Il mare del Nord è situato sulla piattaforma continentale europea.
I suoi fondali sono poco profondi: in media tra i 90 e i 100 m; maggiori profondità si hanno lungo le coste della Norvegia, dove si superano i 600 m. Le maree hanno escursione variabile da 2,4 a 4 m sulle coste meridionali e occidentali; sono più ridotte invece lungo le coste norvegesi. La temperatura delle sue acque, nella zona centrale, varia in media dai 6 °C nei mesi più freddi ai 14 °C nei mesi più caldi; in prossimità delle coste l’escursione termica è maggiore. Anche la salinità varia da luogo a luogo; passa dal 35‰ nella zona centrale e occidentale al 20‰ in prossimità delle foci dei grandi fiumi, numerose in particolare sulle coste sud-orientali (Schelda, Mosa, Reno, Ems, Weser, Elba). Numerose le isole o i gruppi di isole (le maggiori sono le Orcadi e le Shetland al N e le Frisone a SE); molto frastagliate le coste, dove si trovano diversi porti, tra i maggiori del mondo (Amburgo, Brema, Amsterdam, Rotterdam, Anversa, Londra).
Il Mare del Nord ha ricchi giacimenti di petrolio e di gas naturale; il primo rinvenimento importante si ebbe nel 1965, al largo delle coste orientali inglesi: a circa 70 miglia dalla foce del fiume Humber fu individuato un giacimento di gas naturale a circa 3000 m sotto il fondale marino. Nel 1969 venne scoperto il primo giacimento di petrolio e nel 1975 ebbe inizio lo sfruttamento dei giacimenti situati in gran parte nei settori britannico (petrolio di Forties e Brent; gas naturale di Leman Bank e Indefatigable) e norvegese (gas naturale e petrolio di Ekofisk, petrolio di Statfjord). Economicamente il Mare del Nord è importante anche per la pesca (soprattutto dell’aringa e del merluzzo).
Lo sviluppo della civiltà europea è stato fortemente influenzato dal traffico marittimo nel mare del Nord. I Romani prima e i Vichinghi poi cercarono di estendere i loro territori in tutto il mare. Più tardi sia la Lega Anseatica che i Paesi Bassi hanno cercato di dominarne il commercio marittimo e utilizzarlo come ponte per accedere ai mercati del resto del mondo.
Lo sviluppo della stessa Gran Bretagna nel passato come potenza marittima dipendeva fortemente della sua posizione dominante all'interno mare del Nord, dove s'affacciavano alcune delle potenze sue rivali, in primo luogo i Paesi Bassi e la Germania, ma anche le nazioni scandinave e in misura minore la Russia attraverso il vicino mar Baltico. Le imprese commerciali, l'aumento della popolazione e la presenza di risorse limitate, sono tutti fattori che hanno portato le nazioni che si affacciavano sul mare del Nord a desiderarne il controllo degli accessi per interessi commerciali, militari, o come collegamento indispensabile verso le colonie d'oltremare.
La sua importanza si è andata trasformando da militare a economica. Le attività economiche tradizionali, quali la pesca e il trasporto marittimo, hanno continuato a crescere, e altre di nuove si sono aggiunte e sono state sviluppate, come ad esempio le estrazioni di combustibili fossili e l'energia eolica.
Il nome di “mare del Nord” deriva originariamente dal suo rapporto alla terra dei frisoni. La Frisia si trova direttamente a sud del mare del Nord, a ovest del mare Orientale (Oostzee, il Mar Baltico), a nord dell'ex mare Meridionale (Zuiderzee, l'odierno Lago d'IJssel, la propaggine interna dei Paesi Bassi del mare del Nord). Il nome "mare del Nord" venne utilizzato nelle regioni centro-settentrionali della Germania (che effettivamente possiede parti delle coste meridionali del mare), probabilmente mutando il termine dato dai frisoni. Anche fra i primi nomi dati dagli spagnoli vi fu Mar del Norte.
