hình thành các máng nước sâu, va chạm giữa các mảng lục địa tạo ra các dãy núi và gây địa chấn.

Rãnh đại dương sâu nhất trên Trái Đất là rãnh Mariana, với chiều dài khoảng 2.500 km và bề rộng chỉ 68 km. Nó nằm gần quần đảo Mariana, một quần đảo núi lửa ở Tây Thái Bình Dương, và điểm sâu nhất của nó là 10.994 m dưới mặt nước biển. Một rãnh đại dương dài hơn, chạy dọc theo bờ biển Peru và Chile, có độ sâu 8.065 m và rộng khoảng 5.900 km. Rãnh này hình thành do mảng đại dương Nazca bị hút chìm dưới mảng lục địa Nam Mỹ và liên quan đến hoạt động núi lửa của dãy Andes.

Bờ biển

Khu vực mà đất liền tiếp giáp với biển được gọi là bờ biển, và phần đất nằm giữa mực nước triều thấp nhất và điểm cao nhất mà sóng có thể vươn tới được gọi là đới sóng vỗ. Bãi biển là nơi tập hợp cát hoặc đá cuội trên bờ. Phần đất nhô ra biển được gọi là mũi đất, trong khi phần lõm vào giữa hai mũi đất gọi là vịnh. Đường bờ bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như cường độ sóng, thay đổi địa hình đáy biển gần bờ, cấu tạo đá, độ nghiêng của bờ và sự thay đổi cao độ do nâng lên hoặc chìm xuống. Sóng cuộn vào bờ với tốc độ từ sáu đến tám lần mỗi phút, thường bồi đắp vật liệu cho bãi biển và ít gây xâm thực. Ngược lại, sóng bão đến nhanh và mang vật liệu ra khỏi bãi biển, gây xói mòn cát và đá cuội. Vào thời điểm triều cao, sóng bão tác động mạnh mẽ lên chân vách đá, tạo ra sự nén và giãn nở nhanh chóng của không khí trong các vết nứt, dẫn đến sự phá hủy thêm. Cát và sỏi làm tăng sự xói mòn, hình thành địa hình bằng phẳng dưới chân vách đá, giúp giảm thiểu xâm thực.

Vật liệu từ rìa đất liền cuối cùng lắng đọng trong biển, nơi dòng chảy song song với bờ làm khuấy động và vận chuyển cá và cuội ra xa. Trầm tích do các con sông mang ra biển tạo thành các đồng bằng châu thổ tại cửa sông. Vật liệu này di chuyển qua lại dưới đáy do ảnh hưởng của sóng, thủy triều và dòng chảy. Nạo vét để loại bỏ vật liệu và đào sâu kênh có thể có tác động không lường trước được trên bờ biển. Các biện pháp chống lụt như kè biển, đê biển và công trình bảo vệ được chính phủ thực hiện. Kè sông Thames bảo vệ London khỏi bão, và đê xây dựng để kiểm soát dòng nước và bảo vệ các vùng lấn biển. Hệ thống đê sông Mississippi dài khoảng 1.000 km bảo vệ New Orleans. Sân bay quốc tế Hồng Kông được xây dựng trên một đảo nhân tạo lớn, kết nối hai đảo với diện tích 9,38 km² trên đáy biển.

Mực nước biển

Trong hầu hết lịch sử địa chất, mực nước biển đã từng cao hơn hiện tại. Yếu tố chính ảnh hưởng đến sự thay đổi mực nước biển là sự thay đổi của vỏ đại dương, với xu hướng nhấn chìm kéo dài. Vào thời kỳ băng hà cực đại gần đây nhất khoảng 20.000 năm trước, mực nước biển thấp hơn hiện tại khoảng 120 mét. Trong 100 năm gần đây, mực nước biển đã tăng lên với tốc độ trung bình khoảng 1,8 mm mỗi năm. Sự tăng này chủ yếu do nhiệt độ biển gia tăng và giãn nở nhiệt nhẹ ở nước biển. Một yếu tố khác chiếm khoảng 1/4 là nước từ đất liền như tuyết và băng hà tan cũng như khai thác nước dưới đất. Dự báo sự gia tăng mực nước biển do ấm lên toàn cầu có thể tiếp tục đến cuối thế kỷ XXI.

