海洋是地質碳庫以外的最大碳庫，而且是地球上最大的活躍碳庫（碳量可變動）,海洋碳庫與大氣碳庫之間的碳交換：
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，在氣候變化中（特別是在控制溫室效應中）有著舉足輕重的作用，海洋既可從大氣中吸收二氧化碳也可向大氣中排放二氧化碳。，
海洋中的碳可分為無機碳和有機碳，在有機碳中可分為生物有機碳和非生物有機碳。
海洋中的無機碳——其一是指含碳的無機鹽；其二是指溶於海水中的二氧化碳，其在海水中的存在形式是：氣體二氧化碳、二氧化碳(水化)、碳酸、碳酸根離子、碳酸氫根離子等,其中碳酸氫根佔大多數，以這些形式存在的二氧化碳是供給海洋初級生物進行光合作用的碳源。海水總量約為1.351×10^18立方米，若以每立方米平均溶解有2mol（以88克計）二氧化碳計，則這些溶於海水中的二氧化碳總量則有118萬億噸之多，其在海水中的質量濃度為88ppm，海面以下20米水層的二氧化碳含量約6336億噸
海洋中的生物有機碳——指海洋生物（包括活的和死的、微型生物和微生物），其總量不詳。
海洋中的非生物有機碳——指懸浮於水中和沉降到海底的顆粒有機碳和溶解於海水中的「溶解有機碳DOC」， 在「溶解有機碳」中有5%是生物可利用的「活性溶解有機碳」，有95%是生物不能利用的「惰性溶解有機碳RDOC」， 「惰性溶解有機碳RDOC」可在海洋中儲存超過5000年。
海洋吸收或儲存二氧化碳的原理機制分為溶解度泵、生物泵、微型生物碳泵三種：
一、溶解度泵——通過二氧化碳的的物理溶解作用實現從表層到深層的轉移以暫存二氧化碳於水中。溶解於海水中的二氧化碳有兩個來源：1是來源於大氣中的二氧化碳；2是來源於微生物分解海洋中的有機物生成的二氧化碳。
溶解於海水中的二氧化碳是供給海洋初級生物（浮遊生物）進行光合作用的碳源。
溶解於海水中的二氧化碳總量約118萬億噸，若由於海水溫度升高多釋放一點點到大氣中就是巨量的。
二、生物泵——由有機物生產、消費、傳遞、沉降和分解等一系列生物學過程構成的碳從表層向深層的轉移稱之為生物泵。通過浮遊植物的光合作用固定二氧化碳成為顆粒有機碳POC（如浮遊植物本身）和溶解有機碳DOC，或被浮遊動物攝食隨後以遺體、排洩等形式沉降至底層並礦化再循環實現碳的轉移。然而，生物泵輸送到海底的碳量不足表層固碳量的0.1%，因為顆粒有機碳POC在輸送到海底的過程中有99.9%又被微生物最終分解成為二氧化碳回到了海水中，或從海水中溢出二氧化碳排放到大氣中。
三、微型生物碳泵——海洋中的溶解有機碳被異養浮遊細菌攝取形成次級生產力，進而被原生動物和橈足類利用而形成幫助碳循環的進行。海藻類植物利用二氧化碳進行光合作用形成初級生產力時，除了合成自身的有機碳外，還會生成溶於水的「活性溶解有機碳（DOC）」，而DOC是海洋微生物的營養源，海洋中的DOC被異養浮遊細菌攝取形成次級生產力，進而又被原生動物和橈足類利用而形成更高一級的生產力……在異養浮遊細菌攝取DOC合成自身有機物的同時會生成「惰性溶解有機碳（RDOC）」——可封存於海水中5000年，由於這個過程中有巨量的微生物，所以生成的「惰性溶解有機碳（RDOC）」是大量的。這個海洋儲碳原理是中科院院士、廈門大學教授焦念志領銜的研究團隊在研究好氧不產氧光合異養菌（AAPB）的生態分布時獲得啟發提出的海洋儲碳新機制。
生物泵、微型生物碳泵，人類都是可以充分利用的，海洋生態圈技術就是利用生物泵、微型生物碳泵的自然原理和深海營養鹽自然資源，增量海洋微型生物和微生物，營造人工天然漁場，自然地永久封存所有過量的二氧化碳，徹底消除溫室效應。
人工自然漁場示意圖