Дно океана имеет тот же общий характер, что и суша: горы, равнины, каналы, каньоны, обнаженные породы и покрытые осадочными породами участки. Однако отсутствие выветривания и эрозии в большинстве районов позволяет наблюдать геологические процессы на морском дне более отчетливо, чем на суше. Например, нетронутые осадки содержат историческую запись о климате и состоянии океана в прошлом, что позволило геологам обнаружить тесную связь между климатом прошлого и изменением расстояния Земли от Солнца (эффект Миланковича).
Поскольку электромагнитное излучение не может проникнуть в море на значительное расстояние, океанограф использует акустические сигналы, взрывные устройства и землетрясения, а также гравитационные и магнитные поля, чтобы исследовать морское дно и структуру под ним. Такие методы, которые теперь позволяют получить двухмерное описание морского дна под судном, дают все более точные данные о форме океана, его неровностях и структуре под ним. Спутниковые методы — более позднее развитие. Поскольку форма поверхности моря тесно связана с формой морского дна под действием силы тяжести, спутниковые измерения топографии поверхности используются для получения глобального представления о дне океана. Они также позволили получить данные для точного картирования таких объектов, как подводные горы.
Исследования морского осадконакопления включают в себя изучение осаждения, состава и классификации органических и неорганических материалов, обнаруженных на морском дне. Образцы таких материалов тщательно изучаются на борту научно-исследовательских судов или в береговых лабораториях, где исследователи анализируют размер и форму составляющих частиц, определяют химические свойства, такие как pH, а также идентифицируют и классифицируют присутствующие минералы и организмы. На основе тысяч классификаций и собранных образцов составляются карты донных отложений.
Для получения образцов с морского дна используются различные виды оборудования. К ним относятся грейферы, земснаряды и керны.
Захватывающие устройства, обычно называемые улитками, сильно различаются по размерам и конструкции. Одним из общих классов таких устройств является грейферный захват, который используется для получения небольших образцов поверхностных слоев донных отложений. Моллюски бывают двух основных видов. Один из них имеет длину 76 сантиметров, весит около 27 килограммов (один килограмм = 2,2 фунта) и изготовлен из нержавеющей стали. Челюсти этого устройства закрываются тяжелыми рычагами, которые приводятся в действие сильной пружиной и свинцовым грузом. Он способен задерживать около пинты донного материала. Второй тип моллюсков значительно меньше. Это устройство длиной около 28 см и весом 1,4 кг обычно называют грязеуловителем. Среди других приспособлений для захвата можно назвать ведерный пробоотборник из апельсиновой кожуры, который используется для сбора донных материалов на мелководье. Небольшой крючок, прикрепленный к концу опускающегося троса, поддерживает пробоотборник при опускании, а также удерживает челюсти открытыми. При соприкосновении с дном губки пробоотборника погружаются в осадок, и натяжение троса ослабевает, позволяя крюку откинуться от пробоотборника. При подъеме трос натягивается на замыкающую линию, которая закрывает челюсти и улавливает образец. Донный пробоотборник на ходу, или scoopfish, предназначен для быстрого отбора проб без остановки судна. Он опускается на глубину менее 200 метров с судна, движущегося со скоростью не более 28 километров в час. Пробоотборник весит пять килограммов и
Вторая основная категория донных пробоотборников — драги, которые волокут по морскому дну для сбора материалов. Для проведения дноуглубительных работ требуются очень прочные приспособления, особенно при дноуглубительных работах с образцами горных пород. Типичная драга изготавливается из стального листа и имеет глубину 30 сантиметров, ширину 60 сантиметров и длину 90 сантиметров. Передняя часть открыта, а в кормовой части имеется тяжелая решетка из круглых стальных прутьев, предназначенная для удержания крупных образцов породы. Когда требуется более мелкий материал, на решетку устанавливается сито из тяжелой аппаратной ткани.
Устройства для отбора керна обычно состоят из трех основных компонентов: сменных керновых трубок, основного корпуса с обтекаемым свинцовым грузом и хвостового оперения, которое направляет керн по вертикальной линии к океанскому дну. Количество собранного осадка зависит от длины керна, размера основного груза и проницаемости дна. Один из типов кернов, легкий керн Флегера, берет пробы только верхнего слоя океанского дна на глубине около одного метра. Более глубокие керны берутся поршневым керноотборником. В этом устройстве внутри керноотборной трубки установлен плотно пригнанный поршень, прикрепленный к концу опускаемого троса. Когда керноотборная труба погружается на дно океана, поршень под действием трения тянет образец керна вниз. Однако гидростатическое давление на дно океана оказывает на керн давление, направленное вверх, что препятствует созданию вакуума между поршнем и верхней частью керна. Поршень, по сути, обеспечивает всасывание, которое преодолевает силы трения, действующие между образцом осадка и внутренней поверхностью керноприемной трубки. Полный комплект типичного поршневого керна весит около 180 килограммов и может использоваться для получения образцов длиной до 20 метров. Усовершенствованная версия этого устройства, гидравлический поршневой керноотборник, используется на судах для глубоководного бурения, таких как «JOIDES Resolution». С помощью этого типа керна были получены практически нетронутые керны длиной до 200 метров.
Исследователи также используют инструменты для каротажа, способные измерять электрическое сопротивление, акустические свойства, магнитные и гравитационные эффекты в пробуренных скважинах. Аппарат «JOIDES Resolution» оснащен подобными приборами, включая дистанционную телекамеру, которые опускаются в пробуренную скважину после извлечения керна. Такие каротажные аппараты позволяют сразу же получить данные для научного анализа и принятия решений.
Акустические методы для геологических и геофизических исследований достигли высокого уровня сложности. Такие многочастотные методы, как Seabeam и Gloria (Geological Long-Range Inclined Asdic), позволяют картировать двухмерные полосы с большой точностью с одного судна. Эти методы широко используются для определения основных особенностей морского дна. Например, система «Глория» может создавать картину морфологии региона со скоростью до 1 000 квадратных километров в час. Подобные методы используются в сочетании с сейсмическими методами отражения, которые предполагают использование многоканальных приемных решеток для обнаружения звуковых волн, вызванных выстрелами взрывчатых веществ (например, взрывами динамита), которые отражаются от границ раздела пород с различными физическими свойствами. Такие методы позволяют измерять структуру земной коры глубоко под морским дном.
