bélyegkép|A Föld óceánjai Az oceanográfia (ógörög eredetű szó a ὠκεάνος [ókeánosz] – ’világtenger’ és a γραϕω [gráfó] – ’írok’ szavak összetételéből) vagy oceanológia (ahol az ógörög λόγος [lógosz] – ’szó, beszéd, tan, tudomány’), magyarul tengertan, a természetföldrajz, azon belül a hidrológia (víztan) egyik interdiszciplináris tudományterülete. Művelője az oceonográfus, oceonológus.
Több tudományterületre osztható, ezek: Geológiai oceanográfia: a tengerfenék felépítésének, kialakulásának tudománya Kémiai oceanográfia: a tengervíz kémiai összetételének és tulajdonságainak vizsgálata; kémiai elemek kivonása a tengervízből; a szennyezések hatásainak vizsgálata Fizikai oceanográfia: a hullámok, az árapály, az áramlások tudománya; az óceánok hatása a légkörön keresztül az időjárásra és a klímára; a hang és a fény terjedése az óceánokban Biológiai oceanográfia: a különböző életformák tanulmányozása az óceánokban; ezek alkalmazkodása a tengeri környezethez; a tengerből nyerhető táplálék kinyerése
Kapcsolódó tudományterület a tengeri régészet és a tengerjog.
Az óceánok A Föld vizei négy (plusz egy) alapvető óceánra oszthatók fel a tengerfenék alakja és a kontinensek elhelyezkedése alapján: Csendes-óceán: a Föld legnagyobb óceánja, az óceánok összes felszínének több mint fele ide tartozik. A Föld teljes felszínének több mint egyharmadát borítja. Atlanti-óceán: nagyjából fele kiterjedésű, mint a Csendes-óceán területe és kevésbé mély. Indiai-óceán: valamivel kisebb, mint az Atlanti-óceán, mélysége hasonló. Nagyrészt a déli féltekén helyezkedik el. Nevét az Indiai szubkontinens után kapta. Jeges-tenger: mérete nagyjából a Csendes-óceán területének 7%-a. Mélysége alig negyede a többi óceánénak. Habár állandó jégréteg borítja, ennek vastagsága mindössze néhány méter. Déli-óceán (más néven Antarktikus-óceán): a közeli tengeri áramlatok határozzák meg, ezek összefoglaló neve Antarktikus áramlás. Fizikailag a déli Csendes-óceán, a déli Atlanti-óceán és az Indiai-óceán déli része; ezeknek azon területe, ami a déli szélesség 50 foktól délre helyezkedik el. Ez az a „plusz óceán”, amit sok oceanográfus nem önállónak, csak a többi óceán részének tekint, azonban praktikus okokból ez külön óceánnak vehető.
Mélységmérés Kábellel Az első, tudományos igényű mélységmérést az óceánokon a HMS Challenger hajó hajtotta végre 1872-től kezdve 3,5 éven át. A hajó gyakran megállt, ekkor a legénység megmérte a vízmélységet és a víz egyéb jellemzőit. A mérések azt mutatták, hogy a tengerfenék korántsem sík, ahogy korábban gondolták, hanem a szárazföldhöz hasonlóan hegyek és völgyek találhatók benne. A mélységmérési pontok sok kilométeres távolságra voltak egymástól.
Hanggal Hangvisszaverődésen alapuló mélységmérést már a 20. század elején alkalmaztak, ami a visszaverő közeg, a víz sűrűségének hirtelen megváltozásáról verődött vissza (ez lehetett a tengerfenék vagy attól feljebb élőlények halmaza). A mérés hátránya, hogy a legközelebbi, tehát legmagasabb helyekről verődik vissza erős jel, a nagyobb mélységekből gyengébb, ezért a részletes felmérésre ez a módszer nem alkalmas. Ugyanakkor, ezt a technikát alkalmazva a második világháború során rájöttek, hogy tengeralattjárók felderítésére is használható.
A második világháború után a technikát finomítva fókuszált, nagyfrekvenciás hanghullámot kezdtek alkalmazni, ennek eszköze a szonár, amivel 1 méteres felbontást is el lehet érni a mélységmérésben.
A modern tengeri mélységmérők több hangfrekvenciát használnak egyszerre, ezzel akár 60 km-es szélességben is feltérképezhető az óceán mélysége a hajó alatt. A nagyobb pontosság érdekében a műszer lesüllyed a felszín alá és egy hajó vontatja.
