动物的呼吸作用就是吸入氧气，排出二氧化碳的代谢活动。吸入的氧气用于分解有机物以产生能量。如果把呼吸看成这么一种化学反应，那么，中深层的海水里的生物，像鲸鱼，一样也会呼吸。
格陵兰海和南极附近的海洋表层水在冬季冷却后密度会变大，导致下沉。这时1千克的海水通过大气的气体变换大约含7毫升的气体（水温越低可以溶解的氧气越多）。
这就像鲸鱼刚刚吸足空气准备下潜时的状态。当氧气在有机物的分解过程中渐渐被消耗时，作为分解反应的产物，二氧化碳的浓度开始升高。
鲸鱼这时分解的是磷虾等食物带来的有机物。海水氧化的则是从表层落下的海雪。总之，沉下的时间越长氧气就越缺乏，而二氧化碳的含量则在不断增加。
然后沉下的海水再次涌上海面和大气接触，将过剩的二氧化碳排出，再吸进缺少的氧气，就像鲸鱼的呼吸作用一样。
这种同生物活动和海洋循环同时进行的海洋同大气的气体交换对大气中的氧气和二氧化碳的浓度影响很大。大气中的二氧化碳只占0.035％，比氮气和氧气少得多，所以受海洋的影响很明显。
海洋表层生产的有机物的一部分作为海雪沉入海底，在海底被分解放出二氧化碳的过程以及碳酸盐甲壳溶解后形成钙离子和碳酸根离子的过程就像深海中的香槟工厂一样。
现代将这一过程称为“生物泵”。由于这个过程的作用，大海中的二氧化碳含量约为大气中的2倍。
在对封闭在格陵兰和南极海冰床中的气泡（古代的气体）进行分析后发现，12000～24000年前的冰河时期的大气中的二氧化碳浓度只有现在的2/3。冰河时期陆地上的植物比现在少，减少的部分应该全部被海洋吸收了。
可能当时的海洋循环与物质循环与现在不同，当时的海洋中深层的二氧化碳含量可能比现在更高。
假设浮游植物全部消亡，那样将会如何？储藏在海洋中的二氧化碳将随着海水的循环排到大气中，大气中的二氧化碳会升高。
那么，如果海洋的循环停止后又会怎样？海洋深层的营养素不再循环到海洋表层，浮游植物数量会显著减少。
这样光合作用生产的有机物也会减少，结果导致空气中二氧化碳含量增加。地球上由于过度燃烧各种化石燃料导致二氧化碳含量增大，引发温室效应。在解决这个问题上海洋起了重大作用。