Chu trình carbon
Trong thủy quyển

Các đại dương chứa khoảng 36.000 tỉ tấn carbon, chủ yếu dưới dạng ion bicarbonat (trên 90%, với phần còn lại là carbonat). Các trận bão tố lớn vùi lấp một lượng lớn carbon, do chúng cuốn trôi nhiều trầm tích. Chẳng hạn, một tổ nghiên cứu từ Đại học bang Ohio đã thông báo trong số phát hành tháng 7 năm 2008 của tạp chí Geology rằng chỉ một trận bão tại Đài Loan đã vùi lấp một lượng carbon trong lòng đại dương dưới dạng trầm tích cũng nhiều bằng lượng carbon bị vùi lấp do toàn bộ các trận mưa trong cả một năm tại vùng đất này cộng lại. Carbon vô cơ (các hợp chất carbon không chứa liên kết carbon-carbon hay carbon-hydro), là quan trọng trong các phản ứng của chúng với nước. Sự trao đổi carbon này là quan trọng trong việc kiểm soát độ pH trong lòng đại dương và cũng có thể thay đổi như là nguồn cung cấp hay thu carbon. Carbon cũng sẵn sàng trao đổi giữa khí quyển và đại dương. Trong khu vực có sóng cuộn từ dưới lên của đại dương, carbon được giải phóng vào khí quyển. Ngược lại, tại các khu vực sóng cuộn từ bề mặt xuống sâu thì carbon dưới dạng CO2 lại từ không khí chuyển vào lòng đại dương. Khi CO2 chuyển vào lòng đại dương, nó tham gia vào một loạt các phản ứng, được cân bằng ở quy mô cục bộ:
Hòa tan:
Chuyển hóa thành acid carbonic:
Ion hóa bậc nhất:
Ion hóa bậc hai:
Mỗi phản ứng trong chuỗi các phản ứng hóa học này đều có hệ số cân bằng riêng của chính mình, xác định dạng mà carbon vô cơ chiếm giữ trong lòng đại dương. Các hệ số này, từng được xác định theo công thức kinh nghiệm cho nước biển, là các hàm số phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất và sự tồn tại của các ion khác (đặc biệt là ion borat). Trong lòng đại dương, các cân bằng nghiêng về phía ion bicarbonat. Do ion này là bước thứ ba trong quá trình loại CO2 từ khí quyển, nên mức độ lưu giữ carbon vô cơ trong lòng đại dương không tỷ lệ thuận với áp suất thành phần của CO2 trong khí quyển. Hệ số đối với đại dương là khoảng 10, nghĩa là khi CO2 trong khí quyển tăng (giảm) 10% thì cân bằng lưu giữ trong đại dương chỉ tăng (giảm) khoảng 1%, với hệ số chính xác phụ thuộc vào các điều kiện tại khu vực đo đạc. Hệ số đệm này thường được gọi là "hệ số Revelle", đặt theo tên nhà khoa học Roger Revelle.
Trong lòng đại dương, carbonat hòa tan có thể kết hợp với calci hòa tan để kết tủa dưới dạng carbonat calci (CaCO3) rắn, chủ yếu dưới dạng mai hay vỏ của các vi sinh vật. Khi các sinh vật này chết đi, lớp vỏ của chúng trầm lắng xuống và tích tụ trên đáy biển. Theo thời gian, các trầm tích carbonat này tạo thành đá vôi, nguồn chứa carbon lớn nhất trong chu trình carbon. Calci hòa tan trong đại dương đến từ phong hóa hóa học của các loại khoáng vật silicat, trong đó acid carbonic và các acid khác có trong nước ngầm phản ứng với các khoáng vật chứa calci, giải phóng ra các ion calci tự do vào trong dung dịch và để lại phần bã của các khoáng vật sét giàu nhôm mới được hình thành cùng các khoáng chất không hòa tan, như thạch anh.
Luồng hấp thụ carbon dioxide vào trong lòng đại dương chịu ảnh hưởng bởi sự có mặt của các virus phổ biến rộng trong nước biển, gây nhiễm trùng cho nhiều loài vi khuẩn. Sự chết đi hàng loạt của vi khuẩn dẫn tới kết quả là làm gia tăng sự hô hấp carbon dioxide tại bề mặt tiếp giáp của khí quyển và đại dương, góp phần làm tăng vai trò của đại dương như là nguồn hấp thụ carbon.
Nồng độ carbon dioxide trong tầng đối lưu năm 2009.
Hàm lượng carbon vô cơ hòa tan tại mặt biển "ngày nay" (thập niên 1990) (lấy theo khí hậu học của Global Ocean Data Analysis Project (GLODAP).