Các đại dương, khí quyển, cây cối và đất có những thành phần cơ bản trong sự tuần hoàn cacbon toàn cầu và hoạt động trao đổi cacbon [98]. Các đại dương chiếm 71% bề mặt trái đất với độ sâu trung bình là 3800m và chứa nhiều hơn khoảng 50 lần lượng cacbon hiện nay được chứa trong khí quyển và hơn khoảng 20 lần lượng cacbon hiện nay được chứa trong cây cối và đất. Đại dương chứa rất nhiều CO2, bởi thểtích lớn và vì CO2có thể được hòa tan trong nước biển để hình thành các loại ion khác nhau.
Sự tăng lượng CO2 trong khí quyển qua một số thế kỷ tới nay đã đang trực tiếp dẫn CO2từkhí quyển vào trong đại dương. Các đại dương đáp ứng vai trò như một bể chứa quan trọng đối với CO2 được phát ra từ khí quyển. Trung bình là khoảng 7 tỉ tấn CO2/năm (2 tỉ tấn C/năm) qua 20 năm từ năm 1980 tới năm 2000. Sự hấp thụCO2 của đại dương qua 200 năm được ước tính khoảng trên 500 tỉtấn (135 tỉtấn C/năm)[98].
Sự hấp thụ nguồn CO2 nhân tạo của đại dương đã dẫn tới sự lo ngại về biến đổimôi trường hóa học ban đầu của nước bềmặt của đại dương. Sự tăng hàm lượng CO2 trong đại dương dẫn tới giảm hàm lượng ion cacbonat và làm tăng độ hoạt động của ion hydro. Sự tăng lên của CO2 trong khí quyển từkhoảng 280 ppm trong năm 1800 tới 380 ppm trong năm 2004 đã gây ra bởi sựgiảm pH trung bình qua bề mặt đại dương khoảng 0,1 đơn vị pH (∆pH ≈ –0,1) từ pH trung bình ở bề mặt của đại dương khoảng 8,2. Hơn nữa, sự tăng lên của CO2trong khí quyển sẽdẫn tới một sự biến đổi mạnh hơn trong tính chất hóa học của nước bề mặt đại dương mà cuối cùng sẽ ảnh hưởng tới những chỗ sâu hơn.
Hầu hết cacbon dioxit được thải ra từkhí quyển hoặc đại dương cuối cùng sẽ tập trung trong đại dương, khi tính chất hóa học của đại dương cân bằng với khí
quyển. Do đó sự ổn định của hàm lượng CO2 trong khí quyển ở các mức độ trên mức độtự nhiên là 280 ppm đã kéo theo sự đưa thêm cacbon dioxit vào đại dương trong thời gian dài. Ở trạng thái cân bằng, phần gia tăng của CO2 được tập trung trong đại dương sẽphụthuộc vào nồng độ CO2 trong khí quyển. Khả năng hấp thụ CO2 của đại dương ở trạng thái cân bằng với khí quyển là một hàm của tính chất hóa học của nước biển.
Như vậy, việc bơm CO2vào đại dương có thể làm thay đổi tính chất hóa học của đại dương, đặc biệt làởnhững vùng lân cận– nơi tiếp giáp với khu vực bơmvà nước bề mặt của đại dương. Sự thay đổi hóa học đại dương được thể hiện qua sự thay đổi pH. Sự thay đổi này có thểkéo theo nhiều hệlụy khác, chẳng hạn như làm ảnh hưởng tới các sinh vật sống trong đại dương.