Biển
Vật lý học > Hải lưu

Bài chi tiết: Hải lưu
Gió thổi trên mặt biển gây ra ma sát tại mặt thoáng tiếp xúc giữa khối không khí và biển. Không chỉ tạo sóng mà nó còn làm cho nước ở bề mặt chuyển động cùng chiều với chiều gió. Mặc dù gió đổi chiều, ở bất kỳ một nơi nào nó thổi theo một hướng duy nhất và điều này có thể hình thành dòng chảy trên mặt. Gió thổi về hướng tây thường nằm ở vĩ độ trung bình còn gió thổi về hướng đông chủ yếu ở vùng nhiệt đới. Khi nước chuyển động theo cách này, các dạng nước khác chảy vào lấp đầy khoảng trống và sự chuyển động vòng tròn của các hải lưu mặt được gọi là vòng hoàn lưu (Ocean gyre). Có 5 vòng hoàn lưu chính trong các đại dương thế giới: 2 vòng hoàn lưu ở Thái Bình Dương, 2 ở Đại Tây Dương và 1 ở Ấn Độ Dương. Các vòng hoàn lưu nhỏ hơn được tìm thấy trong các biển nhỏ hơn và một vòng riêng biệt chảy quanh Nam Băng Dương. Các vòng hoàn lưu này chảy theo các lộ trình giống nhau qua hàng ngàn năm, được dẫn dắt bởi địa hình của đất liền, hướng gió và hiệu ứng Coriolis. Các dòng hải lưu mặt chảy theo chiều kim đồng hồ ở Bắc Bán cầu và ngược chiều kim đồng hồ ở Nam Bán cầu. Nước chuyển động ra xa xích đạo là nước nóng, và nước tuần hoàn trở lại mất hầu hết nhiệt của chúng. Các dòng hải lưu này có khuynh hướng điều hòa khí hậu của Trái Đất, làm lạnh vùng xích đạo và làm ấm các vùng ở vĩ độ cao hơn. Khí hậu toàn cầu và dự báo thời tiết chịu ảnh hưởng mạnh mẽ bởi các đại dương trên thế giới, vì vậy mô hình hóa khí hậu toàn cầu sử dụng các mô hình tuần hoàn nước đại dương cũng như các thành phần chính khác như khí quyển, bề mặt đất, sol khí và băng biển. Các mô hình đại dương sử dụng một nhánh của vật lý là động lực chất lưu địa vật lý, nó mô tả dòng chảy của lưu chất ở quy mô lớn như nước biển.
Các dòng chảy trên bề mặt chỉ ảnh hưởng đến vài trăm mét trên cùng của biển, nhưng cũng có các dòng chảy lớn ở những độ sâu khác nhau gây ra bởi sự chuyển động của các khối nước dưới sâu. Dòng hải lưu sâu chảy qua tất cả các đại dương trên thế giới và được gọi là vòng tuần hoàn muối nhiệt. Sự chuyển động này chậm và được điều khiển bởi sự khác biệt về tỷ trọng của nước do sự khác biệt về độ mặn và nhiệt độ giữa các đại dương. Ở vĩ độ cao, nước được gia lạnh bởi nhiệt độ không khí thấp và trở nên mặn như biển băng kết tinh. Cả hai yếu tố này làm cho nó đặc hơn, và nước chìm xuống dưới. Từ biển sâu gần Greenland, nước kiểu này chảy về phía nam giữa các lục địa ở hai bên bờ Đại Tây Dương. Khi nó đạt đến Nam Cực, nó kết hợp với các khối lạnh khác, chìm xuống và chảy về phía đông. Sau đó nó chia tách thành hai dòng di chuyển về phía bắc vào Ấn Độ Dương và Thái Bình Dương. Ở đây nó từ từ ấm lên, trở nên ít dày đặc hơn, trồi lên bề mặt và tiếp tục lặp lại vòng tuần hoàn đó. Một số dòng chảy trở lại vào Đại Tây Dương. Phải mất một ngàn năm để mô hình lưu thông này hoàn tất.
Bên cạnh các hoàn lưu, có nhiều hải lưu trên bề mặt tạm thời xuất hiện trong một số điều kiện đặc biệt. Khi sóng chạm tới bờ ở một góc nhất định, dòng chảy ven bờ được tạo ra khi nước bị đẩy chạy dọc theo bờ biển. Nước xoáy lên các bãi biển khi góc tới thẳng góc và dòng rút ra chảy dưới đáy do tác dụng của trọng lực. Sóng vỡ càng lớn, các bãi biển càng dài và góc tới bờ càng xiên, dòng chảy ven bờ càng mạnh. Các dòng chảy này có thể mang một lượng lớn cát hoặc sạn, tạo thành các đê cát ngầm, bào mòn các bãi biển và tạo ra các kênh phù sa. Dòng xoáy có thể xuất hiện khi nước tích lũy gần bờ từ các đợt sóng lớn và chảy ra phía biển theo một kênh ngầm dưới đáy. Có thể xuất hiện một khoảng trống trong một đê cát hoặc gần các công trình nhân tạo. Các dòng chảy mạnh này có thể có vận tốc lên đến 3 ft (0,9 m)/giây, có thể hình thành ở nhiều nơi khác nhau ở các giai đoạn khác nhau của thủy triều và có thể cuốn người tắm ra xa nếu không cẩn thận. Các dòng trồi tạm thời xuất hiện khi gió đẩy nước ra xa từ đất liền và nước ở sâu hơn dâng lên để thế vào vị trí đó. Dòng nước lạnh này thường rất giàu chất dinh dưỡng và có thể khiến thực vật phù du cũng như các sinh vật khác của biển phát triển mạnh.