Замечательные исследования Макарова в Босфоре в 1881-1882 гг. и на Тихом океане в 1886-1889 гг. привлекли внимание к вопросам океанологии, прежде всего к океанологии своих отечественных морей. В частности, оказалось, что хотя Черное море и положено довольно точно на карту, но о его океанологическом режиме известно очень мало и даже рельеф дна его глубоководной части не выяснен.

Во время Крымской войны англичане измерили 13 больших глубин на линии Севастополь-Босфор, из которых наибольшая оказалась равной 1 670 метрам. В 1868 г. профессор В. Лапшин, плавая на корвете “Львица”, измерял глубины между Феодосией и Адлером, причем наибольшая оказалась равной 1 870 метрам.

Определения температуры и удельного веса морской воды производились Ф. Ф. Врангелем, В. Лапшиным и С. О. Макаровым только в прибрежных районах и до глубин, не превышающих 1 000 метров.

В 1889 г. в своем проекте исследования Черного моря геолог Н. И. Андрусов так охарактеризовал изученность Черного моря:

“Располагая весьма значительным числом определений глубины для мелководной полосы северо-западного берега Черного моря, мы не имеем для восточного и южного берегов достаточно данных для того, чтобы очертить точно стосаженную линию. Еще менее мы знаем о подробностях рельефа внутренней части дна Черного моря. ... В подобном же состоянии находятся и вопросы о распределении солености, плотности, температуры воды, о течениях в Черном море, о прозрачности его воды, о глубине, на которую распространяется в нем действие волн и течений”.

Проект Андрусова встретил живейшее сочувствие в научных кругах и по ходатайству Русского Географического общества Морское министерство предоставило в 1890 г. для исследования Черного моря канонерскую лодку “Черноморец”. Начальником экспедиции был назначен Иосиф Бернгардович Шпиндлер, уже известный своими работами в области морской метеорологии, и гидрограф Федор Федорович Врангель, до того много работавший на Черном море.

Экспедиция продолжалась с 14 июня по 14 июля 1890 года. За это время было сделано 60 океанологических станций, из них 37 глубоководных, 889 измерений температуры воды на разных глубинах, 446 определений удельного веса, 13 драгировок. Кроме того, были выполнены первые измерения относительной прозрачности моря путем опускания на глубину электрической лампочки.

Результаты экспедиции были очень велики:

Во-первых, было доказано, что дно центральной части Черного моря представляет собой исключительно ровную, вытянутую приблизительно с запада на восток чашу с наибольшей глубиной 2 244 метра.

Во-вторых, было доказано, что температура воды, начиная с глубины 200 м и до дна удивительно однообразна - около 9°. Соленость на этих глубинах очень медленно увеличивается ко дну (до 22 0/00) и в то же время резко отличается от солености слоев, расположенных выше (около 17 0/00).

В-третьих, оказалось, что в летнее время между глубинными слоями с температурой около 9° и поверхностными слоями, температура которых в центральной части Черного моря доходит до 25°, а именно между горизонтами от 50 до 100 м, находится холодный промежуточный слой с температурой около 7°.

В-четвертых, совершенно неожиданно обнаружилось, что, начиная приблизительно с глубины 200 м и до дна, вся вода Черного моря заражена сероводородом. Это легко определялось по запаху добываемых с глубин образцов морской воды.

В-пятых, также неожиданным оказалось полное отсутствие живых организмов на глубинах свыше 200 м, а также наличие в грунтах полуископаемых створок раковин, ныне живущих только в опресненных водах лиманов и в значительно менее соленом Каспийском море.

Таким образом, первая океанологическая съемка Черного моря увенчалась крупнейшими океанологическими открытиями.

Исключительные результаты экспедиции 1890 г., а также необходимость их проверки и пополнения работами в необследованных районах Черного моря побудили Морское министерство организовать в 1891 г. новую экспедицию.

Начальником экспедиции снова был назначен И. Б. Шпиндлер, гидрологом С. Г. Попруженко, биологом А. А. Остроумов, заведовавший в то время Севастопольской биологической станцией, химиком А. А. Лебединцев - лаборант Новороссийского (ныне Одесского) университета. Кроме того, к концу работы экспедиции в ней принял участие Н. Д. Зелинский- впоследствии академик.

Особое внимание было обращено на изучение зараженных сероводородом глубинных вод Черного моря, о чем во время экспедиции 1890 г. можно было судить только по запаху воды. Для сбора проб воды, зараженной сероводородом, был устроен специальный батометр с позолоченной внутренней поверхностью для того, чтобы уничтожить окисляющее действие обычных металлов на сероводород.

Экспедиция 1891 г. распалась на два рейса: первый в мае на канонерской лодке “Донец” и второй в августе на канонерской лодке “Запорожец”.

Во время этих плаваний было выполнено 126 океанологических станций, из них 58 глубоководных и три драгировки. 
Экспедиция 1891 г. подтвердила результаты, полученные в 1890 г.: на всех океанологических станциях глубинные воды оказались зараженными сероводородом.

Кроме того, экспедиция в 4 милях от входных маяков Босфора, прямо против входа в пролив, на глубине 85 м, обнаружила воду соленостью около 34°/дц, протекающую через Босфор нижним течением из Мраморного моря. Этим окончательно было доказано, что глубинные воды Черного моря создаются в результате смешения местных вод с водами Мраморного моря.

Далее экспедиция установила, что сезонные колебания температуры на Черном море не распространяются глубже 200 метров.

Наконец, Н. Д. Зелинский доказал биологическое происхождение сероводорода в глубинных слоях Черного моря.

Вспомним, что гидрографическое описание всего Черного моря было сделано исключительно русскими к середине XIX века. Русскими же экспедициями 1890-1891 гг. к концу XIX в. был обследован и понят замечательный океанологический режим этого моря.