年，马丁终于证明，铁的分布为营养盐型，表层较少，随着海水的增加而增加。
最早对铁元素的测定是在阿拉斯加湾进行的，结果表明在海水表层由于生物活动导致稀缺的氮、磷等元素的浓度仍然较高，但是铁元素的浓度却极低。
是不是根据利比希最小律，由于铁的缺乏而妨碍了浮游生物的繁殖，导致大量的磷和硝酸剩余呢铁是继氮、磷、钾之后又一种必需的营养素，是合成与光合作用紧密相关的细胞色素酶的必要元素。由于陆地的土中含有大量的铁，所以从没有缺少的情况发生。
但是海水的情况就不同了。由于铁在海水中迅速被氧化成三氧化二铁而产生沉淀，所以必须注意铁元素不足的情况。
马丁运用他多年来研究海洋微量元素的经验采集到无杂质的海水样本，并对有铁和无铁情况下浮游植物的繁殖速度进行了比较。结果表明，有铁情况下的繁殖速度要快得多。
实验证明，生物按照莱德菲尔比顺利生长繁殖的必要条件是对于1个单位的磷要有1／200单位的铁存在。
南极海和赤道附近海域的表层海水的营养素非常丰富。如果人为地向海水中增加铁元素，会不会加速这些海域的生物生育据估算，要令南极海表层的氮和磷全部被有效地利用，大约需要30万吨的铁，而这仅仅是大型油轮用铁量的一半。
马丁想到：“如果适当地将大气中的多余的二氧化碳经浮游植物转化成有机物积蓄在海洋中，就可以降低大气中的二氧化碳的浓度，防止温室效应影响地球。”马丁的这一设想的有效性和对生物圈的影响在全球都引起了广泛的争议。
多数专家学者认为这个方法不大可能成为解决地球温暖化的救世主。现在这个方法正在进行小规模海上试验，并在研究它的波及效应。
海雪
让我们想象乘坐潜水艇潜入海底的过程。随着深度的增加，光亮开始减弱，渐渐变成一个深蓝色的世界，最后四周一片漆黑。
坐在艇内向窗外望去，偶尔会有亮点一闪而过——是发光生物们。
打开探照灯，窗外竟然漂着雪花一样的物质。当潜水艇下降时雪花自下而上运动，当潜水艇上升时雪花自上而下运动，如下雪一样。这就是“海雪”。
雪花各式各样，大多如鹅毛大雪，一块块凝结在一起，似乎一触即化。这些物质有的是浮游生物的尸骸被鱼类吞食后排出的粪便，这些物质再被分解，就变得面目全非；有的是陆地上随流而来的矿物颗粒球。
这种海雪漂荡在海水中，承担着将海水表层生产的物质搬运到深海的重要任务。同时它也影响着海洋微量元素的分布。
浮游生物的残骸在中、深层海被氧化分解，按照莱德菲尔比产生氮、磷、碳等元素。因此中、深层的海水的营养素比表层丰富。
不仅是海水中的营养素受海雪的影响，其他多种微量重金属也受海雪的影响而变化。
海雪中除了有机物，大部分是硅藻等的硅酸盐外壳或者圆石藻和有孔虫的碳酸盐外壳。这两种成分的比例随海域和深度的不同而不同。而那些同生物无关的物质主要是来自陆地的土壤粒子和海水中的沉淀物。
那些同生物生长密切相关的颗粒的沉降量随表层海面中生物生产力的高低不同而差异明显。海雪的化学成分也随海域和季节的不同而变化。
北太平洋和南极海的海雪中硅藻偏多，而北大西洋的海雪中石灰质的圆石藻偏多。有机物的比例一般随深度的增加而减小，有的在中途就发生分解。
尽管如此，到达海底的海雪中仍然含有许多新鲜的有机物，是深海生物高营养的食物。另外，海雪的沉降量随表层生物的生产季节而变化，从而也使得海底生物可以感觉到季节的变化。
海洋和大气的气体交换动物的呼吸作用就是吸入氧气，排出二氧化碳的代谢活动。吸入的氧气用于分解有机物以产生能量。如果把呼吸看成这么一种化学反应，那么，中深层的海水里的生物，像鲸鱼，一样也会呼吸。
格陵兰海和南极附近的海洋表层水在冬季冷却后密度会变大，导致下沉。这时1千克的海水通过大气的气体变换大约含7毫升的气体（水温越低可以溶解的氧气越多）。
这就像鲸鱼刚刚吸足空气准备下潜时的状态。当氧气在有机物的分解过程中渐渐被消耗时，作为分解反应的产物，二氧化碳的浓度开始升高。
鲸鱼这时分解的是磷虾等食物带来的有机物。海水氧化的则是从表层落下的海雪。总之，沉下的时间越长氧气就越缺乏，而二氧化碳的含量则在不断增加。
然后沉下的海水再次涌上海面和大气接触，将过剩的二氧化碳排出，再吸进缺少的氧气，就像鲸鱼的呼吸作用一样。
这种同生物活动和海洋循环同时进行的海洋同大气的气体交换对大气中的氧气和二氧化碳的浓度影响很大。大气中的二氧化碳只占0.035％，比氮气和氧气少得多，所以受海洋的影响很明显。