Műholddal Műholddal a vízmélység értéke közvetetten, pontosan mérhető. A tenger alatti mélységek kisebb gravitációt fejtenek ki a fölöttük lévő vízre, a víz alatti kiemelkedések viszont nagyobbat. Egy 2000 m-es kiemelkedés akár 2 méteres különbséget is okozhat a tenger szintjében, ez pedig könnyedén mérhető műholdakkal, amik mikrohullámot használnak a tenger felszínének méréséhez (ennek pontossága 4 cm). A nyers méréseket a hullámzás, az árapály, a tengeráramlatok és a légköri hatások figyelembe vételével korrigálják.
Lerakódások A tengerfenéki lerakódások vizsgálata több okból fontos: tanúskodik a Föld múltbeli történetéről, amiből a nagy kihalások, a globális klímaváltozások és a tektonikus lemezek mozgása levezethető
A lerakódás eredete lehet: litogén, azaz sziklából eredő biogén, azaz szerves eredetű lerakódás a vízből kozmogén, azaz a világűrből eredő
A lerakódások felhasználhatók, mivel belőlük nagy mennyiségben kitermelhető: kőolaj, földgáz, homok, kavics, só, foszfor, mangán.
Levegő-víz kölcsönhatás Három fő szél-övezet létezik (az Egyenlítőtől a sarkig haladva): „kereskedelmi szelek”, „nyugati szelek”, „sarki keleti szelek”.
A hurrikán (egyéb megnevezései: ciklon, tájfun) erőteljes és gyakran pusztító trópusi vihar, ami a magasabb hőmérsékletű vizek fölött alakul ki; hatással van rá a Coriolis-effektus. A szelek szállítják a Napból származó hőenergia kétharmadát a melegebb területekről a sarkvidékek felé. A további egyharmad energiát a tengeráramlatok szállítják.
Tengeráramlatok Az áramlások a Föld tengely körüli forgása következtében alakulnak ki. A tengeráramlatokat nagyban befolyásolják a kontinensek, ahol az áramlatok a szárazföldnek ütköznek és irányuk megváltozik. A nagy tengeráramlatok hőt szállítanak a melegebb területekről a hidegebb területek felé. A melegebb vizet szállító áramlatok nagyrészt a felszínen haladnak, majd a bennük tárolt hőt leadva sűrűségük megnő, így lesüllyednek a mélybe és visszafelé áramlanak. A tengeráramlatok szállítják a Napból származó hőenergia egyharmadát (a másik kétharmadot a szelek viszik).
A tengeráramlatok segítségével az ősemberek nagy távolságokat voltak képesek megtenni. A tengeráramlatok befolyásolják az élővilágot, elsősorban a felszín közeli vizekben növelik a mikroszkopikus élőlények számát, amikkel más élőlények táplálkoznak. A felszíni áramlatok nagy hatással vannak a szárazföldek part közeli területeinek klímájára. A hideg áramlatok, amik az Egyenlítő felé a kontinensek nyugati oldala mentén áramlanak, száraz éghajlatot hoznak létre. A sarkok felé áramló meleg áramlatok viszont melegebb, nedvesebb időjárást okoznak. Például az Atlanti-óceánban a meleg Golf-áramlat enyhe éghajlatot hoz létre Észak-Európában és Izlandon. Az északi-sark közelében lehűlő víz a hasonló földrajzi szélességen lévő észak-amerikai Labradorban hidegebb éghajlatot teremt.
A tengeráramlatok irányát a nyílt felszínen a szelek határozzák meg. A mélységben áramló vizeket mélyáramlatoknak nevezzük. A lesüllyedő víztömeg táplálékot és oxigént szállít a mélyebb rétegek felé, miközben azokkal keveredik.
Tengeráramlat sebességének mérése Egy tengeráramlat felszíni sebességének mérése történhet közvetlenül, amikor például egy rögzített bójára szerelt propeller forgásával mérik a víz áramlásának sebességét. A mérőeszközt vontathatja hajó, ekkor a mért értéket a hajó sebességével korrigálják. A felszínen mozgó, rádióadóval felszerelt eszközök pozíciójának meghatározásával is mérhető az áramlás sebessége és iránya. Az oceanográfusok a hajóbalesetek során tengerbe esett tárgyakat is felhasználják a tengeráramlatok feltérképezésére, ha ismert a baleset helyszíne és időpontja. Évente mintegy 10 000 áruszállító konténer esik a tengerbe. 1990-ben a Hansa Carrier teherszállító hajó Koreából Seattle felé tartott, útközben viharba került, és 21 konténer a tengerbe esett. Ezek közül ötben sportcipők voltak, amik közül több ezren a felszínen lebegve 2400 km-t megtéve elérték hat hónap múlva Észak-Amerika nyugati partjait Alaszkától Kaliforniáig.
