海洋碳汇（ Ocean Carbon Sink ）是指将海洋作为一个特定载体吸收大气中的二氧化碳，并将其固化的过程和机制。

海洋是地球系统中最大的碳库，海洋碳库是大气的50倍，陆地生态系统的20倍，全球大洋每年从大气吸收CO2约20亿吨，占全球每年CO2排放量的1/3左右，是大气CO2巨大的汇

海洋浮游植物光合固碳量远远大于海洋调节大气二氧化碳的能力和容量，有机碳可以被降解矿化再次形成二氧化碳返回到大气中去。而超出生态平衡的过量固碳导致有机物质大量增加，会导致海洋下层缺氧，反而会形成恶性循环，不但加剧温室效应，甚至会带来环境的破坏。而微型生物碳泵储碳则是指海洋微型生物生态过程将活性溶解有机碳转化为惰性溶解有机碳，并长期储存在海洋中，时间可达5000年。同时，人们也不用担心会造成海洋的酸化问题。

海洋碳汇是指一定时间周期内海洋储碳的能力或容量。海洋储碳的形式包括无机的、有机的、颗粒的、溶解的碳等各种形态。海洋中95%的有机碳是溶解有机碳 （DOC），而其中95%又是生物不能利用的惰性溶解有机碳（RDOC），世界大洋中RDOC的储碳量大约是6500亿吨，储碳周期约5000年，它 们与大气CO2的碳量相当，其数量变动影响到全球气候变化 。

海洋中存在着数量巨大的微型生物（Microbes），它们是海洋RDOC的主要生产者---它们可以利用活性溶解有机碳（LDOC）支持自身的代谢，同时产生RDOC。生物来源的RDOC构成了海洋RDOC库的主体，由于RDOC在海水中的代谢周期很长，所以相当于将大气中的CO2封存在海里面。在海水中LDOC的浓度较低，而RDOC的浓度较高，微型生物的这一作用将低浓度的LDOC转化为高浓度的RDOC就好像将水从低水位抽到了高水位，所以这一机制被形象地成为微型生物碳泵（MicrobialCarbonPump，MCP） 。

中科院院士、厦门大学特聘教授焦念志领衔的研究团队在研究好氧不产氧光和异养菌（AAPB）的生态分布时获得启发，提出了这一海洋储碳的新机制，为增加海洋碳汇提供了新思路。

地球上的碳元素主要存在于大气圈、水圈、岩石圈、生物圈中。虽然全球的碳元素主要以碳酸盐岩石的形式存在于地壳中，但其中的碳元素几乎处于静止状态，较少参与碳循环。所以，海洋是除地质碳库外最大的碳库，也是参与大气碳循环最活跃的部分之一，海洋的固碳能力约为4000万亿吨，年新增储存能力约5亿吨～6亿吨，碳元素在海洋中主要以颗粒有机碳、溶解有机碳和溶解无机碳三种主要形态存在。