חקר מעמקי הים

חקר מעמקי הים הוא חקירת תנאים פיזיקליים, כימיים וביולוגיים בקרקעית האוקיינוסים, למטרות מדעיות ומסחריות. מעמקי הים נחקרו בדיוק רב רק בעשרות השנים האחרונות, ובהשוואה לתחומים אחרים של מדעי הטבע, הם עדיין מהווים תחום שיחסית נמצא בחיתוליו.
ממוזער|250px|ריבוד המיים באוקיינוסים על פי העומק.

 ריבוד מי האוקיינוסים על פי העומק 
נהוג לתאר את העומקים של האוקיינוסים על פי ריבוד סכמתי של המים על פי עומקם:
 השכבה האֶפִּיפֶלָגִית - האזור המואר על פני הים עם אור מספק לפוטוסינתזה. כמעט כל היִיצור הראשוני (של החי והצומח) באוקיינוס מתרחש בשכבה זו.
 השכבה המזופֶלגית  - מתחילה בעומק שאליו מגיע רק אחוז אחד מהאור הפוגע במים, ומסתיימת במקום בו אין אור כלל. עומקי אזור זה נעים בין 200 ל-1,000 מטרים.
 השכבה הבאת'יפֶלגית  - ממוקמת בעומקים שבין 1,000 ל-4,000 מטרים. בשל החושך המתמיד שבו, הוא נקרא גם "אזור חצות". האור היחיד בעומק זה ומתחתיו מגיע מהביולומינסנציה של בעלי החיים.
 השכבה האביסאלית - נמצאת בעומקים של 4,000–6,000 מטר, אזור זה הוא בחושך מתמיד.
 השכבה ההָאדֶלית - האזור העמוק ביותר באוקיינוס, השוכן בתוך שקעים אוקייניים צרים ובטופוגרפיה של צורת V. אזור זה נע בעומקים שבין 6 ל-11 ק"מ מתחת לפני הים.

 חקר המעמקים 
ממוזער|150px|ספוג בשונית אלמוגים, מהסביבות העשירות ביותר באורגניזמים בים.

 התחומים העיקריים הנחקרים באוקיינוסים 
התחומים העיקריים הנחקרים באוקיינוסים הם ביולוגיה ימית, גאולוגיה וגאופיזיקה, כימיה, אקלים ואוקיינוגרפיה.

לביולוגיה הימית מוקדש חלק ניכר במיוחד של המחקרים במעמקי האוקיינוסים. חוקרים מגלים מינים חדשים באופן קבוע, חלקם ביולומינסנטיים; אחרים שורדים בתנאים קיצוניים כמו: חשיפה לזרמים הידרותרמיים, אורגניזמים שהסתגלו לחיים בלחץ גבוה במיוחד, בטמפרטורות קרות מאוד ובחושך מוחלט.
ממוזער|150px|נביעה הדרותרמית במעמקי הים.
בתחומי הגאולוגיה והגאופיזיקה בולטים חקר הרי מצולה, לרבות אלה הגעשיים, שקעים אוקייניים, רכסים מרכז אוקייניים ופעילות רעידות אדמה שמוקדן בקרקעית האוקיינוסים.

תחום מחקרי הכימיה באוקיינוסים מתאפיין בניתוח ההרכב הכימי של מי ים בעומקים שונים; מחקר על נביעות הידרותרמיות המסייע להבין כיצד חיים עשויים להתקיים על כוכבי לכת אחרים, וכיצד החלו בכדור הארץ שלנו.

בתחומי האקלים והאוקיינוגרפיה בולטים מחקרים על זרמי אוקיינוס עמוק הממלאים תפקיד מרכזי בוויסות האקלים של כדור הארץ. הים העמוק משמש כ"בולען" פחמן, ואוגר כמויות עצומות של פחמן דו-חמצני; השפעות אנושית כמו זיהום מי הים (כגון מיקרופלסטיק ונגר כימי) והחיים בו; השפעות של כרייה בים עמוק וקידוחי נפט, משפיעים בכיוון של שינויי אקלים והתחממות כדור הארץ.
ממוזער|דוגמה ל-ROV הרקולס שביצע ניסויים ברכסים הימיים של ניו אינגלנד.

 כלי איסוף הנתונים 
כלי איסוף הנתונים רבים, מגוונים, וכאלה שהתפתחו במקביל להתפתחות המדע והטכנולוגיה. הם מחולקים בעיקר לקבוצות: כלי רכב המופעלים מרחוק/ROV ; כלי רכב תת-ימיים אוטונומיים/AUV ; צוללות מאוישות; ומכשירים השייכים לטכנולוגיות סונאר ומיפוי; וכן ציוד דגימה.ממוזער|רכב תת-ימי (AUV) אוטונומי.
בתחום כלי רכב המופעלים מרחוק/ROV בולטים אלה עם רובוטים קשורים המשדרים וידאו ונתונים. מדובר למעשה ברובוט תת-ימי בלתי מאויש, הנשלט מהקרקע דרך כבל.

בתחום כלי רכב תת-ימיים אוטונומיים/AUV בולטים אלה עם רובוטים לא קשורים, שיכולים לחקור באופן עצמאי. מדובר ברובוט תת-ימי, המתוכנת לבצע משימות שנקבעו מראש באופן עצמאי, ללא צורך בשליטה אנושית בזמן אמת, או בחיבור כבלים לספינת האם.

בתחום הצוללות המאוישות בולטים דגמים כמו DSV Alvin או DSV Limiting Factor , שהן צוללות קטנות הנושאות מדענים בודדים לצפייה ישירה. טכנולוגיות סונאר ומיפוי משמשות למיפוי קרקעית הים. וציוד דגימה קיים לאיסוף דגימות מים , משקעים ודגימות ביולוגיות מעומקים גדולים.

 ההיסטוריה של חקר המעמקים 
ממוזער|150px|מארי ת'ארפ הנחשבת לאֵם האוקיינוגרפיה המודרנית.
יש שמחשיבים את לואיג'י פרדיננדו מארסילי , מדען איטלקי בן המאה ה-17 וה-18 כאבי האוקיינוגרפיה המודרנית. הוא החוקר הראשון שהכניס קפדנות מדעית לחקר הים, ואחד הראשונים בעולם שביצע מחקר אוקיינוגרפי וחקר את הביולוגיה של הים ואת הגאומורפולוגיה של אגנים אוקיינים וחופים. הוא ערך תצפיות שטח, חקר את קרקעית הים במפרץ ליון, את סיווג המינים, את הזרמים ואת תכונות מי הים, תוך שהוא מזכיר שכל גישתו המדעית התבססה על הניסויים והתצפיות שערך בעצמו במקום. בשנת 1725 פרסם את "Histoire physique de la mer", על תגליות מחקרו האוקיינוגרפי בשנים 1705 – 1706 במפרץ ליון, הנחשב למחקר המדעי הראשון על האוקיינוס.
ממוזער|150px|מחפר הביולוגיה הימית של משלחת צ'לנג'ר.
"מולו", לאֵם האוקיינוגרפיה המודרנית נחשבת מארי ת'ארפ, שבתצפיותיה גילתה את הרכס המרכז אוקייני באוקיינוס האטלנטי. מאוחר יותר, ברוס היזן ומוריס יואינג  מפרשים זאת כעדות על עמק בקע רציף המשתרע על פני 40,000 מיילים ימיים לאורך כל מקטעי הרכס המרכז אוקייני בעולם.