Közvetett módszer például a tengerfelszín magasságának műholdról történő mérése, vagy a vízben keltett alacsony hangfrekvencia, ami a vízben áramló szilárd részecskékről visszaverődik, és a Doppler-effektus alapján számolható a víz áramlási sebessége.
A mélyben áramló víz sebességének mérésére speciális eszközöket használnak, amik lemerülnek egy előre meghatározott mélységbe, ott több fajta mérést végeznek (hőmérséklet, sótartalom, sűrűség), majd adott idő múlva a felszínre emelkednek és rádión kisugározzák a mért adatokat. Egy ilyen program a 2000-ben kezdődött Argo, melyben az eszközök legfeljebb 2000 m mélybe süllyednek, majd 10 naponként a felszínre emelkednek és kisugározzák adataikat. 2007-ig mintegy 3000 Argo szonda vízre bocsátása történt meg, ezzel az óceánok lefedettsége teljesnek mondható. A mélységi áramlatok nyomon követésére használható a bennük lévő kémiai anyagok vizsgálata, amik természetes vagy mesterséges úton kerülnek a vízbe.
Befolyásoló tényezők A tengeráramlatokat több tényező befolyásolja, ezek között ismert jelenség az Ekman-spirál, az Ekman-transzport, a geosztrofikus áramlatok és a szubtropikus áramlatok nyugati erősödése.
A Golf-áramlat által szállított vízmennyiség a Chesapeake Bay közelében 100 sverdrup, ami azt jelenti, hogy a Sargasso-tengerből nagy mennyiségű víz keveredik a Florida-áramlattal, és ez hozza létre a Golf-áramlatot.
Energiatermelés Mivel a víz 800-szor sűrűbb a levegőnél, a szélfarmokhoz hasonló kialakítással sokkal nagyobb energia nyerhető ki a tengeráramlatokból. A Golf-áramlattal kapcsolatban a kutatók megállapították, hogy Florida keleti partjai mentén mintegy 2000 megawatt energia nyerhető ki az áramlat mozgásából.
A hullámok és azok dinamikája Az óceáni hullámokat többnyire a szél kelti. A hullámok energiája általában kicsi, de viharok idején igen nagy lehet, ami magas hullámokkal jár. Ha az ilyen nagy hullámok elérik a partot, az pusztító hatású. Hullámok keletkeznek az eltérő sűrűségű közegek találkozási felületén is (például a vízfelszín alatt, vagy a levegőben). Ezeknek a hullámoknak az amplitúdója a felszíni hullámokénál sokkal nagyobb lehet, elérheti a 100 m-es nagyságrendet. Ezek a közegen belüli hullámok veszélyesek lehetnek például egy tengeralattjáróra, mert a tengeralattjáró óvatlanul olyan mélységbe süllyedhet, amire nem lett tervezve.
Nagyobb tömegek mozgása is hullámot kelt, például földcsuszamlás, vagy jéghegy tengerbe csúszása, ezeket „csobbanási hullám”-nak nevezik.
A nagy, mélységi hullámok másik keletkezési módja, amikor a tengerfenék nagyobb területen hirtelen megemelkedik vagy lesüllyed, ez nagy energia-felszabadulással jár, ami az egész fölötte lévő vízoszlopra hatással van (szemben a felszíni hullámokkal). Ezek oka lehet víz alatti földcsuszamlás, vulkánkitörés, illetve törésvonal elcsúszása. A keletkező hullámok „szeizmikus hullámok”. Nagyobb energia-felszabadulás esetén cunami keletkezik, ami a partot elérve pusztító hatású. Ilyen esemény viszonylag ritkán történik.
A hullám meredeksége = hullám magassága / hullámhossz
Ha a meredekség értéke meghaladja az 1/7 értéket, a hullám „megtörik”. A hullám csúcsai közötti idő a periódusidő. Ez általában 6 és 16 másodperc között van.
A mélyvízi hullámok sebessége = 1,25 , ahol h = hullámhossz
Hullámokat, illetve a vízszint magasságában lassú, periodikus változást okoz a Hold (illetve kisebb mértékben a Nap) gravitációs hatása, ennek neve árapály. Az árapály hullámhossza ezer kilométerekben mérhető, amplitúdója eléri a 15 métert. Az árapály periódusideje 12 óra 25 perc.