Texte extrait de :
INSU, 30 ans de recherches en sciences de l'Univers, 1967 - 1997

... Le contexte est celui de l'augmentation, en cours depuis le début de l'ère industrielle, de la concentration atmosphérique de CO2 et de ses effets possibles sur le climat (réchauffement par intensification de l'effet de serre). Cette augmentation devrait en principe être très supérieure à celle constatée. Au lieu de s'accumuler dans l'atmosphère, la moitié environ du CO2 rejeté jusqu'ici suite à la consommation de combustibles fossiles a disparu dans un " puits " que l'on situe essentiellement dans l'océan. Deux types de " pompes à carbone " peuvent contribuer au fonctionnement de ce puits. L'une est purement physico-chimique : dans certaines zones polaires et sub-polaires, le refroidissement des eaux de surface augmente leur capacité à dissoudre du CO2 atmosphérique tout en augmentant leur densité. Emportant leur charge en CO2, ces eaux plongent alors en profondeur, où, du fait des échelles de temps de la circulation générale, elles seront soustraites à tout contact atmosphérique pour des durées de l'ordre du millier d'années. L'autre pompe est biologique : la production de matière vivante par les algues microscopiques (phytoplancton) en suspension dans les eaux de surface (éclairées, donc favorables à la photosynthèse) consomme du CO2 dissous (qui se renouvelle aux dépens de l'atmosphère). Le carbone ainsi fixé est susceptible d'alimenter plusieurs voies de transformation. Le phytoplancton peut être consommé par des animaux planctoniques (zooplancton), consommés à leur tour par des organismes plus grands et ainsi de suite, le carbone photosynthétisé alimentant ainsi le stock de la biomasse marine, y compris les ressources halieutiques. Une part de ce carbone alimente aussi un stock de détritus plus ou moins durables (cadavres, particules fécales), une part est reminéralisée plus ou moins vite par respiration aux différents échelons de la chaîne alimentaire. Si cette reminéralisation se produit dans les eaux de surface, le CO2 rejeté est remis à disposition des échanges océan-atmosphère. Mais une part de la matière issue de l'activité biologique (matière biogène) est exportée de la couche de surface vers les eaux profondes, sous forme d'organismes effectuant des migrations verticales ou sous forme de particules détritiques plus denses que l'eau (cellules phytoplanctoniques mortes ou senescentes, cadavres d'animaux de toutes tailles, particules fécales, débris organiques divers) et même sous forme de matière organique dissoute en cas de plongée des eaux superficielles. Il en résulte un flux de carbone de la surface vers les profondeurs. Ce flux décroit progressivement, mais une faible fraction de la matière biogène produite en surface finira incorporée (éventuellement pour des millions d'années) dans les sédiments ; c'est ainsi d'ailleurs que s'est lentement constituée une part du stock des combustibles fossiles.

L'approche dite biogéochimique des écosystèmes marins, qui est celle du programme Joint Global Oceanic Flux Study sur le plan mondial, consiste à tenter de quantifier, y compris par modélisation mathématique, les différents flux de carbone dûs aux organismes vivants (et prioritairement ceux qui sont à l'origine d'exportation et de séquestration en profondeur), et de comprendre les mécanismes et les processus qui en sont responsables. La biogéochimie complète l'étude du cycle du carbone par la prise en compte d'autres éléments associés au fonctionnement des écosystèmes marins (et dont la disponibilité peut limiter le flux de carbone), tels que l'azote, le phosphore, le silicium, voire le fer.