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留存在深层海水中的二氧化碳可能会影响全球气候的变化。洞察海洋在过去气候变迁扮演的角色，有助于我们预测未来气候的变化以及对其带来的冲击做万全的准备。
美国科学家在《自然》期刊上提出报告显示，他们天发现了古气候的证据：当全球气温下降，可能造成高纬度的海水分层（stratification）现象、并且将二氧化碳留存在深层海水中、使得大气中的二氧化碳含量减少，增强全球冷却效应。
在大约3000万年前（第三纪中期），冰期再次出现。过去的研究指出，造成这次地表降温的因素，除了地球的轨道变化、减少地表接收的太阳辐射量之外，大气中二氧化碳浓度下降可能带来加成的效果，一般认为高纬度的海洋在此时扮演着举足轻重的角色。
海洋中的浮游植物吸收溶解在水中的二氧化碳进行光合作用，借着生物呼吸作用以及当生物死亡分解后，二氧化碳会被重新释放到水层中，只有少部分的生物粪粒或残骸会沉入深海，使得二氧化碳转化为其他形式的碳留存在深海中，增加海洋的总碳量。因此，海洋生物如同泵一样，将碳从表层海水传送到深海，再借着海水的垂直混合作用，将二氧化碳（也包含一些营养盐）往上传送并重返大气。
科学家认为海水的密度分层会阻断二氧化碳往上传送的过程；海水的分层现象主要受温度与盐度控制，低纬度的海洋因表层温暖的海水而产生分层作用，使密度随深度增加，
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