海洋表层生产的有机物的一部分作为海雪沉入海底，在海底被分解放出二氧化碳的过程以及碳酸盐甲壳溶解后形成钙离子和碳酸根离子的过程就像深海中的香槟工厂一样。
现代将这一过程称为“生物泵”。由于这个过程的作用，大海中的二氧化碳含量约为大气中的2倍。
在对封闭在格陵兰和南极海冰床中的气泡（古代的气体）进行分析后发现，12000～24000年前的冰河时期的大气中的二氧化碳浓度只有现在的2／3。冰河时期陆地上的植物比现在少，减少的部分应该全部被海洋吸收了。
可能当时的海洋循环与物质循环与现在不同，当时的海洋中深层的二氧化碳含量可能比现在更高。
假设浮游植物全部消亡，那样将会如何？储藏在海洋中的二氧化碳将随着海水的循环排到大气中，大气中的二氧化碳会升高。
那么，如果海洋的循环停止后又会怎样？海洋深层的营养素不再循环到海洋表层，浮游植物数量会显著减少。
这样光合作用生产的有机物也会减少，结果导致空气中二氧化碳含量增加。地球上由于过度燃烧各种化石燃料导致二氧化碳含量增大，引发温室效应。在解决这个问题上海洋起了重大作用。
化学追踪我们明显地感到黑潮、亲潮等表层海流的流动，但却不知道海洋深层的水也在流动。
事实上海洋很广阔，海水的流动有时形成漩涡，又随时发生变化，很难用简单的物理方法将其用平均循环图的形式表述。
比较经典的方法是根据密度大的海水将下沉，从而导致含氧量降低，而随着有机物的分解硝酸离子和磷酸根离子等营养素的浓度会增加这一原理来推测海水的流况。一般海水向氧气含量减少的方向流动，或者说向营养素浓度高的方向流动。
根据这个原理我们可以发现大西洋、南极海、印度洋、太平洋的深层水年龄依次增加。
根据这种化学成分的分布情况同地球的流体理论的结合，麻省理工学院的H.斯顿梅尔和哥伦比亚大学的W.S.布洛卡画出了海洋循环图，但是这也只是把握了一个大概而已。
其实除了氧气，可以说明海水流动的化学物质还有很多。1960年的核试验中释放的大量的氚便对研究物理方法较难解决的深层水的形成过程和温度跳跃层（深度增加时温度剧减的层）的垂直混合现象有重大作用。
年随着降水进入海洋表层的氚元素最多。科学家们一直在追踪这些氚是如何向深海扩展的。北大西洋格陵兰海的表层水在冬天冷却下沉，开始转变为深层水。
世纪70年代进行的地球化学截面观测（GEOSECS）计划的测量数据表明，氚元素在北纬50°以北海域呈斜面状进入海底附近。
年又进行了一次观测。当时氚元素已经南下至北纬40°附近。可以推测深层水已经形成并且南下。当时也观测到造成臭氧空洞的氟利昂也少量溶入了海中，有的还侵入到南极洲附近的深层水中。
这些化学物质虽然是人工释放进海洋中的，却可以作为记号来追踪海水的运动，被称为“化学追踪剂”。这种方法的优点是可以观察到具体的侵入情况。
以前科学家用浮标、浮筒或颜料来研究海水运动。现在的“化学追踪法”将研究的范围扩大到了全世界。由于这些追踪剂是几十年前才投入自然环境的，在中低纬度由于温度跳跃层的存在阻碍了向下的侵入，所以在这些地方只停留在海水表层。
现在科学家又用六氟化硫（无害，少量就可被检测到）投入温度跳跃层来检测这一层的垂直扩散速度。结果发现温度跳跃层的密度非常稳定，在垂直方向几乎不发生混合。
现在“化学追踪”正在全球范围进行，相信不久的将来我们便可以解开深层海水循环之谜了。
深层水的年龄海洋的一次大循环到底需要多少时间前面已经说明过，根据海水中的氧气浓度的减少或营养素浓度的增加可以推测深层水的流向。但是如同鲸鱼在做剧烈运动时吸入量就会增加一样，海水中的氧气消耗速度也不是一定的。
例如海雪大量存在的海域中的氧气会因有机物的分解而快速消耗。因此氧气浓度的减少量和所花费的时间是无直接联系的，有什么方法能够进行正确的测定呢幸好科学家发现了由宇宙射线生成的放射性物质14C，它的半衰期为5730年，所以科学家可以以它作为“时钟”来测定深层水的年龄。
我们一定也经常听到在地质学和考古学中常用的放射性碳元素年龄测定这一名词。
在古代的遗迹中发现了古代人使用的木片。树木是靠光合作用吸收大气中的二氧化碳（其中含有14C）合成有机物而生长的，所以和当时的大气含有同样比例的14C。
