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  已被發現海水化學物質及元素有92種,其中11種(氯、鈉、鎂、硫、鈣、鉀、溴、鍶、硼、碳、氟)佔海水溶解物質總量的99.8%,其它含量甚微;目前可以從海水中提取60多種化學物質。  世界海水的鹽度大約為35psu(35‰),這意味著平均每一升海水中就含有35克的鹽(大部分是氯化鈉)溶解其中。高於人體溶質度級別(現代生物的體液類似遠古海洋的濃度,大約為0.9%),非直接飲用水來源。

  海水有機物由海洋生物代謝、死亡過程產生,或者是陸地上生物活動生成並由大氣和河流帶進海洋。這些有機物最終大部分變成二氧化碳,被浮游植物吸收,經過光合作用變成有機碳,形成迴圈;小部分沉入海底,進入海洋沉積。

  

  海水吸收來自太陽短波輻射和大氣長波輻射,或以暖流帶來的熱量;海水以海面輻射和蒸發放出熱量,在寒流經過的海域,帶走的能量也相當可觀。海水的溫度還隨著深度而變動,一般熱帶地區表面溫度約在28度,五到十米以上的深度溫度降至約20度,即使如此,深海終年僅保持在5度的低溫。

  海水結冰的溫度,隨著海水的鹽度增加而降低;海水密度隨著溫度增高而降低、鹽度增加而增加,所以密度最大的海水溫度最低,鹽度最大;在海水鹽度為24.695時,海水冰點與海水密度最大時的溫度一致,均為-1.33°C。

  海水的透明度主要取決於海水中懸浮物大小、數量和地理位置。大洋中懸浮物少,透明度為50～60米;近岸海水懸浮物比較多,透明度為10～30米;河口水中含有大量泥沙,透明度為1～2米。

  大洋、近海的海色差別明顯。清潔的大洋水,懸浮顆粒少,粒徑小,分子散射起主要作用。水分子、溶解物質的粒子、粒徑遠小於光波波長的懸浮物粒子,散射係數與波長的4次方成反比,波長愈短,散射愈強,大洋顏色為深藍色,峰值波長約為470奈米。近海水中含較多的懸浮物質,粒徑遠大於光波波長,散射係數與波長無關。近岸水中不同的溶解物質,光譜吸收、散射特徵不同。水中懸浮物、溶解物質、海水本身的光譜散射吸收作用,使海面向上的光譜峰值達500奈米以上;近海顏色為藍綠色至黃褐色。  此外,海洋中的多種顏色的浮游生物,在某海區大量繁殖,影響了顏色。在近岸、河口區有大量懸浮泥沙,使海色變黃。當某種海藻急劇繁殖,可發生赤潮。

  海水蒸發從海洋吸收了熱量,大氣獲得了海洋所損失的熱量。海面蒸發是決定海-氣介面的水分、熱量、鹽度平衡的主要因素。  在鄰接水面的空氣中,水汽未達飽和狀態,海水不斷蒸發。飽和水汽壓隨溫度升高迅速增大,氣溫愈高,空氣能容納更多的水汽。已被水汽飽和了的空氣,當流經較暖的海面時,因接觸海水升溫,就處於不飽和狀態,有利於海水蒸發;相反,當暖空氣流經冷水面時,遇冷呈過飽和狀態,一部分水汽凝結成霧,不利於海水蒸發。  赤道海區的空氣溼度高,海風較弱,蒸發量最小;副熱帶的暖海面上,有較乾燥的空氣平流,蒸發量最大;高緯度地區溫度低,飽和水汽壓小,空氣容納水汽能力低,蒸發量小。世界大洋的年均蒸發量為1米。大洋西側蒸發量高於東側,在極向暖流輸運區更加突出,例如灣流區的年蒸發量最高達3米,黑潮區為2.3米。渤海、黃海、東海的年均蒸發量大於1.25米,從東南向西北降低。
海水即是海洋內的水,佔據地球水體的97%,一升海水有約35公克的鹽溶於其中,還有少量的微量元素。海水是複雜的溶液,並且會隨著時間變動,例如地球早期的海水是酸性的,而非現在因為融入大量鹽類物質而呈現的鹼性,但近代以來人類活動使海水水質出現過度變動,例如海洋酸化等問題,威脅著海洋生態系統的未來。