Dal punto di vista della città anseatiche tedesche del Medioevo, il mare ad est era chiamato il "mare Orientale" (il mar Baltico in tedesco è letteralmente l'Ostsee), così come il mare a nord era il mare del Nord. La diffusione delle mappe utilizzate da mercanti anseatici favorì il diffondersi di questo nome nel resto dell'Europa.
I primi cenni al traffico marittimo nel mare del Nord provengono dall'Antica Roma, che cominciò ad esplorare il mare già nel 12 a.C. La Gran Bretagna venne formalmente invasa nel 43 d.C. e le sue regioni meridionali incorporate all'Impero Romano, cominciarono quindi in quel tempo gli scambi commerciali tra il mare del Nord e il Canale della Manica. I Romani abbandonarono successivamente il sud della Gran Bretagna nel 410 e nel vuoto di potere, popolazioni germaniche quali gli Angli e i Sassoni, iniziarono una grande migrazione attraverso il mare del Nord scacciando e soppiantando le popolazioni celtiche native delle isole.
L'espansione vichinga ebbe inizio nel 793 con l'attacco a Lindisfarne e nel successivo quarto di millennio i Vichinghi dominarono il mare del Nord creando colonie e avamposti lungo le coste.
Con il tramonto dell'era vichinga il commercio nel mare del Nord venne dominato dalla Lega Anseatica. La Lega, anche se centrata sul mar Baltico, ebbe importanti avamposti in questo mare. Merci provenienti da tutto il mondo attraversavano il mare del Nord lungo le rotte per la città anseatica.
Dal 1441 i Paesi Bassi, da un punto di vista economico e navale, iniziarono a configurarsi come la potenza rivale della Lega. Nel XVI secolo erano la principale potenza economica e il mare del Nord divenne crocevia del commercio tra le lontane colonie e i mercati di tutta Europa.
Il potere olandese durante la sua epoca di massimo splendore fu ragione di crescente preoccupazione per l'Inghilterra, che vedeva il suo futuro nella marina mercantile e nelle colonie d'oltremare. Ciò fu alla base delle primi tre guerre anglo-olandesi tra il 1652 e il 1673. Alla fine della Guerra di Successione spagnola nel 1714, gli olandesi non erano più un attore fondamentale della politica europea.
La supremazia navale della Gran Bretagna, prima del XX secolo, vedeva come unici seri contendenti solo la Francia napoleonica e i suoi alleati continentali. Nel 1800 un'unione di potenze navali minori, chiamata Lega di neutralità armata, si formò per proteggere il commercio neutrale nel corso del conflitto tra Gran Bretagna e Francia. La Marina britannica sconfisse le forze unite della Lega di neutralità armata nella battaglia di Copenaghen del 1801 nel Kattegat. La Gran Bretagna successivamente sconfisse la marina francese nella battaglia di Trafalgar al largo delle coste della Spagna.
Le tensioni nel Mare del Nord si aggravarono nel 1904 con l'incidente del Dogger Bank, in cui in navi da guerra russe scambiarono delle navi da pesca britanniche per navi giapponesi e sparato su di esse. L'incidente, che avveniva in uno scenario caratterizzato da un'alleanza tra la Gran Bretagna e il Giappone combinato con una guerra russo-giapponese in atto, portò ad un'intensa crisi diplomatica. La crisi si ridimensionò con la sconfitta russa ad opera dei giapponesi e il pagamento di indennizzi per i pescatori.
Durante la Prima guerra mondiale la marina della Gran Bretagna e quella della Germania (la Kaiserliche Marine) si fronteggiarono sul Mare del Nord facendolo diventare il principale teatro della guerra per superficie di azione. La marina britannica, con una flotta maggiore, fu in grado di stabilire un efficace blocco navale per la maggior parte del periodo bellico, limitando così l'approvvigionamento di risorse indispensabili agli Imperi centrali. Le principali battaglie furono la Battaglia di Helgoland Bight, la Battaglia di Dogger Bank, la Battaglia dello Jutland e la Seconda Battaglia di Helgoland Bight.