 איסוף דגימות 
בשנת 1868, חוקר הטבע הסקוטי סר צ'ארלס וויוויל תומסון  שכנע את החברה המלכותית של לונדון לשיפור הידע במדעי הטבע לתמוך בפרויקט חפירה בים עמוק בצפון האוקיינוס האטלנטי. תומסון השתמש בכלי שנקרא "מחפר ביולוגיה ימית"  - רשת עם מנגנון חפירה המשמש לגירוד קרקעית האוקיינוס ולתפיסת צורות חיים. המחפר המקורי, שפותח על ידי אוטו פרידריך מולר  בשנת 1830, לא היה בעל מנגנון סגירה, כך שדגימות נשרו לעיתים קרובות, מה שהזין את האמונה שאין חיים על קרקעית האוקיינוס או בתוכו.
ממוזער|150px|מכונת "מדידת החבל תומסון", למדידת עומק המים.
על סיפון אחת מספינות המחקר, תומסון שינה את מחפר הים כך שיוכל להיסגר; התאמה זו אפשרה לו לאסוף ספוגים, סרטנאים, רכיכות ואורגניזמים רבים אחרים בעומק של כ-548 מטרים באוקיינוס. תגלית זו הגבירה את התמיכה בחקר הים העמוק, ובשנת 1872 נשלחה הספינה H.M.S. צ'לנג'ר  להתחיל משלחת אוקיינוגרפית, הידועה בשם משלחת צ'לנג'ר, למשימה בת שלוש וחצי שנים, כשתומסון מוביל את המסע. מחפרי הים הוטלו לרמות עמוקות יותר ויותר (ראו התמונה משמאל), ובסוף המסע בשנת 1876 התגלו 715 סוגים חדשים ו-4,417 מינים חדשים של אורגניזמים ימיים, ונאספו מאות דגימות של קרקעית האוקיינוס ומי ים. תומסון נפטר לפני שכל התוצאות נאספו. סר ג'ון מאריי, אוקיינוגרף סקוטי נוסף, סיים את עבודתו במקומו, ופרסם 50 כרכים של תוצאותיה ותגליותיה של הצ'לנג'ר.

 מדידות עומק 
במאה השמינית, הוויקינגים מדדו את עומק הים על ידי הטלת משקולות עופרת מחוברות לחבלים מעבר לסיפון, ורישום כמות החבל שנמצאה מתחת למים, כשהמשקולת הגיעה לקרקעית. אורכים אלה נמדדו בפאטומים (1.8288 מטר לפאטום). בשנת 1872, סר ויליאם תומסון החליף את החבל בכבל פסנתר דק יותר, והמציא את מכונת מדידת החבל תומסון . המכונה עדיין השתמשה במשקולת עופרת, אך החוט שוחרר על ידי גלגל מתיחה ובלם, וחוגה תיעדה את כמות החוט שנעשה בה שימוש. מדובר היה בכננת קטנה המופעלת ביד או במנוע, שהותקנה על סיפונה של ספינת המחקר (ראו תמונה מצד שמאל). "מכונת מדידת החבל תומסון", סיפקה מדידות מדויקות יותר של עומק האוקיינוס, ושימשה למשלחות רבות אחרות.
ממוזער|150px|מכונת מדידת הים העמוק של סיגסבי .
עוד קודם לכן, בשנות ה-70 של המאה ה-18, המדען הצרפתי פייר סימון דה לפלס חישב את העומק הממוצע של האוקיינוס האטלנטי מתנועות גאות ושפל שנרשמו בחופי ברזיל ואפריקה. הוא קבע עומק זה כ-3,962 מטר, ערך שהוכח כמדויק למדי על ידי מדידות מאוחרות יותר, שנערכו בשל הצורך במדידות מדויקות בעת הנחת כבלים תת-ימיים.
בין השנים 1873 ל-1874, השתמש מפקד האונייה האמריקאית טוסקרורה , ג'ורג' בלקנאפ , במכונת המדידה תומסון על כבל טלגרף, כדי לסקור את האוקיינוס השקט. במהלך תקופה זו, הוא גילה את רכס חואן דה פוקה , את השקע האלאוטי ואת שקע יפן. בשנת 1874, הגדיל עמיתו צ'ארלס סיגסבי  את טווח מכונת המדידה תומסון על ידי החלפת כבל הפסנתר בכבל פלדה. מכונה חדשה זו כונתה "מכונת המדידה סיגסבי" והפכה למודל הבסיסי לדירוג קווי תקשורת במשך 50 השנים הבאות.
לאחר טביעת הטיטאניק בשנת 1912, נעשה מאמץ ליצור מנגנון אקוסטי לגילוי עצמים במים. בשנת 1914, פיתח רג'ינלד א. פסנדן  את מתנד פסנדן  כדי להשתמש בטכניקה הנקראת מדידת הדים, לפיה צליל והדים שלו מעצמים, משמשים לקביעת מרחקים באוויר. מתנד פסנדן היה רמקול תת-ימי בעל עוצמה גבוהה, שהפיק וגם זיהה צלילים. עם המצאתו החדשה, פסנדן ערך ניסויי "מדידת הדים" והצליח לזהות קרחון בגובה 130 רגל ובאורך 450 רגל במרחק של שני מיילים. הוא יכול היה גם לזהות קרקעית ים בעומק של 31 פאתום (186 רגל) מתחת לפני השטח (ראו צילום המתנד והממציא בפרק "גלריה" להלן).
ממוזער|150px|עקרון הפעולה של סונאר.
במהלך מלחמת העולם הראשונה, חוקרים המשיכו לפתח את מתנד פסנדן כדי לזהות צוללות. שיפור זה סלל את הדרך למערכת הנוכחית של ניווט קולי וזיהוי טווחים (סונאר). מדענים מודרניים משתמשים בשני סוגים של סונאר: אקטיבי ופסיבי. מכשירי סונאר אקטיביים שולחים אות אקוסטי לתוך המים. לאחר מכן הצליל מוחזר מכל עצם בנתיבו, ומחזיר "הד" לסונאר, אשר מודד לאחר מכן את עוצמת האות. הוא יכול גם לחשב את טווח העצם על ידי קביעת הזמן בין פליטת הצליל לקליטת ההד. מערכות סונאר פסיביות משמשות לזיהוי רעש מעצמים ימיים או בעלי חיים; הן מזהות גלי קול המתקרבים אליהם אך אינן פולטות צליל כלשהו.

 הצלילה אל מעמקי הים 
 צוללות 

 התקופה הטרום מודרנית 
ממוזער|150px|איור הצוללת הראשונה של דרבל.
לאחר שמדענים במאה ה-17 עסקו בשאלה כיצד למפות את קרקעית האוקיינוס, הם רצו לצפות בה בעצמם. כדי להשיג הישג זה, בנה ההולנדי קורנליס דרבל  בשנת 1623 את הצוללת הראשונה. הצוללת שלו כללה גוף חיצוני עשוי עור משומן מעל מסגרת עץ. משוטים בצורת כנפיים מעור שנמתחו דרך הדפנות האטומות, סיפקו אמצעי הנעה. כלי שיט מוקדם זה הגיע לעומקים של 12 עד 15 רגל.
מאז, בוצעו עוד ועוד שיפורים בתכנון. בשנת 1800, מהנדס וממציא אמריקאי בשם רוברט פולטון בנה צוללת בשם נאוטילוס במענק מנפוליאון בונפרטה. גוף הספינה היה מורכב מיריעות נחושת מעל צלעות ברזל. הרכיבים החדשניים ביותר של כלי השיט היו מכלי האיזון. הנאוטילוס הייתה צוללת לעומק על ידי הכנסת מים למכלי האיזון שלה, בעוד ששחרור מים מהם, גרם לה לעלות אל פני הים. לכך נוסף הגה אופקי כדי לסייע בהיגוי. הצוללת הכילה מספיק אוויר כדי לאפשר לארבעה אנשים ושני נרות דולקים לשהות בה במשך שלוש שעות (ראו שרטוט דגם הצוללת "נאוטילוס" בפרק גלריה להלן).
ממוזער|150px|ציור הממחיש את פעולת הבתיספרה של ויליאם ביבי.

