Un altro ruolo importante dell'oceano è la sua capacità di ciclare e sequestrare il carbonio. Le acque profonde e i sedimenti bentonici dell'oceano sono di gran lunga il più grande serbatoio di carbonio, contenendo circa l'80% del carbonio antropogenico. In questo processo, i microrganismi marini, il fitoplancton, svolgono il ruolo principale nell'esportazione di carbonio verso le profondità oceaniche attraverso il pompa biologica del carbonio così come il ciclo microbico.
Il fitoplancton utilizza il carbonio inorganico per creare biomassa, che viene poi consumata da unlivello trofico superiore o muore, si aggrega e affonda in profondità. O raggiunge i sedimenti profondi o viene remineralizzato dai batteri marini, trasferendolo nuovamente a livelli trofici superiori o convertendolo in materia organica disciolta recalcitrante.
Entrambe queste pompe estraggono carbonio dall'atmosfera, dove altrimenti contribuirebbe al intrappolamento del calore attraverso ilgas serra (GHG) effetto, e invece immagazzinarlo per migliaia o addirittura milioni di anni nell'oceano profondo.
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