Chu trình nước

Biển đóng vai trò quan trọng trong chu trình nước toàn cầu, nơi nước bốc hơi từ đại dương, di chuyển qua khí quyển dưới dạng hơi nước, ngưng tụ thành mưa hoặc tuyết, và cuối cùng trở lại biển. Quá trình này không chỉ duy trì sự sống trên đất liền mà còn đảm bảo phần lớn nước quay trở lại biển. Ngay cả ở sa mạc Atacama, nơi lượng mưa rất ít, các đám mây dày đặc sương mù, gọi là camanchaca, thổi từ biển vào và hỗ trợ sự sống của thực vật tại đây.

Tại Trung Á và những vùng đất liền khác, có các bồn trũng endorheic không có lối thoát ra biển, được ngăn cách với biển bởi các dãy núi hoặc các yếu tố địa chất khác. Biển Caspi là bồn trũng lớn nhất trong số này. Dòng chính của nó, sông Volga, không chảy ra biển, dẫn đến sự tích tụ khoáng chất và làm cho nước trở nên mặn. Biển Aral ở Trung Á và Hồ Pyramid ở miền Tây Hoa Kỳ là những ví dụ về các hồ mặn nội địa không có hệ thống thoát nước ra ngoài. Một số hồ endorheic ít mặn hơn, nhưng tất cả đều nhạy cảm với sự thay đổi chất lượng nước đầu vào.

Chu trình cacbon

Các đại dương là nơi lưu trữ lượng cacbon tuần hoàn lớn nhất trên hành tinh, đứng thứ hai chỉ sau thạch quyển về lượng cacbon mà chúng chứa. Lớp nước mặt của đại dương chứa nhiều cacbon hữu cơ hòa tan, loại này trao đổi nhanh chóng với khí quyển. Trong khi đó, nồng độ cacbon vô cơ hòa tan ở lớp nước sâu cao hơn 15% so với lớp nước mặt và duy trì lâu hơn. Dòng muối nhiệt thực hiện quá trình trao đổi cacbon giữa các lớp nước này.

Cacbon xâm nhập vào đại dương khi cacbon dioxide từ khí quyển hòa tan vào các lớp nước mặt, sau đó chuyển hóa thành axit cacbonic, bicarbonat và carbonat:

CO_{2 (aq)} + H₂O ↔ H₂CO₃ ↔ HCO₃ + H ↔ CO₃ + 2 H

Quá trình này sinh ra các ion hydro (H⁺), dẫn đến việc giảm pH của đại dương.

Cacbon cũng đi vào đại dương thông qua các con sông dưới dạng cacbon hữu cơ hòa tan và được chuyển hóa bởi các sinh vật quang hợp thành cacbon hữu cơ. Loại cacbon này có thể được trao đổi qua chuỗi thức ăn hoặc tích tụ dưới các tầng chứa nhiều cacbon hơn, sâu hơn dưới dạng tế bào mềm, vỏ sò hoặc xương chứa calci cacbonat. Nó lưu thông trong lớp này một thời gian dài trước khi lắng đọng hoặc được trả về nước mặt qua dòng muối nhiệt.

Sự sống ở biển

Đại dương là nơi cư trú của một hệ sinh thái phong phú với đa dạng các loài sinh vật. Do ánh sáng mặt trời chỉ chiếu sáng các tầng nước nông, phần lớn đại dương chìm trong bóng tối vĩnh cửu. Các vùng khác nhau về nhiệt độ và độ sâu cung cấp môi trường sống cho những loài sinh vật độc đáo, tạo nên một hệ sinh thái biển phong phú. Các môi trường biển bao gồm từ bề mặt nước đến những rãnh đại dương sâu thẳm, bao gồm rạn san hô, rừng tảo biển, đồng cỏ biển, vũng nước triều, bãi bùn, bãi cát, tầng đá đáy biển và vùng biển khơi. Sinh vật ở biển có kích thước từ cá voi dài đến thực vật nổi và động vật phù du nhỏ bé, nấm, vi khuẩn, vi rút, bao gồm cả vi rút ăn vi khuẩn biển mới được phát hiện gần đây. Sự sống biển đóng vai trò quan trọng trong chu trình cacbon và có giá trị kinh tế lớn cho con người qua việc cung cấp và khai thác nguồn thủy sản.