Anche la Seconda guerra mondiale ha visto operazioni nel Mare del Nord, anche se prevalentemente limitato alla caccia con sottomarini e a navi di più ridotte dimensioni. Il 9 aprile 1940 i tedeschi avviarono l'Operazione Weserübung in cui la quasi totalità del flotta tedesca si concentrò a nord verso la Scandinavia tra lo Skagerrak e il Kattegat. Durante l'occupazione tedesca della Norvegia, l'operazione Shetland Bus collegò segretamente la Gran Bretagna alla Norvegia.
Negli ultimi anni della guerra e nell'anno immediatamente successivo, enormi quantità di armi furono smaltite o affondate nelle acque del mare del Nord, rappresentate principalmente da granate, mine terrestri e navali, bazooka, cartucce, e armi chimiche. Anche se le stime variano ampiamente, centinaia di migliaia di tonnellate di munizioni furono qui disperse.
Dopo la guerra il Mare del Nord perse molto del suo significato militare, perché circondato esclusivamente da paesi membri della NATO. Acquisì però una notevole importanza economica a partire dagli anni sessanta con l'inizio dello sfruttamento petrolifero e dei giacimenti di gas metano.
Il letto del Mare del Nord forma due bacini. Il più settentrionale si trova a nord di un crinale tra Norfolk e la Frisia, e ha avuto la sua origine nel Devoniano. Il bacino meridionale si spinge verso lo Stretto di Dover e da là verso il Canale della Manica. Questo bacino risale al Carbonifero.
Nel corso della più recente glaciazione gran parte del bacino settentrionale fu coperto dai ghiacci, e il resto, compreso il bacino meridionale, si ricoprì di tundra. Durante il periodo interglaciale si creò una diga naturale di gesso, il “Weald-Artois Anticline”. Anche se la cresta probabilmente collassò, costituito la parte più alta del ponte di terra che collegò momentaneamente l'Europa continentale con la Gran Bretagna.
Gli Storegga Slides furono una serie di frane sottomarine, in cui un pezzo della piattaforma continentale norvegese scivolò nel Mare di Norvegia. Le immense frane si verificarono tra il 8150 a.C. e 6000 a.C., e provocarono uno tsunami alto fino a 20 metri che attraversò il Mare del Nord abbattendosi maggiormente sulla Scozia e sulle Isole Fær Øer.
Il Mare del Nord si trova sopra quello che era la giunzione fra tre placche tettoniche continentali risalenti all'inizio dell'Era Paleozoica. Successivamente, nel Mesozoico, si formò una faglia con andamento nord-sud al centro del Mare del Nord. Questa faglia che corre dal Canale della Manica causa terremoti occasionali, che possono anche provocare danni alle strutture sulla terraferma. Il terremoto che avvenne nello Stretto di Dover del 1580 è tra i primi terremoti storici registrati che provocarono ingenti danni sia in Francia che in Inghilterra, a cui si associò anche un maremoto. Il più grande terremoto mai registrato nel Regno Unito avvenne nel 1931 al largo delle sue coste verso il Dogger Bank, e misurò 6,1° sulla scala Richter e ha provocato uno tsunami che inondò parti della costa britannica.
Le tre placche continentali formate nel corso dell'Era Paleozoica sono l'Avalonia, la Laurentia e la Baltica. La placca Baltica forma ora la costa orientale, e s'affaccia verso i paesi scandinavi; Avalonia consiste nella costa meridionale e occidentale del Mare del Nord lungo l'Inghilterra, il nord della Germania e la Francia; Laurentia segna il perimetro settentrionale del Mare del Nord con l'Oceano Atlantico.
