في الطبقات العليا من المحيط المعرضة لأشعة الشمس، تمتص الطحالب المجهرية والأعشاب البحرية الأكبر حجماً طاقة الضوء وتحول ثاني أكسيد الكربون والماء إلى مواد عضوية وأكسجين. تشكل هذه العملية - التمثيل الضوئي - أساس جميع السلاسل الغذائية البحرية تقريباً، وتوفر جزءاً كبيراً من الأكسجين في الغلاف الجوي للأرض.

تُؤدي العوالق النباتية الجزء الأكبر من عملية التمثيل الضوئي في المحيطات. وتُحدَّد إنتاجيتها بالضوء، الذي يتناقص مع العمق، وبالمغذيات مثل النيتروجين والفوسفور والحديد. ويُعرف العمق الذي يتوازن عنده التمثيل الضوئي مع التنفس بعمق التعويض؛ فما دونه، لا يُمكن استدامة النمو الصافي. وتُؤدي الاختلافات الموسمية والإقليمية في الضوء والمغذيات إلى ظهور أنماط مألوفة من ازدهار العوالق في الربيع والصحاري شبه الاستوائية قليلة المغذيات.

تتضمن قياسات عملية التمثيل الضوئي استخدام حاضنات زجاجية، وتقنيات قياس التألق الضوئي، وتقديرات الكلوروفيل عبر الأقمار الصناعية. يُستخدم الكربون العضوي الناتج إما لتغذية الشبكة الغذائية، أو يُستهلك في الطبقات العليا من المحيط، أو يغوص إلى أعماق المحيط كجزء من المضخة الكربونية البيولوجية. وقد بدأت التغيرات في درجة الحرارة، والطبقية، وتوافر المغذيات تُغير أنماط الإنتاج الأولي البحري.

• تحويل الطاقة الضوئية إلى مادة عضوية
• يتم ذلك بشكل رئيسي بواسطة العوالق النباتية في المحيط
• قاعدة السلاسل الغذائية البحرية ومصدر الأكسجين
• محدودية الضوء والمغذيات