 המחצית הראשונה של המאה ה-20 
במהלך מלחמת העולם הראשונה, נוספו מנועי דיזל לתכנוני צוללות להנעה על פני השטח. מתחת למים, סוללות גדולות הפעילו מנועים חשמליים, שהניעו את הצוללות במהירות גבוהה של 15 קשר במשך שעתיים. בשנים 1930 – 1934 ויליאם ביבי  ואוטיס ברטון  ביצעו את חקר הים העמוק הראשון בכלי במעין צוללת שנקראה בתיספרה. הם ערכו סדרת צלילות וצפו בבעלי חיים "עמוקים" בסביבתם בפעם הראשונה בהיסטוריה האנושית, והגיעו לעומק של 923 מטרים - שיא באותה תקופה.

בשנת 1954, הושקה הצוללת הגרעינית הראשונה נאוטילוס USS, שיפור עצום לעומת מנועי דיזל וחשמל. נדרש מעט אורניום כדי להפעיל צוללת במשך ימים, והמנועים היו גם שקטים הרבה יותר. בעיקרון, החום מהליך הביקוע הגרעיני היה מרתיח מים או מתכת, כדי לייצר קיטור, ולסובב את הטורבינות כדי להניע את הצוללת קדימה. באותה שנה הצוללת הצרפתית FNRS 3  צוללת לעומק של כ-4,040 מטר מול חופי דקאר שבאפריקה, וסימנה את עידן צוללות המחקר העצמאיות.
ממוזער|120px|הבאתיסקָף טריאסט.

 המחצית השנייה של המאה ה-20 
בשנת 1960 - הבאתיסקאף טריאסט , בהובלת ז'אק פיקארד ודון וולש , מגיעה לתחתית שקע מריאנה (תהום צ'לנג'ר) בעומק של כ-10,915 מטרים.

בשנת 1964 הצוללת אלווין מתחילה לפעול, ומאפשרת דגימה ישירה ותצפית על סביבות עמוקות. 3 שנים לאחר מכן, ב-1977 מתגלות נביעות הידרותרמיות המאפשרות מערכות אקולוגיות שאינן תלויות באור שמש.
הצוללת אלווין הופעלה גם בשנת 1974, בפרויקט המחקר התת-ימי הצרפתי-אמריקאי של הרכס המרכז אוקייני FAMOUS - French-American Mid-Ocean Undersea Study . ה"אלווין" (בהפעלת המכון האוקיינוגרפי וודס הול), ה"באטיסקף" הצרפתי ארכימד , וצלחת הצלילה הצרפתית "ציאן" , בסיוע ספינות תמיכה וה"גלומר צ'לנג'ר" , חקרו את עמק הבקע הגדול של הרכס המרכז אוקייני של האוקיינוס האטלנטי, דרום-מערבית לאיים האזוריים. עמק בקע זה נחשב על ידי גאולוגים כגבול בין הלוח האירו-אסיאתי ללוח הצפון אמריקאי של קרום כדור הארץ, והוא מהווה את אחד האתרים מני רבים בקרקעית האוקיינוסים, שבהם סלע מותך נחלץ מהמעטפת החוצה, מתקרר ומתגבש, ויוצר קרום חדש צעיר. כ-5200 תצלומים של האזור צולמו, ודגימות של מאגמה צעירה יחסית ומוצקה נמצאו משני צידי הסדק המרכזי של עמק הבקע, מה שנותן הוכחה נוספת לכך שקרקעית הים מתפשטת באתר זה בקצב של כ-2.5 ס"מ בשנה בממוצע. בסדרת צלילות (1979–1980) לתוך בקע גלאפגוס , מול חופי אקוודור, מצאו מדענים צרפתים, מקסיקנים ואמריקאים פתחי אוורור דמויי ארובה, בגובה של כמעט 9 מטרים וברוחב של כ-3.7 מטרים, אשר פולטים תערובת של מים חמים (עד 300° צלזיוס/570° פרנהייט) ומתכות מומסות בפלומות כהות דמויות עשן. מעיינות חמים אלה ממלאים תפקיד חשוב ביצירת משקעים מועשרים בנחושת, ניקל, קדמיום (ראו צילום של הצוללת אלווין בפרק "גלריה" להלן).
ממוזער|150px|כלי רכב תת-ימי אוטונומי/AUV
בשנות ה-80 התקדמותם של כלי רכב תת-ימיים אוטונומיים (AUV) שיפרה משמעותית את טווח הנסיעה, הדיוק והיכולות של כלי רכב אלה, ואפשרה דגימה ומיפוי מתוחכמים יותר של קרקעית האוקיינוס. כלי רכב אוטונומיים הפכו לכלי חיוניים לחקר ומחקר בים עמוק.
ממוזער|150px|כלי הצלילה היפני Kaikō המופעל מרחוק לעת השקתו.
בשנת 1995 בוטל סיווג הסודיות מטעם צבא ארצות הברית על נתוני המכ"ם Geosat , והם הועמדו לרשות מחקר מדעי ציבורי ושימוש רחב יותר. זה אפשר למדענים גישה לנתונים כדי לחקור את הטופוגרפיה של קרקעית האוקיינוס, שדות כבידה, רוחות, גלים וקרח, ותרם משמעותית לתחומים כמו אוקיינוגרפיה פיזיקלית, גאודזיה וקרחונים, שהיו מוגבלים בדרך כלל על ידי המגבלות הצבאיות.
במקביל, שנות ה-90 של המאה ה-20 ראו עניין מחודש בשקעים האוקייניים, כאשר הסוכנות היפנית למדע וטכנולוגיה ימיים-כדור הארץ - JAMSTEC , פיתחה את כלי הצלילה המופעל מרחוק (ROV) הראשון לעומק מלא של האוקיינוס בשם Kaikō . Kaikō שימש פעמים רבות לצלילה למעמקי שקעים אוקייניים, וסיפק למדענים את הכלים לגישה לעומק המלא של האוקיינוס (ראו פירוט בפרק העוסק בשקעים האוקייניים להלן).

 המאה ה-21 
ממוזער|150px|דון רייט וויקטור וסקובו בצלילה בתהום צ'לנג'ר.
בשנת 2012 יוצר הסרטים ג'יימס קמרון מבצע את הירידה הראשונה שלו לתהום צ'לנג'ר בצוללת דיפ-סי צ'לנג'ר .

2018–2019 – משלחת "DSV Limiting Factor"  של ויקטור וסקובו  ודון רייט  משלימה את משלחת חמשת המעמקים, והגיעה לנקודה האחת העמוקה ביותר בכל אחד מחמשת האוקיינוסים. המשלחת עסקה במיפוי, דגימה ואפילו צלילה פעמיים לתהום הצ'לנג'ר, וגילוי מינים חדשים ונתקלה בזיהום גם ים עמוק.
ממוזער|150px|תרשים באטימטרי כללי של האוקיינוסים.
בשנת 2020 פרויקט קרקעית הים 2030 של קרן ניפון – המפה הבתימטרית הכללית של האוקיינוסים - GEBCO  הדגיש את השימוש בסונאר Multibeam echosounder ברזולוציה גבוהה ובמכשירי AUV למיפוי קרקעית האוקיינוס, ובכך סייע בעקיפין בפיתוח טכנולוגיות דגימה.