Có thể sự sống đã khởi nguồn từ biển, với mọi nhóm động vật chính đều có mặt ở đây. Các nhà khoa học vẫn đang tranh luận về nơi sự sống biển xuất hiện lần đầu: thí nghiệm Miller-Urey đã chỉ ra rằng sự sống có thể bắt đầu từ một 'súp' hóa học loãng trong vùng nước rộng, nhưng có bằng chứng mới cho thấy sự sống có thể đã hình thành gần các nguồn nước nóng từ núi lửa, trầm tích sét hạt mịn, hoặc 'mạch khói phun đen' dưới đáy biển sâu, nơi mà sinh vật có thể được bảo vệ khỏi bức xạ cực tím không bị cản trở bởi bầu khí quyển sơ khai của Trái Đất.

Sinh cảnh đại dương

Sinh cảnh đại dương được phân chia theo phương ngang thành bờ biển và vùng nước mặt thoáng. Sinh cảnh bờ biển mở rộng từ đường bờ đến biên giới của thềm lục địa, nơi hầu hết sự sống đại dương tập trung, mặc dù thềm lục địa chỉ chiếm khoảng 7% tổng diện tích đại dương. Sinh cảnh nước mặt thoáng nằm sâu trong đại dương, vượt ra ngoài thềm lục địa. Về phương đứng, sinh cảnh đại dương có thể được chia thành vùng biển khơi (nước mặt thoáng), vùng đáy chìm (ngay trên đáy đại dương) và nơi cư ngụ đáy biển (benthic). Một cách phân chia khác theo vĩ độ địa lý từ vùng biển cực với thềm băng, biển băng và tảng băng trôi đến vùng nước nhiệt đới.

Rạn san hô, hay còn gọi là 'rừng mưa của biển', chỉ chiếm dưới 0,1% bề mặt đại dương của Trái Đất nhưng chứa đến 25% số loài sinh vật biển. Các rạn san hô nhiệt đới như Great Barrier ở Australia nổi tiếng nhất, nhưng cũng có nhiều loại sinh vật trong các rạn san hô vùng nước lạnh, với chỉ sáu loại san hô tham gia vào việc hình thành các rạn.

Tảo và thực vật

Thực vật biển và các vi sinh vật phiêu sinh rất phong phú và đóng vai trò quan trọng trong sản xuất sơ cấp. Vi tảo quang hợp, đặc biệt là thực vật phù du, góp phần lớn vào tổng sản lượng quang hợp toàn cầu, tương đương với tất cả các rừng trên đất liền. Diatom, một loại tảo quan trọng, đóng góp khoảng 45% sản phẩm sơ cấp trong biển. Tảo biển, hay rong biển, có vai trò lớn trong từng hệ sinh thái biển; ví dụ, Sargassum là tảo trôi nổi, trong khi kelp hình thành các rừng dưới đáy biển. Thực vật có hoa như cỏ biển phát triển thành đồng cỏ ở vùng nước nông, rừng ngập mặn ven bờ các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, và thực vật Halophyte phát triển trong đầm lầy ngập mặn. Những hệ sinh thái này hấp thụ một lượng lớn cacbon và hỗ trợ đa dạng sinh học của các loài động vật lớn và nhỏ.

