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  人類在史前時代就有了關於海浪和洋流的知識。科學形式海洋研究的雛型可以追溯到古希臘,亞里士多德和斯特拉波記錄下了對潮汐的觀測。但早期海洋探索主要目的在於製圖,儘管也用了鉛線做深度探測,人類對海洋的瞭解相當長時間都侷限在淺層區域。19世紀中葉,英國皇家海軍嘗試繪製全世界的海岸線,發現大部分海洋似乎都相當深。 開啟現代科學海洋學的是1872-76年的挑戰者號遠征。英國政府1871年接受皇家學會的建議,宣佈探索世界大洋並進行科學調查。由威維爾·湯姆森和約翰·默裡發起,改裝了皇家海軍的挑戰者號並配備獨立的自然史和化學實驗室。在湯姆森的科學監督下,近7萬海里(13萬公里)的航程總共進行了492次深海探通、133條海底挖掘、151次開闊水域拖網和263次連續水溫觀測,並發現約4700種新的海洋生物。挑戰者號遠征是人類史上第一次真正海洋巡航的科學考察,為整個學術和研究學科奠定了基礎。約翰·默裡之後在愛丁堡大學繼續研究,這裡在20世紀仍然是海洋研究的中心。 默裡是第一個研究海洋峽谷的人,特別是大西洋中洋脊,並繪製了海洋中的沉積物。 他試圖根據鹽度和溫度的觀測繪製出世界洋流,並首先正確地瞭解珊瑚礁發展的性質。  十九世紀末,其他西方國家陸續派出科學考察隊。第一艘海洋調查船,美國的信天翁號建於1882年。1893年,挪威科學家弗裡喬夫·南森讓他的調查船前進號凍結在北極的海冰上三年,長時間在固定地點獲得海洋學、氣象和天文資料。由約翰·默裡和約翰·霍杰特所領導1910年為期四個月的北大西洋考察團,是迄今最雄心勃勃的海洋學和海洋動物學計劃。第一次聲學測量海深在1914年。1925年至1927年間,“流星”考察隊使用回聲測深儀收集了70,000次海洋深度測量,探勘大西洋中洋脊 。 50年代,瑞士物理學家奧居斯特·皮卡爾發明深潛艇,並利用裡雅斯特號來研究海洋的深度。1953年,莫里斯·尤因和布魯斯·希森發現了沿著大西洋中洋脊延伸的全球洋脊系統; 1954年,蘇聯的北極研究所發現了北冰洋的海底山脈。 1960年哈里·哈蒙德·赫斯發展了海底擴張學說。1958年美國核潛艇鸚鵡螺號第一次在北極進行了冰封航程,並抵達北極點。1962年,聖地亞哥加利福尼亞大學建立了能夠在所有海洋中運作,長108米的浮式儀器平臺(FLIP)。  70年代開始,大型電腦開始應用於海洋學,對海洋條件進行數值計算,視其為整體環境變化預測的一部分。同時也廣泛地設定海洋浮標,以取得更完整的觀測資料。另外,大洋鑽探計劃始於1966年。海底熱泉則在1977年由約翰·科里斯和羅伯·巴拉德搭乘阿爾文號發現。  近年來海洋學的研究特別著重在海洋酸化、海洋熱含量、洋流、厄爾尼諾現象、甲烷水合物蘊藏、碳迴圈、沿海侵蝕、風化和氣候變化中氣候回饋的互動作用。研究海洋與瞭解全球氣候變遷、潛在的全球暖化和相關生物圈問題有關。由於蒸發、降水以及熱通量(和太陽日照),大氣和海洋是緊密聯絡的。風壓是驅動洋流的主要動力,海洋是大氣二氧化碳的吸收庫。所有這些因素都與海洋的生物地球化學有關。

  

  海洋學研究分為四大部分:
海洋學(英語:oceanography)是研究海洋的自然現象、性質及其變化規律,以及開發利用海洋的知識體系。它是研究海洋的地理學的分支。它涵蓋了廣泛的主題,包括生態系統動力學、洋流、波浪和地球物理流體動力學; 板塊構造和海底地質; 以及各種化學物質和物理性質在海洋內及其邊界的通量。這些不同的主題反映了海洋學家融合多個學科對世界洋的進一步認識和對天文學,生物學,化學,氣候學,地理學,地質學,水文科學,氣象學和物理學中的過程的理解。古海洋學研究了地質歷史中海洋的歷史。