Lo scambio di acqua salata tra il Mare del Nord e Atlantico si verifica attraverso il Canale della Manica, come pure nella zona settentrionale del Mare del Nord, lungo la costa scozzese e attraverso il Mare di Norvegia. Il Mare del Nord riceve acqua dolce non solo dal flusso dei fiumi, ma anche dalla bassa salinità del Mar Baltico che ne è collegato attraverso lo Skagerrak. Il bacino idrografico dei fiumi che si gettano nel Mare del Nord misura una superficie di 841.500 km² e fornisce un volume di 296–354 km³ di acqua dolce ogni anno. Il bacino idrografico che getta nel Mar Baltico misura una superficie quasi doppia (1.650.000 km²) e contribuisce con 470 km³ di acqua dolce ogni anno.
A Skagen, nello Jutland, punta più estrema del Nord della Danimarca, dove si trova la penisola sabbiosa della lingua di terra di Grenen (a nord di Skagen) due mari si imbattono e le onde sulla spiaggia bagnano i piedi sia da sinistra che da destra.
Le onde del Mar Baltico e del Mare del Nord si incontrano, provenendo da opposte direzioni, senza potersi mescolare a causa della loro diversa densità, formando in tal modo un’increspatura costante che dalla costa si allontana pendicolarmente all’orizzonte.
Tutto ciò origina perenni turbolenze e violente correnti che impediscono la balneazione e la navigazione.
Delle semplici leggi idrodinamiche (branca della fisica che si occupa di descrivere il moto dei fluidi) sottostanno a questa strana manifestazione naturale che risulta provocata da una barriera che si interpone fra i due mari, generando due moti ondosi contrapposti che si scontrano allontanandosi reciprocamente nelle 2 rispettive direzioni opposte.
Questa barriera che divide il Mare del Nord e il Mar Baltico è dovuta alla differente temperatura, salinità e densità di ciascuno dei 2 mari.
Anche se in maniera più riduttiva ciò che accade in Danimarca si può spiegare meglio prendendo in esempio l’incontro tra il mar Mediterraneo e l’Oceano Atlantico.
E’ noto che l’acqua del mar Mediterraneo è calda, salata e più densa rispetto all’acqua dell’Oceano Atlantico, che quindi risulta essere più “leggera”.
A livello dello stretto di Gibilterra, quando le acque del Mediterraneo e dell’Atlantico si mischiano, le diverse correnti marine (moti convettivi) si muovono per diverse centinaia di chilometri, una più in profondità, e una più superficialmente, pur mantenendo le proprie peculiari caratteristiche chimiche e fisiche.Tutto ciò fa in modo che non accada nessuna separazione tra l’uno e l’altro, e si può osservare un continuum marino.
Se fra i due mari esistesse invece una barriera come quella tra lo Skagerrak e il Kattegat, le diverse correnti non potrebbero mescolarsi a diverse profondità e si scontrerebbero come avviene in Danimarca.
Circa 185 milioni di persone vivono nei bacini idrografici dei fiumi che si gettano nel Mare del Nord. Questi bacini ricoprono gran parte dell'Europa occidentale: un quarto della Francia, tre quarti di Germania, quasi tutta la Svizzera, una piccolissima porzione d'Italia, metà dello Jutland, la totalità dei Paesi Bassi e del Belgio, la parte meridionale della Norvegia, il bacino del Reno dell'Austria occidentale, e la parte orientale della Gran Bretagna. Questa area contiene una delle più grandi concentrazioni industriali del pianeta.
Il principale movimento delle acque all'interno del Mare del Nord è in senso anti-orario lungo le coste. L'acqua dalla Corrente del Golfo entra nel mare attraverso due direzioni: per il Canale della Manica verso la Norvegia, e aggirando a nord la Gran Bretagna e seguendone successivamente le coste verso sud. Questi movimenti generano altre piccole correnti che si dirigono verso est nella parte centrale del Mare del Nord. Un'altra corrente spazia a sud nella parte orientale del mare. Questa trasporta acqua fredda dal Nord Atlantico e nel periodo tra primavera e inizio dell'estate rinfresca le acque superficiali al largo dell'Inghilterra, mentre al largo delle Paesi Bassi e della Germania inizia una fase di riscaldamento. L'acqua che esce del Mar Baltico sale verso nord lungo la costa norvegese ritornando nell'Atlantico in quello che è chiamata Corrente norvegese.
