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18、19世紀，近代海洋科學考察開始興起。 18世紀以后的海洋探險逐步開展了對海洋環境和資源的初步觀測，如測溫、測深、采水、采集海洋生物和底質樣品等，因而可以稱為海洋考察更確切。但這一階段的海洋考察，其研究內容是零星的，涉及的海洋空間也是局部的。直到17世紀人們還普遍認為只有表面海水是咸的。1673年，波義耳發表了他研究海水濃度的著名論文，指出所有深度的海水都含有鹽分，從而改變了當時認為只有表面海水是咸的流行看法。 1772年，拉瓦錫通過化學分析，發現海水中含有多種碳酸鹽、鈉鹽、鎂鹽等成分。到1865年，人們已經從海水中分析出了27種元素。

18世紀，著名的庫克船長進行了三次探險航行。他在南太平洋發現了社會群島，并到過南極圈以南和白令海。他是第一個精確測量經緯度的探險家。 1839一1843年，英國人羅斯爵士領導了著名的環繞南極的探險航行，當他航行到南大西洋時，用繩子測得了2425英特(4432.9米)的深度記錄。羅斯也因此被稱為大洋精確測深第一人。在19世紀，進行海洋測深的器具主要是麻繩和鉛錘。麻繩的伸縮性較大，影響測深精度，所以，后來麻繩又被鋼絲繩所替代。1854年，美國海軍見習官布魯克發明了可以精確確定重錘觸底時刻的裝置(即在測深的末端加上能分離的重物，當繩端觸底時自動脫落)，從此以后，測深的精確性才有了保証。這種比較原始的測深方法，在几千米深的大洋每測一次深度就得花几小時，所以直到1923年全世界僅僅積累約1.5萬個大洋測深記錄，人們還認為大洋底的形態是平緩而單調的。由于缺乏深海拋錨技朮，大洋測流比測溫和采水更困難。因此，深海直接測流的資料很少，當時主要利用航海日記資料來了解海流知識。據此，弗蘭克林1770年發表了灣流圖。從19世紀40年代開始，美國海軍軍官默利廣泛收集了以往的航海日記資料，編纂出版了大西洋海面風場和海流圖，于1855年出版了《海洋自然地理》一書。書中對他所編的風場和流場做出了解釋。他根據海洋中溫度和鹽度不均勻的事實認為，密度差異是形成海流的一個原因。該書被公認為當時海洋學的一本重要著作。

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除了測深以外，人們還對測溫進行了探索。西克斯發明了一種老式溫度計。它可對最高、最低溫度進行測量，以此可以測量海水表面以下的水溫。俄國“希望”號和“涅瓦”號于1803-1806年環球航行中所用的就是這種溫度計，測溫的最大深度為336米。到19世紀40年代，測溫深度已經超過2000米，到19世紀60年代末已達到4000米。通過當時多次的溫度觀測，發現大洋溫度隨深度逐漸降低，水溫在深層降到l℃左右，在高緯地區的深層可達到0℃左右。這樣，長期流傳的認為大洋深處充滿4℃海水的錯誤觀點被摒棄了，并且初步揭示了海洋溫度空間變化的復雜性。1874年，英國人制成了顛倒式溫度計，這是海洋測溫技朮的重大革新，它大大提高了海洋測溫的精度。現代的顛倒溫度計就是在此基礎上改進而成的。　　
對海洋生物資源的研究，直到19世紀初才比較快地發展起來，而且主要限于淺海和大洋表層的生物采集和分類。 1840年，福布斯首先開始了海洋生物與環境關系的研究。他發現生物種類隨深度增加而不斷減少，提出在海面300英尋(約600米)以下沒有動物存在。這樣的論點在當時是很自然的，因為既然深層海水被認為是停止不動的，其溶解氧將因得不到補充而消耗殆盡﹔另外估計動物也難以承受深層海水的高壓環境。人們在相當長的時間內對福布斯的觀點深信不疑。后來由于多次從海洋深處發現動物，他的這種論點才開始動搖。 30多年后，由于“挑戰者”號環球考察的成功，才使大家最終放棄了這個錯誤觀點。