An den Küsten und auf den kontinentalen Schelfen (0 bis 200 Meter Wassertiefe) wird ein großer Teil der Planktonbiomasse nicht in der Wassersäule abgebaut, sondern sinkt bis zum Meeresboden ab. Dort wird die Biomasse zum Teil im Sediment eingebettet. Die Schelfsedimente sind dabei viel größere Kohlenstoffspeicher als die Tiefseesedimente. Mehr als 90 Prozent der permanenten Kohlenstoffeinbettung findet in Schelfsedimenten statt. Aus der Biomasse in diesen Sedimenten entstehen dann auf geologischen Zeitskalen Erdöl und Erdgas. Ein großer Teil der menschlichen Treibhausgasemissionen entsteht dadurch, dass wir den dort vor langer Zeit als Öl und Gas gebundenen Kohlenstoff fördern, verbrennen und als Kohlendioxid in die Atmosphäre freisetzen.
Eine weitere Sonderrolle im Kohlenstoffkreislauf des Meeres spielen vegetationsreiche Küstenökosysteme wie Salzmarschen, Seegraswiesen und Mangrovenwälder. Sie wachsen auf weniger als einem Prozent der Meeresfläche, sind aber für einen signifikanten Teil der natürlichen Kohlenstoffeinlagerung im Meeresboden verantwortlich und somit Schlüsselakteure im Kohlenstoffkreislauf der Erde.
Ihre Pflanzengemeinschaften gedeihen im Gezeiten- und Flachwasserbereich und nehmen Kohlendioxid sowohl aus dem Oberflächenwasser als auch aus der Luft auf. Anschließend lagern sie den durch Fotosynthese gebundenen Kohlenstoff überwiegend im Untergrund ein – zum einen in ihrem dichten Wurzelwerk, zum anderen über abgestorbenes Pflanzenmaterial (Laub, Totholz etc.) direkt im Küstensediment.
Da die Meereswiesen und -wälder gleichzeitig viele Schwebstoffe aus dem Wasser filtern und diese Partikel zwischen ihren Halmen und Wurzeln ablagern, wachsen die Pflanzengemeinschaften stetig in die Höhe. Durch die Partikelablagerung wird zudem viel angeschwemmtes Tier- und Pflanzenmaterial im Meeresboden eingeschlossen. Beide Prozesse führen dazu, dass die Salzmarschen, Mangroven und Seegraswiesen große Kohlenstoffmengen unter sich anhäufen. Diese Lagerstätten sind mitunter mehr als zehn Meter dick und wachsen, solange die Ökosysteme gesund sind. Im Idealfall bleiben sie über viele Jahrhunderte, mitunter sogar Jahrtausende erhalten.