太陽光が届く表層海洋では、微細藻類や大型の海藻が光エネルギーを吸収し、二酸化炭素と水を有機物と酸素に変換する。この光合成という過程は、ほぼすべての海洋食物連鎖の基盤を形成し、地球の大気中の酸素のかなりの部分を供給している。

海洋における光合成の大部分は植物プランクトンによって行われる。その生産性は、水深とともに減少する光量と、窒素、リン、鉄などの栄養塩によって制限される。光合成と呼吸が釣り合う水深を補償水深といい、それより深い水深では純増殖は維持できない。光量と栄養塩の季節的・地域的な変動が、春の大量発生や貧栄養の亜熱帯砂漠といったおなじみのパターンを生み出す。

光合成の測定には、ボトル培養、蛍光法、衛星によるクロロフィル量の推定などが含まれる。生成された有機炭素は、食物連鎖のエネルギー源となるか、表層海洋で呼吸によって放出されるか、あるいは生物学的炭素ポンプの一部として深海に沈降する。水温、成層構造、栄養塩供給の変化は、すでに海洋一次生産のパターンを変化させている。

• 光エネルギーを有機物に変換する
• 主に海洋の植物プランクトンによって行われる
• 海洋食物連鎖の基盤であり、酸素源でもある
• 光と栄養分によって制限される