החדשנות של הצוללות אפשרה לאדם לצלול עמוק יותר באוקיינוס, מבלי להיות מושפע מטמפרטורות קרות ולחצים גבוהים. עם זאת, כדי להתקרב אליהם באופן אישי, האדם היה צריך להבין כיצד לשהות מתחת למים למשך פרקי זמן ארוכים. במשך שנים שהו בני אדם מתחת למים באמעות קנים ארוכים כצינורות נשימה - הרעיון שעמד מאחורי השנורקל המודרני. הרעיון של הזנת חמצן מפני השטח לצולל, הזין את העיצובים המקוריים לצלילה תת-ימית.

במקביל להתפתחות הצוללות מאז קורנליס דרבל בתחילת המאה ה-17, החלו מסוף המאה ה-17 פיתוחים של פעמוני ותאי צלילה. אלה הביאו במהלך היסטוריית הפיתוחים והאמצאות בתחום, לחליפות הצלילה המודרניות, שלא נועדו לצלילה לעומקים גדולים שמעמידים את הצולל בפני לחצים בלתי אפשריים.
ממוזער|150px|אנטומיה של חבצלת ים גבעולית.

 החיים בעומקים הגדולים ביותר 
בעבר האמינו שחיים לא יכולים להתקיים במעמקי הים עקב מחסור באור, טמפרטורות קרות ולחצים אטמוספיריים גבוהים. העובדה שחיים קיימים בעומקים גדולים התגלתה בשנת 1864, כאשר חוקרים נורווגים דגמו חבצלת ים גבעולית (stalked crinoid) בעומק של 3,109 מטר.

הידע החשוב ביותר על החיים בתנאי הים העמוק נצבר מאז 1870, החל במשלחת צ'לנג'ר ששלחה ממשלת בריטניה בשנת 1872. היא עסקה כאמור בחקירות אוקיינוגרפיות עולמיות במשך כמעט ארבע שנים, שבמהלכן התגלו 715 סוגים חדשים ו-4,417 מינים חדשים של אורגניזמים ימיים.
ממוזער|150px|תולעים צינוריות ניזונות בבסיס פתח נביעה הידרותרמית.
גילוי פתחי מים תרמיים בשנת 1977 שינה התיאוריה שחיים לא יכולים להתקיים בתהומות הימיות. פתחי מים אלה, המחוברים למאגמה שמתחת לקרום כדור הארץ, מספקים אור, חום וגופרית. אורגניזמים כמו חיידקי הגופרית הירוקה משגשגים סביב פתחי מים אלה, וניזונים למעשה מהגופרית. מיקרואורגניזמים אלה משמשים כתחתית שרשרת המזון. אורגניזמים גדולים יותר כמו תולעת הצינור הענקית ניזונים מחיידקים אלה, ולכן חייבים להישאר קרובים לפתחי מים.

במהלך העשור הראשון של המאה ה-21, מפקד החיים הימיים השתמש בטכנולוגיות דגימה מתקדמות, כולל מכשירי אוטונומיה אוטומטיים (AUV) וברקודים גנטיים , כדי לקטלג את המגוון הביולוגי הימי ברחבי העולם. בשנת 2003 הכנסת מעבדי דגימות סביבתיים - ESP , אפשרה איסוף וניתוח של דגימות מים במקום, תוך זיהוי מיקרואורגניזמים ותכונות כימיות ישירות באוקיינוס.

משלחת הדגימה האוקיינוסית העולמית , יצאה לדרך בשנת 2004 למסע בן שנתיים, מהליפקס, שבמזרח בקנדה, הקיפה את העולם והסתיימה בארצות הברית בינואר 2006. המשלחת דגמה מים מהליפקס, נובה סקוטיה ועד למזרח האוקיינוס השקט הטרופי, ובמהלך שנת 2007, הדגימה נמשכה לאורך החוף המערבי של צפון אמריקה. המשלחת השתמשה בטכניקות מטגנומיות כדי לנתח את המגוון המיקרוביאלי באוקיינוס, וסיפקה הבנה מקיפה של קהילות מיקרוביאליות ימיות. הממצאים הוגשו למרכז הלאומי למידע ביוטכנולוגי ולקהיליית תשתית הסייבר למחקר וניתוח מתקדמים של אקולוגיה מיקרוביאלית  שהיא משאב מקוון חדש למטאגנומיקה ימית, שפותח על ידי הוועדה המשותפת לחיסונים - JCVI  ומתארח על ידי חטיבת המכון לתקשורת וטכנולוגיית מידע של קליפורניה - Calit2  באוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו.
ממוזער|150px|דיונון Histioteuthis reversa . הפוטופורות המעטרות את גופו גורמות לו להיראות כמשובץ אבני חן.
בשנת 2023 הושק "מפקד האוכלוסין" של האוקיינוסים, שנועד להאיץ את הגילוי וההגנה על מינים ימיים, באמצעות טכנולוגיות דגימה ושיתוף נתונים חדשניות, ובכך לציין אבן דרך משמעותית במחקר המגוון הביולוגי הימי.
רבים מהיצורים בקרקעית הים הם גם ביולומינסנטיים, כלומר הם מייצרים אור משלהם. יצור פופולרי אחד כזה הוא דג האנגלר במעמקי הים השייך לסדרת החכאים מדגי גרם. הם בעלי גבעול גב ארוך, המכיל איבר המפיק אור הנקרא פוטופור . דג האנגלר במעמקי הים מנופף באיבר זה קדימה ואחורה כדי למשוך טרף, אותו דגי האנגלר טורפים בעזרת שורות שיניהם הגדולות.
יצור פופולרי נוסף במעמקי הים הוא דיונון ענק, שיכול לגדול לאורך של עד 18 מטרים. לא הרבה ידוע על בעל חיים גדול זה, שכן רוב המדענים נתקלים רק בגופותיהם. חוקרים יפנים השיגו תמונה של דיונון ענק חי בספטמבר 2004, ואותו צוות צילם סרטון של דיונון ענק חי בשנת 2006. סיפורים ממלחמת העולם השנייה הובילו סרטים וצורות אחרות של מדיה לתאר באופן דמיוני את הדיונון הענק כמפלצת תובענית האוכלת אדם. גם דיונון זה אינו עומד בראש שרשת המזון, והוא מהווה טרף ללוויתן הזרע (ראו צילום של פסל דיונון ענק בפרק "גלריה" להלן).

העומקים הגדולים ביותר באוקיינוסים נקראים "תהומות", והן מצויות בתוך וכחלק משקעים אוקייניים.

 השקעים האוקייניים 

ממוזער|איור המתאר את תהליך ההפחתה והיווצרות שקע אוקייני.
שקעים אוקייניים הם שקעים טופוגרפיים ארוכים וצרים בקרקעית האוקיינוסים. אורכם בדרך כלל מגיע ל-50 עד 100 קילומטרים, ועומקם הממוצע הוא 3 עד 4 ק"מ מתחת לפני קרקעית האוקיינוס שמסביבם. ישנם שקעים שאורכם אלפי קילומטרים. באופן מצטבר, ישנם כ-50,000 ק"מ של שקעים אוקייניים ברחבי הגלובוס, בעיקר סביב האוקיינוס השקט, אך גם במזרח האוקיינוס ההודי ובכמה מקומות נוספים. עומק האוקיינוס הגדול ביותר שנמדד הוא "תהום צ'לנג'ר" בשקע מריאנה, שעומקו כ-10,925 מטר.