Ánh sáng chỉ chiếu xuống độ sâu khoảng 200 mét (660 ft), vì vậy chỉ có phần này của đại dương là nơi thực vật có thể phát triển. Các lớp nước trên mặt thường thiếu hợp chất nitơ cần thiết cho sinh vật. Chu trình nitơ trong biển bao gồm các quá trình vi sinh vật phức tạp như cố định nitơ, đồng hóa nitơ, nitơ hóa, anammox, và khử nitơ. Một số quá trình này xảy ra ở các lớp nước sâu, do đó các khu vực nơi dòng nước lạnh trồi lên hoặc gần cửa sông có nguồn dinh dưỡng phong phú, giúp thực vật phát triển mạnh mẽ hơn. Điều này giải thích tại sao các khu vực ven bờ thường có sản lượng sinh học cao nhất với sự phong phú về phiêu sinh và cá.

Động vật và các dạng sống khác

Đại dương có sự đa dạng động vật vượt trội so với đất liền, với nhiều loài chưa được khám phá và hàng năm có thêm nhiều phát hiện mới. Một số loài động vật có xương sống như chim biển, hải cẩu, và rùa biển trở lại đất liền để sinh sản, trong khi cá, cá voi và rắn biển hoàn toàn sống trong nước, cùng với nhiều nhóm động vật không xương sống sống hoàn toàn dưới biển. Các đại dương chứa đựng vô số sự sống và cung cấp nhiều vi môi trường sống khác nhau, bao gồm môi trường bề mặt, nơi bị xáo trộn bởi sóng và giàu dinh dưỡng, nơi sinh sống của vi khuẩn, nấm, vi tảo, protozoa, trứng cá, và nhiều loại ấu trùng khác.

Vai trò

Biển cung cấp lượng hơi nước cần thiết cho quá trình hình thành mưa, từ đó hỗ trợ sự sống của các sinh vật trên đất liền.

Biển là một kho tàng quý giá cho ngành thủy sản, sản xuất muối và du lịch. Hiện tại, biển là nơi sinh sống của khoảng 160.000 loài động vật và 10.000 loài thực vật.

Dưới đáy đại dương còn chứa một lượng lớn tài nguyên dầu mỏ, với trữ lượng lên tới 21 tỉ tấn và khí tự nhiên 14.000 tỉ m³.

Nhiều mỏ tài nguyên nằm dưới đáy đại dương đã được khai thác từ lâu, bao gồm sắt, lưu huỳnh, đồng, và phosphor.

Biển không chỉ chứa hàng triệu tấn nước mà còn là kho báu của hàng chục nguyên tố hóa học như Natri, Clo, Kali, và Nitơ. Thủy triều, bên cạnh đó, cung cấp nguồn năng lượng tái tạo dồi dào cho nhiều quốc gia. Nhà máy thủy triều đầu tiên ở cửa sông Răng-xơ (Pháp), được khánh thành vào năm 1967, có công suất 240.000 kW. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa các lớp nước biển tạo ra tiềm năng năng lượng nhiệt thủy cao, và các nhà máy thủy nhiệt như nhà máy tại Abidjan (Bờ Biển Ngà) với công suất 14.000 kW, khai thác nguồn năng lượng này.

Vận tải đường biển là xương sống của thương mại quốc tế, giữ vai trò then chốt trong nền kinh tế toàn cầu. Chiếm tới 75% khối lượng hàng hóa toàn cầu, vận tải biển là một yếu tố thiết yếu trong trao đổi hàng hóa quốc tế.

Danh sách một số biển theo đại dương

Thái Bình Dương

Đại Tây Dương

Ấn Độ Dương

Bắc Băng Dương

Nam Đại Dương

Các biển nội địa

Danh sách các biển theo diện tích bề mặt

Các biển ngoài Trái Đất

Trên Mặt Trăng, các 'biển' là những đồng bằng bazan rộng lớn. Trước đây, các nhà thiên văn học từng nghĩ rằng chúng chứa nước và do đó gọi chúng là 'biển'.

Trạng thái lỏng của nước được cho là đã tồn tại trên bề mặt Sao Hỏa trong quá khứ xa xưa. Một số khu vực trên hành tinh đỏ, như Vastitas Borealis, Hellas Planitia và Argyre Planitia, hiện được coi là những đáy biển đã khô cạn.

Các 'biển' trên Sao Hỏa

Nước lỏng được cho là tồn tại dưới bề mặt của một số vệ tinh tự nhiên như Europa.

