在海洋深层，根据放射性碳测定的海水年龄，经常超过1000年。如如前所述，布勒克尔（1963）由海水放射性碳的测定，得出太平洋和大西洋深层水的平均停留时间，分别为800年以上和500年以上。目前，为简便起见，将海洋划分为两层，即表层（混合层）和深层，表层厚100米，深层厚3900米。

以下式表示水在表层和深层之间的交换：

K'W'＝KW          (2.19)

    式中，W'和W形分别为表层和深层的海水量（克／米²）；K'和K为水的交换速度，其倒数τ及τ'为海水在表层和深层的平均停留时间（年）。表层水的τ'一般认为是5-10年，故深层水的平均停留时间似应为195-390年。表层的停留时间变成13年以上，则则深层的τ开始超过500年。
    三宅等（1962）、鲍恩（1960，1962，1963）、长屋（1965）、贝拉耶夫等（1964）和日向野（1966）研究了人工放射性元素在海中的分布，发现Sr及137Cs其速度比预测的要快，并达海的深层。这一事实暗示着，深层水的停留时间比布勒克尔等给出的值要短得多。
    如前所述，三宅和猿桥（1966）由磷和硅酸的分布，求深层水的停留时间，结果得出印度洋、太平洋为250年左右，而大西洋为120年左右。
    无机放射性碳含量在海的表层和深层的时间变化，可用下式表示：

∂（βC'）/∂t=αKWc-βK'W'c'+E-βS-σβp+σβB'-λβC'          (2.20)

∂（αC）/∂t＝βK'W'c'-αKWc＋αβB-λαC＋εD                    (2.21)

    在上式中，C'和C分别为表层和深层的无机碳总量，单位为克／米²，α和β为大气中放射碳的比放射能作为1时的深层和表层水中的放射性碳的相对比放射能，σ为生物的同位素分离系数（σ＝1．05）。c'和c为表层和深层水中的无机碳浓度。P为初级生产量，即一年间无机碳变为有机碳的量。B'和B为有机物再变回无机物的速度。λ为¹⁴C的蜕变常数，E和S分别为无机碳由大气进入海洋及由海洋逃逸到大气的速度，其值为180克碳／米²·年（设大气中的CO₂平均停留时间为7年）。D为从沉积物中溶出的碳，其¹⁴C比放射能ε接近于零，εD可忽略不计。
    由方程式（2．19），K'W'c'和K'C'可改写成：

K'C'=rKWc=rKC                (2.22)

    r为c'与c之比，因表层水中的总碳酸为2毫克原子／升（24毫克／升），但在深层水中为2．3～2．5毫克原子／升，所以r为0．83～0．87。如认为放射性碳处于稳定状态，则：

    r为β和α的比放射能之比（r＞1）。无机放射性碳之相对的比放射能小于1，因之，由δ＝1-α，根据放射性碳法，可用下式计算表观年龄：

式中，τ_c为放射性碳的平均寿命（7936年）。
    若据海水中放射性碳的实测值，在表层水中，β的值平均为0．94，而在深层水中，α的平均值为0．84，所以r＝1．12。这相当于海水的表观年龄为1280年。
    设初级生产量平均为80克碳／米²·年，其中，仅一半在表层分解而成为无机物，剩下的一半若要在深层分解，则B'＝B＝40克碳／米²·年。将σ，τ，C的值代入方程式（2．23）和（2．24），则可计算r和τ'，其结果示于表2．24。
    如表2．24所见，r的计算值为1．08～1．12，与实测值吻合。τ'为5．2－7．7年，均与迄今为止的推测值极相吻合。

表2．24  表层水与深海水的¹⁴C比放射能比γ及表层水的平均停留时间τ'的计算值

    r＝0．83，σ＝1．11及τ＝300年时，若求深层水的表观年龄，则为1380年，这亦与如今的实测值相符合。同样，反过来以t作为1100年，τ为200年，r＝0．83，则可计算E和S，在这种情况下，E和S为220克／米²·年，由此得到的大气中CO₂的停留时间为5－7年。
    由以上事实可知，深层水的停留时间为200－300年，表层水的停留时间为5－7年，由此得出结论，大气中的碳酸气的平均停留时间为5－7年，而深层水的表观年龄约为1300年。
    深层水的表观年龄（1300年）和深层水的停留时间（200－300年）不同，归因于表层和深层之间无机碳的交换不平衡。这一点从（2．19）式可知，r＞1即是由于表层水的无机碳浓度与深层的相比为低。深层¹⁴C量下降是由于深层有机物的分解所致，其一部分被抵销，但这么说还是不充分的。
    若这种状态持续不变，则虽可以认为深层无机碳要无止境地减少下去，可是实际上，碳酸钙能从沉积物溶解出来（D），将其补偿并保持稳定状态。由于含有¹⁴C的少量的陈旧碳酸钙的溶解解，因而¹⁴C与¹²C的比放射能下降，促使海水的表观年龄增加。