שקעים אוקייניים הם מאפיין של טקטוניקת הלוחות הייחודית לכדור הארץ. הם מסמנים את מיקומם של גבולות לוחות מתכנסים או מתנגשים, שלאורכם לוחות ליתוספירה הנעים זה לעבר זה בקצב ממוצע הנע בין כמה מילימטרים ליותר מעשרה סנטימטרים בשנה. שקע מסמן את המיקום שבו בדרך כלל (אך לא תמיד) הלוח בעל הקרום האוקייני הכבד והכפוף, מתחיל לנחות אל מתחת ללוח היבשתי הקל יותר, וליצור על ידי כך את השקע האוקייני. עם זאת, ישנם מקרים בהם שני לוחות בעלי קרום אוקייני מתכנסים, אך קיים הפרש בצפיפות הליתוספרה של לוחות אלה, כשאז הלוח בעל הליתוספרה הצפופה יותר, נוחת מתחת ללוח השני. תהליך זה של נחיתת לוח אחד אל מתחת לשכנו נקרא הפחתה, ובלועזית סבדקציה. השקעים מקבילים בדרך כלל לקשת געשית ובמרחק של כ-200 קילומטרים ממנה, וככל שעובר הזמן הגאולוגי, השקעים מעמיקים, מקבלים צורת V בעלת המדרונות התלולים, ומהווים את התהומות העמוקות בעולם.

 התהומות העמוקות בעולם 
14 התהומות העמוקות ביותר בעולם (מהעמוקה לרדודה ביותר) ממוקמים בשקעים האוקייניים הבאים: שקע מריאנה, שקע טונגה, שקע הפיליפינים, שקע קרמדק, שקע איזו בונין, שקע קוריל-קמצ'טקה, שקע יפן, שקע פוארטו ריקו, שקע דרום סנדוויץ', שקע פרו-צ'ילה, השקע האלאוטי, שקע סונדה, שקע קיימן, ושקע אמריקה התיכונה.

יש מספר אזכורים במחקרים ובמקורות על אודות העומק המקסימלי של השקעים, וקיימת שונוּת מסוימת ביניהם. העומק המקסימלי בכל שקע שמוזכר להלן, הוא על פי המחקר המאוחר ביותר כרונולוגית. ניתנה עדיפות מסוימת למחקר המרכֵּז של Stewart & Jamieson (2019), מכיוון שהוא סוקר גם מחקרים אחרים הקובעים את העומק המקסימלי, לרבות שלילה של קביעות שלהם עצמם שקבעו בעבר על אודות עומקים מקסימליים. עם זאת, הוא אינו עוסק בכל השקעים המפורטים להלן, אלא רק בַּאחד העמוק ביותר בכל אוקיינוס.

להלן יפורטו השקעים האוקייניים לפי ריכוז גאוגרפי ועומק:

 אזור מערב האוקיינוס השקט 
אזור מערב האוקיינוס השקט כולל בתוכו את המספר הגדול ביותר של התהומות העמוקות בעולם:
ממוזער|שקע מריאנה הוא הגבול המזרחי של לוח מריאנה. השקע עובר לאורך גבול מתכנס אוקייני-אוקייני. זוהי תוצאה של נחיתה של הלוח האוקייני הפסיפי מתחת ללוח מריאנה האוקייני גם כן, אך פחות צפוף. הגבול המערבי של לוח מריאנה הוא קו הרכס המתפצל (במפה הוא רשום כ־Axis of Back - Arc Spreading).
 שקע מריאנה (עומק מקסימלי 10,925 מטר) 

שקע מריאנה ממוקם במערב האוקיינוס השקט ממזרח לאיי מריאנה וכ-350 קילומטרים דרומית-מערבית לגואם. אורכו כ-2,550 קילומטר, ורוחבו הממוצע כ-69 ק"מ בלבד. העומק המקסימלי של השקע, כפי שדווח בשנת 2011, היה 10,994±40 מטרים מתחת לפני הים, בנקודה המכונה "תהום צ'לנג'ר", הממוקמת בחלקו הדרומי של השקע. מדידה זו, שבוצעה על ידי משלחת אמריקנית, הייתה אז האחרונה מני רבות שבוצעו מאז המדידה הראשונה שבוצעה על ידי משלחת צ'לנג'ר בשנים 1872–1876. בעומק זה יוצר עמוד המים לחץ של 1,086 בר, שהם כ-1,071.8 אטמוספירות. השקע נוצר כתוצאה מהתנגשות של הלוח הפסיפי עם לוח מריאנה, שכתוצאה ממנה נוחת הלוח הפסיפי אל מתחת ללוח מריאנה בתהליך הפחתה. מאז פורסמו בפרסומים שונים עומקים השונים במעט מעומק זה. במאמר הסוקר את כל המחקרים על אודות העומקים של כלל חמשת השקעים העמוקים בעולם, בחתך של איזה מחקר הצביע על איזה עומק, פורסם עומק מקסימלי של 11,034±50 מטרים, כשמחקרים אחרים הצביעו על עומק קטן יותר. בסופו של המאמר, ולאחר דיון בממצאים השונים, קבעו Stewart & Jamieson את עומקו של תהום צ'לנג'ר ל-10,925 מטרים (ראו את מיקום שקע מריאנה במפה שמוצגת בפרק על שקע הפיליפינים להלן).

 שקע טונגה (עומק מקסימלי 10,882 מטר) 

שקע טונגה הוא שקע אוקייני הממוקם בדרום מערב האוקיינוס השקט. השקע נוצר כתוצאה מתהליך הפחתה בין הלוח הפסיפי שממזרח, ללוח האוסטרלי  שממערב לו. מדידות GPS בקטע הצפוני של השקע מצביעות על קצב התכנסות של 24 ס"מ לשנה בממוצע. זהו קצב ההתכנסות המהיר ביותר על פני כדור הארץ. העומק המקסימלי של השקע הוא 10,882 מטר מתחת לפני האוקיינוס.

 שקע הפיליפינים (עומק מקסימלי 10,497 מטר) 

ממוזער|מפה בתימטרית בה ניתן לראות חלק מהשקעים המוזכרים בערך זה: שקע מריאנה, שקע איזו-בונין, שקע הפיליפינים, שקע יפן, ושקעים נוספים פחות עמוקים.
שקע הפיליפינים הוא שקע אוקייני ממזרח לפיליפינים. השקע ממוקם בים הפיליפיני במערב האוקיינוס השקט הצפוני, ונמשך מצפון-צפון-מערב לדרום-דרום-מזרח. אורכו כ-1,320 קילומטרים ורוחבו כ-30 ק"מ, ממרכז האי הפיליפיני לוזון, הנוטה דרומית-מזרחית לאי הָאלְמָאהֶרָה  שבצפון איי מאלוקו שבאינדונזיה. בנקודה העמוקה ביותר שלו, השקע מגיע ל-10,497 מטרים מתחת לפני האוקיינוס. השקע נוצר כתוצאה מנחיתת הלוח הפיליפיני אל מתחת לחגורה הפיליפינית הניידת , הנחשבת לעיתים קרובות לחלק מהלוח האירואסיאתי. החגורה הפיליפינית הניידת עצמה נמצאת בין הלוח הפיליפיני ממזרח, ללוח האירואסיאתי, או לוח סונדה ממערב. באוקטובר 2025 התרחשה שם רעידת אדמה הרסנית במגניטודה 7.4, שגרמה לנזקים ונפגעים בפיליפינים.

