Таким образом, расположение хребтов и бассейнов морского дна отражает его геологическую структуру и представляет собой результат подвижек земной коры, имевших место в прошлом. Что касается возраста подводного рельефа, то здесь существуют значительные разногласия. Узкие, с крутыми склонами хребты складчатого пояса краевой зоны Тихого океана относятся к третичной складчатости, другие же структуры Тихого океана датируются некоторыми геологами как очень древние. Довольно детальные исследования осветили и состав донных отложений.
Поверхность субантарктических шельфов покрыта преимущественно грубым обломочным материалом, частично биокластическим; местами обнажаются коренные породы.
Вокруг антарктических островов, как, например, вокруг Южной Георгии и других островов Скотий, шельф покрывается горной мукой, приносимой активными ледниками, а его осадки состоят из илов, содержащих значительные количества диатомей.
Грубые обломки пород, далеко унесенные от их коренных источников айсбергами и освобожденные при их таянии, придают характерную структуру многим осадкам открытого моря. Холодная вода не благоприятствует осаждению и сохранению карбоната кальция, вследствие чего антарктические осадочные породы содержат меньше 10 % извести.
Д-р Хью изучал осадочные породы колонок, вынутых экспедицией «Оперейшен Хай Джамп» со дна моря Росса. Пользуясь методом определения возраста Пиггота и Юри, он определил возраст морских осадков, переслоенных с хорошо отсортированными межледниковыми осадками, и предложил корреляцию фаз оледенения с двумя последними наступаниями льда в Северной Америке.
За поясом терригенных отложений антарктический континент окружен почти непрерывным поясом диатомового ила. Диатомовый ил представляет собой серую или серо-коричневую грязь, становящуюся после высыхания светлосерой, которая состоит из диатомей, изредка радиолярий и спикул губок. В шельфовых отложениях антарктических островов диатомей достаточно многочисленны, что позволяет классифицировать отложения как «диатомовые илы».
Северная граница пояса диатомового ила на дне моря приблизительно соответствует антарктическому слиянию северной границы антарктических поверхностных вод. Севернее этой линии, ниже субантарктических и субтропических поверхностных вод, дно состоит главным образом из глобигеринового ила — осадка из известковых раковин пелагической фораминиферы, но на дне более глубоких аббисальных бассейнов встречаются большие области красной глины.
Глобигериновый ил закартирован (Шотт, 1935) на восточнотихоокеанской возвышенности; к нему примыкает красная глина южнотихоокеанского и тихоокеанско-антарктического бассейнов. Глобигериновый ил окружает Новую Зеландию и Австралию, но замещается глиной в более глубоких частях Тасманова моря и Южноавстралийского бассейна.
Замещению глобигеринового ила красной глиной в глубоких водах способствует растворение известковых раковинок фораминифер по мере того, как они, опускаясь, проходят через холодную тяжелую придонную воду глубин океана, где присутствует углекислота, выделяемая разлагающимися организмами у дна.
В общих чертах изучена и гидрология Южного океана.
Циркуляция вод Южного океана следует по относительно простой схеме, в силу чего границы различных водных масс определены довольно четко. Поверхностная вода течет главным образом на восток и на север под влиянием преобладающих западных ветров. В умеренных широтах она встречается с субтропическими водами трех больших океанов, циркулирующими в направлении против часовой стрелки.
Повышение температуры поверхностных вод между Антарктидой и тропиками не происходит равномерно по всему Южному океану, а сконцентрировано на двух границах или слияниях, где воды, текущие на северо-восток, опускаются и уступают место водам с другими свойствами.
Эти океанические границы — антарктическое и субтропическое слияния — разделяют три зоны поверхностных вод: антарктическую, субантарктическую и субтропическую. Это относительно мелководные зоны. Всю же массу воды океана ниже его поверхности составляет теплое глубокое течение, идущее на юг над массами плотной холодной воды — антарктическим донным течением, медленно направляющимся на север.
Три вышеуказанные поверхностные зоны относительно неглубоки; большая же часть вод океана является частью того или другого мощного глубинного течения.
Подповерхностное течение субтропической и субантарктической зон, идущее на юг, уже упоминалось. Ниже его располагается антарктическое промежуточное течение, возникающее у антарктического слияния, где антарктические поверхностные воды погружаются под более легкие субантарктические воды. Под ним массы соленых вод — теплое глубинное течение — текут на юг в направлении антарктического континента и поднимаются до слоя антарктической поверхностной воды.
Наконец, на дне океана слой холодной соленой, слабо кислородной воды — антарктическое донное течение — медленно течет на север. Большое значение имеет также движение вод вокруг континента на восток по часовой стрелке. Донный слой зарождается на широком шельфе антарктического континента; здесь морская вода зимой охлаждается путем конвекции, и её соленость значительно увеличивается в силу замерзания верхних слоев. Плотная вода опускается и течет на север в виде придонного течения, которое, смешиваясь с глубинным теплым течением, образует антарктическую придонную воду.
На физические особенности морской воды в значительной мере влияют и биологические факторы. Так, например, растения (фитопланктон) повышают содержание кислорода в поверхностных слоях и истощают содержание в них питательных солей, опускающихся вниз в виде экскрементов и мертвых тел организмов, умирающих у поверхности моря. Питательные вещества, освобождаемые благодаря бактериальному гниению, могут вступить опять в жизненный цикл только путем нового проникновения их в зону растительной жизни или благодаря поднятию кверху, или вследствие турбулентного перемешивания.
Организмы, живущие на дне, истощают содержание кислорода в воде, и путь донных течений может быть прослежен по уменьшенному содержанию кислорода. Таким образом, питательные соли проходят замкнутый цикл.
Познание вод Южного океана многим обязано Д.Р. Дикону и его данным, полученным во время экспедиции «Дисковери». Однако необходимо также отметить и работы более ранних экспедиций. Главные из них со времени «Челенджера» (1872–1876) связаны с названиями судов: «Бельжика» (1897–1899), «Вальдивия» (1898–1899), «Гаусс» (1901), «Антарктик» (1901–1903), «Скотия» (1902), «Франс» (1903–1904), «Планета» (1907–1908), «Пуркуа-па?», «Дейчланд» (1911–1912), «Дана» (1928–1930), «Метеор» (1925–1926), «Норвегия» (1927–1928) и «Дисковери II» (1929–1931).
Из названных экспедиций «Метеор», пересекший Южную Атлантику десять раз, внес наибольший вклад в познание гидрологии Южного океана, не говоря уже о длительных, охвативших широкую область исследованиях «Дисковери II».
В 1956 г. получены новые ценные Данные океанологической группой советской комплексной антарктической экспедиции, плававшей вдоль Восточной Антарктиды на корабле «Обь».