在核试验前的古代大气中的14C浓度应该是稳定的，所以木片中最初的14C浓度也便可知了。只要测出出土时木片样本的14C浓度就可以计算出它至今的年龄。如果减少了50％，则表明它已经5730岁了。
这个原理同样也适用于海水。海水在表层时由于和大气的气体交换，溶解了二氧化碳，所以应该含有和大气相似的14C浓度。随着时间的推移，由于14C的衰变作用，14C将减少。根据所减少的量就可以计算出它的年龄。
事实上，北太平洋深层海水中的14C浓度比大气低24％，而北纬40°以北的北大西洋表层水比大气低7％左右，两者的年龄差约为1670岁。印度洋北部的深层水为1200岁，南极海为820岁。
当然海水的情况和考古学的木片样本不同，海水在下沉后并非就不再进行碳元素的交换了。
海水可能会和不同放射性碳元素浓度的海水混合，可能会因为有机物的分解或碳酸钙的溶解增加新的无机碳元素量。这些对年龄测定的影响有多大，现在还是个未知数。
所以前面推测的年龄值只是一个“估计值”，大致上深层海水的平均年龄在1000岁左右，海洋的一次大循环大概需要2000年左右。
由于宁宙射线的作用而生成的39Ar也可以代替14C进行年龄测定。
的半衰期为270年，溶于水之后几乎不参与任何化学反应，是理想的海洋循环追踪剂。但是它的存在量太小，在现在的测定技术下需要大量的海水，所以未得到广泛利用。估计在将来使用高敏感度的分析法后它就会成为研究的主力军。
锰块之谜“锰块”是以铁和锰的氧化物为主要成分的化学沉淀物。
锰块的形状大小各异，一般直径为2厘米到拳头大小，呈卵状或球状，在深海底广泛分布。
世纪的挑战者号早已发现锰块，并有详细的记载。
锰块中的镍、铜、钴的浓度也很高，可作为矿物资源。但是这种锰块的形成和分布存在着许多谜点。
在进行放射年龄测定时发现，这些锰块在100万年前只有几毫米，并且成长速度非常缓慢。
更奇怪的是这种锰块几乎都存在于海底沉积物上面，没有被埋没。海底沉积物的沉积速度虽然很慢，1000年才几毫米，但是考虑到海洋的年龄，没有理由锰块不被埋没在堆积物中。
对此现象有各种说法。例如海底的鱼或者急流将锰块不停地滚动，或者沉积物的粒子之间相互作用，将锰块不停地上挤等说法，但是都缺乏说服力。
那么，这些锰和铁到底从哪里来据推测，可能是被沉积物还原的二价铁离子和锰离子溶解在沉积物间隙中的水中并被带入海水中再次被氧化成三氧化二铁和氧化锰，形成沉淀而积于海底。
锰块之所以那么受注目，主要还在于它的矿产价值。锰块有望成为镍、铜、铬等贵金属的采矿对象。事实上在北太平洋的夏威夷东南海域已经开始了采矿试验，各国在各自划定的区域内进行技术研究和环境影响试验。
在商业化过程中最大的问题是，如何降低从深海5000米处采集锰块装上船只并精炼成成品过程中的成本问题。
另外，最近比较受关注的是存在于海岭或海底山脉等热水喷出处在海底岩石上形成层状沉积物的“锰壳”。
锰壳含有高品位的铬和金，并且比深海的锰块易采集（水深2000～3000米）。
如果将海水抽干的话如果将海水全部抽干，大西洋、太平洋等海底究竟会是什么样子呢？会不会也像陆地上有平原、有山谷呢那么，我们又如何来研究海底的地形呢？海底又有多深呢在测量海深时使用超声波。观测船一边在海面航行，一边向海底发射超声波，然后从接收到海底反射超声波所需的时间来计算水深。
是20世纪50年代世界各国的观测船在全世界的海洋进行观测后，整理得出的水深数据经电脑处理后描绘出的海底地形图，基本上再现了海底的地貌。
海底有山谷，也有平原。当然这些地形的景观与地球完全不同。如果有一天地球上的海水真的不见了，我们一定会以为眼前的景观是另一个行星。
海底的地形比陆地的地形规则得多。
有的峡谷蜿蜒几千千米长，有的一条线上并排着几十座富士山似的火山。海底的火山比想像中多。事实上80％的火山运动都在海底发生。太平洋底的小突起物是比高（比高是从海底开始的高度）5000米级的火山。
为什么海底的地形会如此规则？这是因为板块构造运动直接地反映在地形上。
在两大板块的交界处，即中央海岭处，由于板块分离而造成的峡谷和断层有规则地交叉排列。
由海洋板块运动而形成的规则几何形地形以及无数的火山，这就是深海的地形。这同时证明，深海海底也是活动的。