 שקע קרמדק (עומק מקסימלי 10,047 מטר) 

שקע קֶרְמָדֶק הוא שקע אוקייני ליניארי בדרום האוקיינוס השקט. הוא משתרע על פני כ-1,000 ק"מ, משרשרת הרי לואיוויל (התת מימיים)  בצפון (26°S), ועד לרמת היקורנגי  בדרום (37°S), צפון-מזרחית לאי הצפוני של ניו זילנד. יחד עם שקע טונגה בצפון, הוא יוצר את מערכת ההפחתה הכמעט ליניארית - קרמדק-טונגה , באורך 2,000 ק"מ, שהחלה להתפתח במהלך האאוקן, כאשר הלוח הפסיפי החל לצנוח אל מתחת ללוח האוסטרלי. קצב ההתכנסות לאורך מערכת ההפחתה הזו הוא מהמהירים ביותר על פני כדור הארץ: בצפון 80 מ"מ לשנה בממוצע, ובדרום ממוצע של 45 מ"מ בשנה. עומקו המקסימילי הוא 10,047 מטר.

 שקע איזו-בונין (עומק מקסימלי 9,775 מטר) 

שקע איזו-בונין הוא שקע אוקייני שמשתרע מיפן ועד לחלק הצפוני ביותר של שקע מריאנה. שקע אִיזו-בּּוּנִין הוא שלוחה של שקע יפן. כאן, הלוח הפסיפי נוחת אל מתחת ללוח הפיליפיני, ויוצר את איי איזו ואיי בונין במערכת קשת איזו-בונין-מריאנה . עומקו המקסימלי של השקע הוא 9,775 מטר. אמנם הצלילה שקבעה את העומק הזה, מדדה עומק גדול יותר של 9,775 מ', אך עומק זה לא נקבע בוודאות, על כן העומק הרשמי הוא 9,775 מ'.

 שקע קוריל קמצ'טקה (עומק מקסימלי 9,600 מטר) 

ממוזער|השקעים העיקריים באוקיינוס השקט (1–10): 1. קרמדק 2. טונגה 4. מריאנה 5. איזו–בונין 6. יפן 7. קוריל–קמצ'טקה 8. אלאוטים 9. אמריקה התיכונה 10. פרו–צ'ילה.
שקע קוריל-קמצ'טקה הוא שקע אוקייני בצפון מערב האוקיינוס השקט. הוא שוכן מול החוף הדרום-מזרחי של קמצ'טקה ומקביל לשרשרת איי קוריל עד לפגישה עם שקע יפן ממזרח להוקאידו. הוא משתרע מצומת משולש עם שבר אולאחאן  והשקע האלאוטי ליד איי קומנדור, רוסיה, בצפון מזרח, עד לצומת עם שקע יפן בדרום מערב. העומק המקסימלי של השקע הוא 9,600 מטר. השקע הוא חלק מאזור הפחתה בו נוחת הלוח הפסיפי אל מתחת ללוח אוחוצק. תהליך זה החל בקרטיקון עליון, וכתוצאה ממנו נוצרו קשת האיים הקוריליים והקשת הגעשית של קמצ'טקה.
כחלק מטבעת האש וכתוצאה מהפחתה זו מתבטא שקע קוריל-קמצ'טקה בגעשיות נרחבת ובפעילות סייסמית ענפה.

ב־30 ביולי 2025 התפרסם בכתב העת Nature, שיצורים הניזונים מכימוסינתיזה (להבדיל מפוטוסינתזה שדורשת אור) חיים במעמקי השקע הזה ובשקע האלאוטי. עד גילוי זה, לא היה ידוע על יצורים כאלה, שניזונים מנוזלים עשירים במימן גופרתי ומתאן הנפלטים מקרקעית השקעים הללו. מכיוון שהשקעים הן הנקודות הנמוכות ביותר בקרקעית האוקיינוס, קיים חשש כי פסולת פלסטיק עלולה להצטבר בהן, ולסכן את ביומות השקעים השבריריות הללו.

 שקע יפן (עומק מקסימלי 8,513 מטר) 

שקע יפן הוא שקע אוקייני ממזרח לחלקו הצפוני של האי הונשו ביפן, בשוליים הצפון-מערביים של האוקיינוס השקט. השקע הוא חלק ממערכת שקעים אוקייניים שבשולי טבעת האש. מצפון הוא מתחבר לשקע קוריל-קמצ'טקה, ומדרום – באמצעות שקע איזו-בונין (נקרא גם "שקע איזו-אוגסאוורה"), לשקע מריאנה. אורכו של השקע כ-800 ק"מ ועומקו המרבי 8,513 מטרים. השקע הוא חלק מאזור הפחתה בו נוחת הלוח הפסיפי אל מתחת ללוח אוחוצק, והוא נוצר כתוצאה מכיפוף בלוח הנוחת. שקעים מסוג זה מצויים בקדמת קשת איים, דוגמת זו המרכיבה את איי יפן.

 אזור צפון האוקיינוס השקט 
 השקע האלאוטי (עומק מקסימלי 8,109 מטר) 

השקע האלאוטי הוא שקע אוקייני לאורך גבול של לוחות מתכנסים, המשתרע לאורך קו החוף הדרומי של אלסקה והאיים האלאוטיים. השקע משתרע לאורך 3,400 קילומטרים מצומת המשולש במערב עם העתק אולאחאן, והקצה הצפוני של שקע קוריל-קמצ'טקה, ועד לצומת עם הקצה הצפוני של מערכת העתקי המלכה שארלוט במזרח. עומקו המקסימלי של השקע האלאוטי הוא 8,109 מטר, והוא נוצר כתוצאה מנחיתת הלוח הפסיפי בעל הקרום הימי הצפוף, אל מתחת ללוח הצפון אמריקאי היבשתי והפחות צפוף, בזווית של כמעט 45°. קצב ההתנגשות הוא 7.5 סנטימטרים בממוצע בשנה.
ממוזער|שקע פרו-צ'ילה. הסבר מימין.

 אזור מזרח האוקיינוס השקט 
 שקע פרו-צ'ילה (עומק מקסימלי 8,065 מטר) 

שקע פרו-צ’ילה הוא שקע אוקייני במזרח האוקיינוס השקט, כ-160 קילומטרים מחופי פרו וצ'ילה. הוא מגיע לעומק מקסימלי של 8,065 מטר. אורכו כ-5,900 ק"מ, ורוחבו הממוצע הוא כ-64 ק"מ. השקע מסמן את הגבול בין לוח נסקה, שנוחת אל מתחת ללוח הדרום אמריקאי בתהליך של הפחתה. במפה משמאל: אזור ההפחתה של החוף המערבי של הלוח הדרום אמריקאי, שבו נמצא שקע פרו–צ'ילה. האפיצנטרים של רעידות האדמה הבולטות מסומנים בנקודות ירוקות ואדומות עם שנת ההתרחשות וגודלן. המסגרת הצהובה מייצגת את הקראטון הדרום-אמריקאי.

 שקע אמריקה התיכונה (עומק מקסימלי 6,669 מטר) 

ממוזער|שקע אמריקה התיכונה. הסבר מימין.
שקע אמריקה התיכונה הוא שקע אוקייני ואזור הפחתה, במזרח האוקיינוס השקט, מול החוף הדרום-מערבי של אמריקה התיכונה, המשתרע ממרכז מקסיקו ועד קוסטה ריקה. אורכו של השקע הוא 2,750 ק"מ ועומקו המקסימלי הוא 6,669 מטר. השקע הוא הגבול בין לוחות ריברה, קוקוס ונסקה מצד אחד, לבין הלוחות הצפון-אמריקאי והקריבי  מצד שני. רעידות אדמה גדולות רבות התרחשו באזור שקע אמריקה התיכונה. בחלק מאורכו של השקע, קיים "הפער הסייסמי של גררו" שאוצר בחובו פוטנציאל גדול במיוחד לרעידת אדמה הרסנית וגדולה במיוחד. במפה משמאל: הסביבה הטקטונית של שקע אמריקה התיכונה: השקע מסומן בקו הכחול המשונן העליון שמסמל את נחיתת לוח קוקוס אל מתחת ללוחות: הצפון אמריקאי שמצפון מזרח לו, והקריבי  שממזרח. "זרוע" צפונית של לוח נסקה והמיקרו לוח ריברה  שמצפון, משתתפים גם כן בפעילות ההפחתה שם.