Il tempo di permanenza medio dell'acqua all'interno del Mare del Nord è compresa tra 1 e due anni. Le acque più a nord sono scambiate più rapidamente, mentre per quelle meridionali possono passare anni prima di raggiungere le regioni settentrionali e fuoriuscirne verso l'Atlantico.
Fronti d'acqua basati sulla temperatura, salinità, nutrienti, e inquinamento possono essere chiaramente identificate, anche se con più facilità nel periodo estivo rispetto a quello invernale. Fra i principali si identificano il Fronte delle Frisone, che divide l'acqua proveniente dal Nord Atlantico da quella originaria della Manica, e il Fronte danese, che divide le acque costiere meridionali da quelle della parte centrale del Mare del Nord.
L'afflusso di acqua proveniente dai grandi fiumi si mescola molto lentamente con l'acqua marina. Le acque del Reno e dell'Elba, ad esempio, possono ancora essere chiaramente distinte in mare al largo della costa nord-ovest della Danimarca.
Le coste occidentali sono frastagliate, risultato dell'azione dei ghiacci durante le ere glaciali. I litorali lungo la parte meridionale sono più morbidi, ricoperti con i resti di depositati morenici che sono stati a loro volta scaricati in mare. Le montagne norvegesi si tuffano direttamente in mare e le coste sono caratterizzati da numerosi fiordi e arcipelaghi. A sud di Stavanger la costa si ammorbidisce e le isole si presentano in numero inferiore. La costa orientale scozzese è simile, anche se meno marcata rispetto a quella della Norvegia. A partire da Flamborough Head nel nord-est dell'Inghilterra, le scogliere diventano più basse e sono composte da minori depositi morenici, e le coste, erose più facilmente si presentano con contorni più arrotondati. Nei Paesi Bassi, nel Belgio e nell'Inghilterra orientale (East Anglia) il litorale è basso e paludoso. La costa orientale e sud-orientale del Mare del Nord (mare dei Wadden) hanno coste che sono principalmente di tipo sabbioso.
Le coste settentrionali portano ancora il segno degli immensi ghiacciai le ricoprivano durante le ere glaciali, creando il frastagliato paesaggio costiero. I fiordi sono nati dall'azione dei ghiacciai, che nel loro lento movimento verso il mare hanno raschiato e scavato profonde fenditure nel suolo. Con il ritirarsi dei ghiacci, l'innalzamento del livello dell'acqua tali solchi sono stati invasi dal mare. Il paesaggio si presenta spesso con coste ripide e le insenature marine possono essere anche profonde. I fiordi sono particolarmente comuni nella costa della Norvegia.
I firths sono simili ai fiordi, ma sono generalmente poco profondi e presentano baie più ampie all'interno delle quali possono essere presenti piccole isole. I ghiacciai hanno insistito qui su un'area più estesa e hanno scavato aree più ampie. I firths si trovano soprattutto nella Scozia settentrionale e lungo le coste inglesi.
Verso sud i firths cedono il passo alle scogliere, formatesi dalle morene glaciali. L'impatto delle onde sulla costa dà luogo a fenomeni di erosione. Il materiale eroso diviene fonte importante di sedimenti per la distese fangose che si trovano dall'altra parte del Mare del Nord. Il paesaggio delle scogliere è interrotta dai grandi estuari fluviali con i loro corrispondenti depositi di detriti, in particolare modo quelli del fiume Humber e Tamigi nel sud dell'Inghilterra.
Nel sud della Norvegia, come pure sulla costa svedese dello Skagerrak, si trovano fenomeni simili ai fiordi e ai firths. Qui l'azione dei ghiacci ha insistito e scavato su regioni ancora più vaste. Verso le coste si trovano dolci declivi che scendono dalle montagne e che si estendono per chilometri, tuffandosi poi sotto il mare, ma rimanendo ad una profondità di soli pochi metri.