Hydrocarbon lỏng được cho là hiện diện trên bề mặt Titan, tuy nhiên, chúng thường được gọi là 'hồ' hơn là 'biển'. Sự phân bố của các khu vực chứa chất lỏng này dự kiến sẽ được làm rõ hơn sau khi tàu thăm dò Cassini đến gần.

Khoa học

Thuật ngữ 'biển' cũng được sử dụng trong lĩnh vực vật lý lượng tử. Biển Dirac đề cập đến các trạng thái năng lượng âm, bao gồm cả chân không.

Biển và nhân loại

Trong văn hóa

Biển xuất hiện trong nền văn hóa nhân loại dưới nhiều hình thức đối lập: vừa mạnh mẽ vừa êm đềm, vừa đẹp đẽ vừa nguy hiểm. Biển có mặt trong văn học, nghệ thuật, thơ ca, điện ảnh, sân khấu, nhạc cổ điển, thần thoại và giải mộng. Người xưa đã nhân cách hóa biển, tin rằng nó được điều khiển bởi một thực thể mà họ cần phải làm hài lòng để tránh sự tức giận của nó. Theo cách hình tượng, biển được coi là một nơi đầy nguy hiểm và là nơi cư trú của những sinh vật kỳ dị như Leviathan trong Kinh Thánh, Scylla trong thần thoại Hy Lạp, Isonade trong thần thoại Nhật Bản, và Kraken trong thần thoại Bắc Âu. Các nền văn minh đã mở rộng hiểu biết và phát triển thông qua thương mại biển và sự thay đổi trong quan niệm về biển.

• Địa lý
• Đại dương
• Eo biển
• Vịnh
• Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO)
• Sông
• Nước biển
• Ngày đại dương thế giới

Ghi chú

1. ^ Chưa có định nghĩa kỹ thuật nào được chấp nhận rộng rãi về biển trong cộng đồng các nhà đại dương học. Một định nghĩa là biển là một phân vùng của đại dương, nghĩa là nó phải có lớp vỏ đại dương ở đáy. Định nghĩa này chấp nhận biển Caspian như một biển vì nó từng là một phần của đại dương cổ xưa. Giới thiệu về Sinh học Biển định nghĩa biển là một cơ thể nước 'bị cô lập' và cho rằng thuật ngữ 'biển' chỉ là một sự tiện lợi. Danh mục Khoa học Đo đạc cũng cho rằng ranh giới giữa biển và các cơ thể nước khác là tùy ý.
2. ^ Theo định nghĩa này, biển Caspian sẽ bị loại trừ vì nó được coi là một 'hồ nước'.
3. ^ Để hiểu rõ sự thay đổi này, khi pH của huyết tương người tăng từ mức bình thường 7.4 lên trên 7.8, hoặc giảm xuống dưới 6.8, cái chết sẽ xảy ra.
4. ^ “Khi sóng rời khỏi khu vực tạo ra chúng, những sóng dài hơn sẽ vượt qua những sóng ngắn hơn vì tốc độ của chúng lớn hơn. Dần dần, chúng hòa vào các sóng khác có tốc độ tương tự — nơi các sóng khác pha với nhau sẽ tăng cường lẫn nhau, và nơi chúng không pha sẽ bị giảm. Cuối cùng, một mô hình sóng cao và thấp (hoặc sóng vỗ) được hình thành và duy trì khi nó di chuyển ra ngoài đại dương.”

Chú thích

• Cotterell, Arthur (ed.) (2000). Thần thoại Thế giới. Parragon. ISBN 978-0-7525-3037-6.Quản lý CS1: văn bản dư: danh sách tác giả (liên kết)
• Bách khoa toàn thư minh họa về Đại dương. Dorling Kindersley. 2011. ISBN 978-1-4053-3308-5.
• Stow, Dorrik (2004). Bách khoa toàn thư về Đại dương. Oxford University Press. ISBN 0-19-860687-7.

Các liên kết hữu ích

• Các đại dương trên DMOZ
• NOAA Lưu trữ ngày 24 tháng 4 năm 2013 tại Wayback Machine