 אזור האוקיינוס ההודי 
ממוזער|שקע סונדה. הסבר מימין.

 שקע סונדה (עומק מקסימלי 7,290 מטר) 

שקע סונדה שנודע בעבר (ולעיתים עדיין) כתעלת ג'אווה, הוא שקע אוקייאני הממוקם באוקיינוס ההודי ליד סומטרה, שנוצר במקום בו לוחות אוסטרליה -קפריקורן נוחתים אל מתחת לחלק מהלוח האירואסייתי. היווצרות שקע זה מתאימה לתנועה צפונה של הלוח האוסטרלי לתוך אירואסיה.

אורכו 3,200 קילומטרים, ועומקו המקסימלי היה שנוי במחלוקת על ידי פרסומים שונים שנקבו בעומקים שונים. במאמר הסוקר את כל המחקרים אודות העומקים של כלל חמשת השקעים העמוקים בעולם, בחתך איזה מחקר הצביע על איזה עומק, עודכן העומק המקסימלי של שקע ג'אווה/סונדה ל-7,725 מטרים או 7,450 מטרים. עם זאת, מחקרים אחרים הצביעו על עומק קטן יותר. בסופו של המאמר, ולאחר דיון בממצאים השונים, קבעו Stewart & Jamieson את עומקו המקסימלי של שקע סונדה ל-7,290 מטרים. עומקו המרבי הוא הנקודה העמוקה ביותר באוקיינוס ההודי. בתוך שקע זה התרחשה רעידת האדמה והצונאמי הגדול בשנת 2004 באוקיינוס ההודי (ראו משמאל את מפת השקע ומוקדי רעידות האדמה שהתרחשו לאורכו: הרעידה העיקרית של 2004 (המסומנת בכוכב צהוב בדרום השקע) והרעידות העוקבות.

 אזור האוקיינוס האטלנטי 
 שקע פוארטו ריקו (עומק מקסימלי 8,408 מטר) 

ממוזער|שקע פוארטו ריקו. הסבר מימין.
שקע פוארטו ריקו ממוקם על הגבול בין צפון האוקיינוס האטלנטי לים הקריבי, במקביל ומצפון לפוארטו ריקו, שם השקע האוקייני מגיע לנקודות העמוקות ביותר באוקיינוס האטלנטי. שקע אוקייני זה קשור למעבר מורכב מאזור ההפחתה הקדמי של האנטילים הקטנים בין הלוח הדרום אמריקאי ללוח הקריבי , לאזור ההפחתה האלכסוני ולאזור העתק הטרנספורמציה מסוג העתק תזוזה אופקי, בין הלוח הצפון אמריקאי ללוח הקריבי, המשתרע משקע פוארטו ריקו במיקרו-לוח פוארטו ריקו-איי הבתולה , דרך שקע קיימן במיקרו-לוח גונאב  ועד שקע אמריקה התיכונה בלוח קוקוס. גם כאן עומקו המקסימלי של השקע היה שנוי במחלוקת על ידי פרסומים שונים שנקבו עומקים שונים: מ-8,710 מטרים ועד ל-8,526 מטרים מתחת לפני הים. בסופו של מאמרם, ולאחר דיון בממצאים השונים, קבעו Stewart & Jamieson את עומקו המקסימלי של השקע ל-8,408 מטר. המפה משמאל מציגה מבט פרספקטיבי על קרקעית הים של האוקיינוס האטלנטי והים הקריבי (הצפון ימינה): האנטילים הקטנים נמצאים בצד שמאל למטה של התמונה ופלורידה נמצאת בצד ימין למעלה. קרקעית הים הסגולה במרכז התמונה היא שקע פוארטו ריקו.

 שקע דרום סנדוויץ (עומק מקסימלי 8,265 מטר) 

ממוזער|שקע דרום סנדוויץ'. הסבר מימין
שקע דרום סנדוויץ’ הוא שקע אוקייני קמור בדרום האוקיינוס האטלנטי, השוכן כ-100 קילומטרים מזרחית לאיי סנדוויץ' הדרומיים. זהו השקע העמוק ביותר בדרום האוקיינוס האטלנטי, והשני העמוק ביותר באוקיינוס האטלנטי אחרי שקע פוארטו ריקו. עומקו המקסימלי הוא 8,265 מטרים מתחת לפני הים, בנקודה הנקראת מַעֲמַק מטאור. במפה משמאל: מפת לוח דרום סנדוויץ' (SAN - כתוב במאונך בימין המפה) המציגה את מיקומו בין הלוח האנטארקטי (ANT), ללוח הדרום אמריקאי (SAM) ולצידו המזרחי של לוח סקוטיה (SCO) . ניתן לראות גם את רכס סקוטיה המזרחי (ESR), איי סנדוויץ' הדרומיים (SSI) ושקע דרום סנדוויץ' (SST).
ממוזער|שקע קיימן. הסבר מימין.
השקע נוצר כתוצאה מהפחתה של החלק הדרומי ביותר של הלוח הדרום אמריקאי, אל מתחת ללוח דרום סנדוויץ'  הקטן. איי סנדוויץ' הדרומיים יוצרים קשת איים געשית הנובעת מההפחתה הפעילה הזו. הר בלינדה  באי מונטגו  הוא הר געש פעיל.

 שקע קיימן (עומק מקסימלי 7,686 מטר) 

שקע קיימן הוא שקע אוקייני באגן מורכב של אזור שבר טרנספורמציה, המכיל רכס אוקייני קטן ומתפשט, ורכס קיימן התיכון  על קרקעית הים הקריבי המערבי, בין ג'מייקה לאיי קיימן. זוהי הנקודה העמוקה ביותר בים הקריבי, ומהווה חלק מהגבול הטקטוני בין הלוח הצפון אמריקאי ללוח הקריבי. העומק המקסימלי של השקע הוא 7,686 מטר. במפה משמאל: שקע קיימן מסומן כתעלה הצבועה בכחול כהה. הקשת שמצפונו כוללת את תעלת יוקטן במערב, ובהמשכה מזרחה קובה. קשת זו תוחמת את אגן יוקטן שממוקם בינה (בין הקשת) לבין השקע. מזרחה לשקע, התחלתו של שקע פוארטו ריקו. מצפון, הלוח הצפון אמריקני, ומדרום הלוח הקריבי.

 אזור אוקיינוס הקרח הצפוני 
ממוזער|מעמק מולוי. הסבר מימין.

 מעמק מולוי (עומק מקסימלי 5,669 מטר) 

מעמק מולוי שהוא הנקודה העמוקה ביותר באוקיינוס הקרח הצפוני, הידוע בעולם בשם האוקיינוס הארקטי, אינו עמוק עד כדי כך שיכול להיות לו מקום בין "הגדולים" לעיל, אך מיון אחר של חוקרים, שסוקר את השקע העמוק ביותר בכל אחד מהאוקיינוסים, מייחד מקום גם לשקע זה. עומקו המקסימלי של מעמק מולוי נע בין 5,573 מטרים ל-5,770 מטרים, אך מיזם משלחת חקר חמשת המעמקים של כל אחד מהאוקיינוסים, קבע את העומק ל־14+/- 5,550 מטרים בלבד. בסופו של מאמרם, ולאחר דיון בממצאים השונים, קבעו Stewart & Jamieson את עומקו של מעמק מולוי ל-5,669 מטרים. להבדיל מכל השקעים האוקייניים, מעמק מולוי אינו תוצר של תהליך הפחתה. במפה משמאל: מצר פראם שבמעמקיו מצוי מעמק מולוי. המצר והמעמק נמצאים בין האי סבאלברד ממזרח, והאי גרינלנד שממערב.

