矿物燃料燃烧产生的二氧化碳只有一半停留在大气中，其余均为海洋所吸收。如果要了解我们的气候，就必须了解大气、海洋与生物界是如何相互作用的。
一个多世纪以前，人们就已经知道和了解大气中二氧化碳浓度的增高会引起全球气候显著的变化。早在1860年，英国约翰 · 汤达尔就提出了大气组成的变化与气候变动之间的关系。本世纪初，瑞典人斯万特 · 阿伦尼乌斯曾预言，如果大气中二氧化碳的浓度增加一倍，则全球气温将上升4 ~ 6°C，这一数字十分接近于目前估计的值。
要认识大气中二氧化碳含量的增长对气候的影响，其关键就是要了解海洋对二氧化碳的吸收作用。海洋的三个特性决定着它自空气中除去人为二氧化碳的能力：海水溶解二氧化碳气体并与之作用的能力，这取决于水的化学性质；二氧化碳由空气进入海洋的速度；表层已经吸收了二氧化碳的海水下沉混合的速度。
海水中含有的碳酸根离子（CO32-）能与溶解的二氧化碳反应生成碳酸氢盐；而在蒸馏水中不能起这样的反应，蒸馏水仅靠溶解作用吸收二氧化碳，所以海水较蒸馏水能吸收大八倍以上的二氧化碳量。
在二氧化碳分子由大气进入海洋的途径中，必须克服的第一个动力学障碍是海洋表面的边界层。研究工作者利用风洞研究了在各种不同条件（如不同的风速）下海水吸收二氧化碳的速度，但所得结果与在海上得到的研究结果有显著的出入，因此就难以推测南、北冰洋等地区海洋吸收二氧化碳的速度，而科学家们认为，后者对二氧化碳的循环是十分重要的。然而我们对全球总的交换速度还是了解得相当清楚的，因为我们可以通过研究大气 - 海洋系统中放射性14C——包括天然的和核武器试验所产生的——的运动来监测它。准确的估计指出，海洋上层75米处，受到大气中二氧化碳浓度改变的影响，约需120天左右。这一时间比大气中过剩二氧化碳量增长一倍所需的时间（在20年以上）要短，比二氧化碳混合下沉至海洋深处的时间（数十年至数百年）也要短。因此空气与海洋之间的交换不是海洋吸收二氧化碳的主要障碍。
均匀混合的海洋表层的化学性质及其很小的深度，意味着单是海洋表层仅能容纳每年进入大气中的二氧化碳的10%左右。但现在由矿物燃料燃烧产生的二氧化碳有将近一半“消失”了，因此，如果海洋真是大气以外二氧化碳的最重要的接收库的话，则处于表层下的大量海水应该是能够吸收二氧化碳的。
通过测定海洋中每83年蜕变1%的天然的浓度，就可以获得关于深水周转率的概念。已经查明，大西洋深处中间部分的水大约275年才能到达表面一次，太平洋深水滞留时间则更长——几达600年。
因为有太阳从上方加热，海洋具有能抑制深度对流混合的稳定的温度结构。所以海水的循环十分缓慢。只有两个很不稳定的海域：北大西洋的格陵兰和挪威海，以及南极洲附近的水域。在那里，冬天寒冷，提高了盐度（因结冰关系），使表层水的密度增加，表层水携带着从大气中吸收的各种气体，沉向很深的去处，它缓慢地流经大西洋深处，绕过南冰洋，最后进入印度洋和太平洋深处。这些水在很大的范围内慢慢地向上混合，回流至表层约需数百年。
普林斯顿大学的乔奇 · 萨明托，利用氚分布的数据，提出了北大西洋表层和斜温层水体的交换混合的模型。他得出的结论是：北大西洋亚热带斜温层的水仅在那里停留10 ~ 40年，显然，这一区域以及其它海洋中的亚热带斜温层的水体，对由矿物燃料燃烧产生的二氧化碳的吸收是十分迅速的。
