《The Ocean Carbon Cycle》是一篇综述性学术文章，由Tim DeVries撰写，研究单位是美国加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校地理与地球研究所。文章于2022年7月25日作为预印本首次发表，并刊登在《Annual Review of Environment and Resources》期刊的第47卷（2022年），文章的网址为：https://doi.org/10.1146/annurev-environ-120920-111307。这篇文章回顾了海洋碳循环（ocean carbon cycle）的基本原理、影响因子、响应及未来展望，并深入探讨了海洋对气候变化的缓解作用。
该综述文章分析了海洋碳循环的基本机制，强调海洋在调节地球气候、控制大气二氧化碳浓度（CO2）方面的重要功能。海洋作为地球环境碳库的主要存储体，能够通过天然机器（如溶解度泵（solubility pump）及生物泵（biological pump）等）深层封存碳元素。与此同时，文章指出，海洋吸收人类活动排放的CO2对缓解气候变化具有重要意义，但同时也导致了诸如海洋酸化（ocean acidification）的负面效应，削弱了海洋承载碳的化学缓冲能力。此外，文章预测了未来海洋碳循环可能的变化趋势和面临的科学挑战。
碳在地球上的分布不平衡。文章指出，目前固体地球存储了绝大多数的碳，其总量约是大气碳存储量的10万倍；海洋则是第二大碳库，其碳存储量约为大气碳的60倍。海洋本身是唯一可以快速与大气交换碳源的大型自然碳库。在地质时间尺度上（百万年以上），碳在大气、生物圈及海洋之间的分布主要受风化和火山活动调节；但在中间时间尺度上（数十年至数千年），海洋是调节大气CO2浓度的主导力量。
大气CO2浓度自工业革命以来快速上升，从工业前约280 ppm增加至当前超过400 ppm。文章指出，这种人为因素导致了天然碳循环的剧烈变化，人为碳的排放不仅影响到了大气系统，也对海洋碳汇产生了深远影响。
文章通过模型和概念公式详述了二氧化碳在海洋水体中的化学行为及其平衡分布过程。CO2在海洋中通过溶于海水并与水形成碳酸（H2CO3），随后解离为碳酸氢根离子（HCO3−）和碳酸根离子（CO32−）。这些解离产物（统称为溶解性无机碳，DIC）受海水pH值影响较大，pH较低时CO2占比升高，而溶解CO2能力下降。
海水的溶解性在极地水温较低的地区更高，这使得冷水对大气CO2有更强的吸收能力。然而，由于海洋混合与大气交换速率的限制，极地深层水在形成前未能达到与大气CO2的化学平衡，进而削弱了溶解度泵的作用。
碳泵是驱动海洋碳循环的主要机制，包括溶解度泵（solubility pump）与生物泵（biological pump）。这些碳泵作用加强了海洋内部的DIC梯度并影响大气中的CO2浓度。
溶解度泵由极区冷水的高溶解性特性驱动，深层海水冷却后吸收的DIC被封存于深海层中。文章通过模型研究指出，在理想条件下，溶解度泵可形成90 µmol/kg左右的表层与深层DIC浓度梯度，但极地水体的空气-海洋CO2浓度不平衡限制了其实际效能。
生物泵通过浮游生物的光合作用在表层海水中固定了DIC，随后将固定的生物碳以颗粒沉降、物理混合以及垂直有机运输等机制传输至深层海洋。在深海中，有机碳通过分解（呼吸过程过）释放为DIC，并形成比表层显著更高的DIC浓度梯度（约为200 µmol/kg）。作者指出，软组织泵（soft tissue pump）和碳酸泵（carbonate pump）共同构成生物泵，其中软组织泵能捕获约1,300 GtC碳，而碳酸泵则储存约540 GtC。
生物泵的存储作用伴随着空气-海洋CO2浓度不平衡，后者通过抑制南大洋等上升流地区的碳释放机制，进一步增强了生物泵的总效益。
文章指出，自工业化以来，海洋已吸收了人类活动排放的185 GtC碳，占总排放量的25%。尽管如此，海洋吸收人为CO2的速率远低于其理论最大能力（85%），这主要受到深海翻转循环（overturning circulation）缓慢的限制。翻转循环将表层含CO2水体输送到深海层需耗时近千年，而海洋中大部分人工碳仍未输运到较深层。
人为CO2的吸收直接导致了海洋酸化。文章指出，工业时代以来，表层海水的pH值下降了约0.1个单位，这对生物群落（如珊瑚、浮游生物、贝类）的生存构成重大威胁。此外，酸化削弱了海洋DIC的化学缓冲容量，从而间接降低了未来海洋吸收CO2的能力。
文章以模型预测未来海洋碳循环的关键变化趋势，包括： 1. 化学反应的减弱：随着酸化和海洋温度升高，溶解度将降低，进而削弱海洋对CO2的进一步吸收能力。 2. 翻转循环趋缓：全球变暖将增强水体分层稳定性（stratification），导致高纬度深层水对表层的混合作用减弱，最终抑制CO2向深海的输送和存储效率。 3. 生物泵的不确定性：翻转减弱虽可增强呼吸碳封存时间，但表层生产力降低可能减少输出碳，整体净影响尚难以预估。 4. 地球工程的潜力：一些人为干预措施（如海洋施肥、碱化）有望加速海洋吸收CO2，但文章强调，这些干预措施无法改变碳循环的最终格局。
《The Ocean Carbon Cycle》全面回顾了海洋碳循环在地球系统中的基础作用，揭示了大气CO2浓度变化的核心驱动力，并提供了对人为碳排放管理的深刻见解。文章尤其强调，在深海翻转循环与气候变化复杂交互作用的背景下，海洋碳循环的动态及其潜在响应仍需进一步观测和建模。本综述为海洋碳吸收潜力及其限制条件提供重要参考，并对气候科学研究与政策制定者具有显著意义。