 החשיבות של חקר התהומות 
ממוזער|150px|זמן ומרחב להגעת גלי צונאמי הרסניים לחופי האוקיינוס השקט מרע"א ביפן.

 לחקר רעידות אדמה הרסניות 
חלק ניכר מהפעילות הסייסמית בעולם, מתרחש באזורי הפחתה, אשר שקעים אוקייניים הם הביטוי המובהק שלהם. פעילות זו של רעידות אדמה עלולה להיות בעלת השפעות הרסניות על קהילות חוף ואפילו על הכלכלה העולמית. רעידות אדמה בקרקעית הים שנוצרו באזורי הפחתה, היו אחראיות לגלי הצונאמי באוקיינוס ההודי בשנת 2004, ולרעידת האדמה והצונאמי בטוהוקו בשנת 2011 ביפן. על ידי לימוד השקעים האוקייניים, מדענים יכולים להבין טוב יותר את התהליך הפיזי של ההפחתה, ואת הגורמים לאסונות טבע הרסניים אלה.

 למחקרים רפואיים וכימיים 
חקר השקעים האוקייניים מעניק לחוקרים תובנות לגבי ההתאמות החדשות והמגוונות של אורגניזמים במעמקי הים לסביבתם, שעשויות להוות את המפתח להתקדמות ביולוגית וביו-רפואית. לימוד האופן שבו אורגניזמים הָאדֶלִיים (מלשון האזור ההָאדֶלִי - ראו לעייל בפרק ריבוד האוקיינוסים) הסתגלו לחיים בסביבתם הקשה, עשוי לסייע בקידום ההבנה בתחומי מחקר רבים ושונים: החל מטיפולי סוכרת ועד חומרי ניקוי משופרים לכביסה. חוקרים כבר גילו חיידקים המאכלסים פתחי אגן הידרותרמיים (נביעה הידרותרמית) במעמקי הים, אשר טומנים בחובם פוטנציאל כמקורות חדשים לאנטיביוטיקה ולתרופות נגד סרטן. אותן התאמות עשויות להוות גם מפתח להבנת מקורותיהם של החיים באוקיינוס, שכן מדענים בוחנים את הגנטיקה של אורגניזמים אלה, כדי לחבר את ההיסטוריה של התפשטות החיים בין מערכות אקולוגיות האדליות מבודדות, ובסופו של דבר ברחבי האוקיינוסים בעולם. התאמות חדשות מסוימות המאפשרות למינים להתקיים בתנאי מעמקים שכאלה, יכולות להוביל לטיפולים רפואיים מבטיחים, ולהציע רמזים לגבי עלייתם והתפתחותם של החיים עצמם.

 לחקר אקלים כדור הארץ 
מחקרים אחרונים חשפו גם כמויות גדולות, באופן בלתי צפוי, של חומר פחמני המצטברות בשקעים, דבר שעשוי להצביע על כך שאזורים אלה ממלאים תפקיד משמעותי באקלים כדור הארץ. פחמן זה נאגר במעטפת כדור הארץ באמצעות תהליך ההפחתה, או שנצרך על ידי חיידקי שקעים. התגלית מציגה הזדמנויות למחקר נוסף על תפקידם של שקעים, הן כמקור (באמצעות געשיות ותהליכים אחרים), והן כבּוֹר במחזור הפחמן הפלנטרי, דבר שעשוי להשפיע על האופן שבו מדענים בסופו של דבר יבינו ויחזו, את השפעות גזי החממה שנפלטו על ידי בני אדם, ושינויי האקלים העולמיים.

 לחקר היווצרות הרי געש צעירים מאוד 
בשנת 2006, חוקרים גילו תהליך חדש של היווצרות הרי געש, אותו כינו געשיות מסוג נקודה קטנה (petit-spot). הרי הגעש מסוג נקודה קטנה הראשונים, נצפו על קרקעית הים באוקיינוס השקט, שם הלוח הפסיפי "מתכופף" וצונח אל מתחת ללוח האירו-אסיאתי ויוצר את שקע יפן. הרי געש מסוג נקודה קטנה הם, כפי ששמם מרמז, מאפיינים קטנים יחסית ובדידים, אך הם נוצרים על חלקים עתיקים יותר של קרקעית הים, ולא על אזורים צעירים יותר, הקרובים לרכס המרכז אוקייני, ומדובר בתת-ענף מדעי חדש, שעשוי להיות חשוב ביותר.

 אתגרים והזדמנויות בחקר המעמקים 
לחצים של מעל ל-1,000 אטמוספירות, חשיכה מוחלטת, טמפרטורות נמוכות מאוד ומחקרים שהם עתירי תקציבים, ימשיכו להוות אתגרים בפני גופי המחקר השונים והחוקרים של חקר המעמקים. בצד זאת, קיימים מספר הזדמנויות בתחומים הבאים:
 רובוטיקה: חידושים בכלי רכב תת-ימיים אוטונומיים (AUV) וכלי רכב המופעלים מרחוק (ROV) הם קריטיים. רובוטים אלה יכולים לעמוד בתנאים קשים, ולפעול באופן עצמאי או באמצעות שלט רחוק. דוגמה: ה-ROV/AUV ההיברידי Nereus  של המכון האוקיינוגרפי בוודס הול שצלל בהצלחה לקרקעית שקע מריאנה.
 טכנולוגיית הדמיה בים עמוק: מערכות סונאר משופרות ומצלמות ברזולוציה גבוהה משפרות את יכולתנו למפות ולתעד אזורים שלא נראו קודם לכן. דוגמה: מערכות סונאר רב-קרן (Multibeam echosounder) מספקות תמונות מפורטות של קרקעית האוקיינוס, ומסייעות במחקרים גאולוגיים.
 מדע החומרים: פיתוח חומרים שיכולים לעמוד בלחצים וטמפרטורות קיצוניים יקדם את עמידותו של ציוד החיפוש.
גישות חדשניות כמו אלה סוללות את הדרך לחקר מעמקים מקיף יותר, וחושפות את מסתורי הגבול הסופי של כוכב הלכת שלנו.

גלריה

 ראו גם 
 קרקעית הים
 מעמקי הים
 אוניית מחקר
 מפה בתימטרית
 מדידת עומק המים

 קישורים חיצוניים 

 חקר מערכות אקולוגיות ימיות במעמקי הים - ידע ופתרונות למגוון ביולוגי ימי. מאמר רחב יריעה אודות הביולוגיה הימית 2024 (באנגלית).
 "אוקיינוס" עם דייוויד אטנבורו  (באנגלית).
 .
 על מין חדש של מדוזה שהתגלתה בעומק של 3,700 מטרים מתחת לפני הים, בסמוך לשקע מריאנה (באנגלית, כולל וידאו), סיינטיפיק אמריקן, 28 באפריל 2016.

 ביאורים 

 הערות שוליים 

קטגוריה:האוקיינוס השקט
קטגוריה:האוקיינוס האטלנטי
קטגוריה:האוקיינוס ההודי
קטגוריה:אוקיינוס הקרח הצפוני
קטגוריה:אוקיינוגרפיה
קטגוריה:לוחות טקטוניים
קטגוריה:גאולוגיה
קטגוריה:ביולוגיה ימית
קטגוריה:רעידות אדמה
קטגוריה:העתקים
קטגוריה:אקלים
קטגוריה:כימיה
קטגוריה:פיזיקה
קטגוריה:המרחב התת-מימי