Le scarsa profondità delle acque e la linea della coste meridionali e orientali fino alla Danimarca sebbene formate anch'esse dall'azione dei ghiacci nelle ere glaciali, devono maggiormente la loro forma all'azione del mare e al deposito dei sedimenti. Il mare dei Wadden che si estende tra Esbjerg nella Danimarca del nord e Den Helder nei Paesi Bassi deve la conformazione del suo paesaggio alla forte influenza esercitata dall'azione delle maree. La zona costiera presenta acque poco profonde e il costante apporto di sedimenti. Grandi opere di bonifica hanno interessato questa regione, soprattutto ad opera degli olandesi. Il più grande progetto di questo tipo è stata la bonifica del IJsselmeer.
Le zone costiere meridionali, inizialmente, erano soggette ai capricci del mare. I territori limitrofi alle coste, costituite da un innumerevole intrico di canali, isolotti, delta fluviali e zone umide venivano regolarmente allagati e sommersi. In settori particolarmente vulnerabili alle mareggiate, le persone tendevano allora ad insediarsi su terreni rialzati e più protetti. Già nel 500 a.C., gli insediamenti iniziarono ad essere costruiti su delle colline artificiali, alte anche diversi metri. Fu solo intorno agli inizi del Medioevo nel 1200 che si è iniziato a collegare tra loro piccole dighe in linea lungo l'intera costa, rendendo quindi permanenti e definite le zone di terra da quelle di mare.
Dighe in senso moderno hanno iniziato a prendere forma nel XVII e XVIII secolo, costruite da imprese private nei Paesi Bassi. I costruttori olandesi hanno quindi esportato i loro disegni e modelli verso altre regioni del Mare del Nord.
Le alluvioni verificatesi sulle coste del Mare del Nord nel 1953 e nel 1962 sono state ulteriore impulso per l'innalzamento delle dighe, la sostituzione delle vecchie dighe in linea, il recupero di terreni e sbarramenti fluviali, in modo da ottenere da poca superficie interessata un grande risultato nella lotta contro il mare e le tempeste. Attualmente il 27% dei Paesi Bassi è sotto il livello del mare e protetto da argini e dune.
La conservazione costiera oggi consiste di vari livelli. La pendenza delle dighe riduce l'energia del mare in entrata, in modo che la diga stessa non riceva il pieno impatto. Alcune dighe che si trovano direttamente in mare e queste sono particolarmente rafforzata. Nel corso degli anni sono state più volte sollevate, a volte anche di 10 m, e sono diventate più orizzontali, al fine di meglio ridurre l'erosione delle onde. Le moderne dighe possono raggiungere un'altezza anche di 100 m. Dietro la diga solitamente è presente una strada di accesso e, in generale, l'area più prossima è scarsamente abitata. In molti luoghi un altro sistema di dighe è presente verso l'entroterra dopo diversi chilometri.
Dove le dune sono sufficienti per proteggere la terra dall'avanzata del mare viene seminata dell'erba che cresca nella sabbia, in modo da proteggere le dune stesse dall'erosione del vento, dell'acqua e dal traffico a piedi.
Tra le specie che popolano questo mare e che per riprodursi risalgono i fiumi che sfociano in esso è da ricordare la cheppia (Alosa fallax).
Le spiagge e le acque costiere del Mare del Nord sono popolari destinazioni per il turismo balneare. In particolare modo le attività sono sviluppate lungo la costa belga, olandese, tedesca e danese, come pure su quella britannica.
Il windsurf e la vela sono sport popolari favoriti dai forti venti, ma anche la pesca sportiva e le immersioni subacquee. Un'altra attività praticata è il mudflat hiking che consiste nel camminare sul fango che viene a galla dal mare durante i periodi di bassa marea in alcune zone geografiche particolari.