某些研究工作者提出了明晰地包括海洋的空间变动的、更逼真的模型。理论上，人们很想要制作一个海洋中二氧化碳循环的三维模型——预报天气的海洋全球模型，但这还有待于继续努力。这些模型所用的方法，在于推导出混合速度、海洋流程图和生物生长扣腐烂的速度，同时应与一系列追踪装置测得的海洋分布状态完全吻合。
虽则人们在期待着由这些更精细的模型得到的结果，但海水中有否可能存在其它的二氧化碳接收剂呢？溶解在水中的二氧化碳，能与生物体相作用；当起光合作用时，生物体由二氧化碳中吸收碳；二氧化碳还能与悬浮在水中或沉积在水底的碳酸盐矿物相作用。二氧化碳能与含镁和含钙的碳酸盐矿物相作用，特别是能与海岸沉积物中的碳酸盐矿物相作用。此外，去年报道的在北太平洋进行的观察结果指出，溶解的二氧化碳能腐蚀深度仅数百米处的霰石翼足目动物（小的软体动物）的甲壳。
海洋中的浮游生物起光合作用时能吸收二氧化碳，但表层水中营养元素（如磷和氮）的供应限制了这种吸收作用。虽然浮游生物死亡腐烂时，这部分二氧化碳又大部回到水中，有一部分到达海底被埋藏。要从这个循环中除去多余的二氧化碳，我们就必须假设：与大气中二氧化碳含量增加的同时，海洋表层能容纳更多的植物营养。因为人类活动既能产生二氧化碳，又能产生营养，所以这个想法是引人入胜的，但看来很难获得关于这种作用的肯定证据，其数量多寡至多只是可靠的估计。这依然只是可望而不可即的未被证实的可能性。
波恩大学的一个小组测定了冰中截留的空气中的二氧化碳的浓度。结果指出，大气中二氧化碳的含量，已经发生了与已知的气候变化相应的大幅度变动。在最近的一次冰河期间，大气中二氧化碳的浓度约为十九世纪的三分之二。如果目前的气候模型是正确的话，则在冰河时代末期，这种差别（90 ppm）估计可能已经使海洋表面的温度显著上升（约2°C左右）。虽然温水不像冷水那样能保持住较多的二氧化碳，但单是温度升高还不能使海洋释放出大量二氧化碳。那么可能还有什么另外的机理在起作用呢？
由于海洋表层水中的生物对二氧化碳的消耗，故其二氧化碳浓度较海洋整体二氧化碳的平均浓度要低。在生物发生腐败的海水较深处，二氧化碳最终又回到海水中。大气中的二氧化碳浓度平均来说，与溶解在上层海水中的二氧化碳相平衡，所以任何改变生物生长能力的机制均将影响表层水中的碳含量，因而将影响大气中的二氧化碳浓度。哥伦比亚大学的瓦拉斯 · 勃洛伊克及其同事们首先提出，当冰河时代结束时，上升的海水可能已把营养残余物沉积在海岸大陆架上，营养物质的减少，可能降低了生物的生长能力，因而增加了空气中二氧化碳的浓度。由格陵兰冰芯取得的新资料可以说明，在冰河时代和短短的一百年间，二氧化碳浓度发生了60 ppm的短暂波动。这些数据尚未被进一步证实，但要解释这些变化，人们就必须援引涉及由海洋环流和生物循环的显著变化所引起的碳和营养物的重新分布的机理。证据十分缺乏，暗示着北大西洋在最近的一次冰河期内形成的深水比较少。然而，还没有人把深水形成速度的变化与生物生长能力的变化联系起来。此外，海洋环流模式变化的本身也将直接影响全球的气候。
由这些研究结果引出的气候变化的新理论，还存在着许多空白。但要了解气候，不仅（甚至主要不是）涉及大气问题，这一点已日见明显；为了了解气候，还需要阐明存在于大气、海洋和生物圈之间的复杂的相互作用。
[New Scientist，1985年11月]