Termín „okyselování oceánů“ není zcela přesný; oceány se ve skutečnosti stávají méně zásaditými. Hodnota pH povrchové mořské vody klesla z 8,2 na 8,1 (pH 7 je neutrální) během několika stovek let poté, co po miliony let zůstávala konstantní. Pokles o 0,1 jednotky pH se nemusí zdát jako velký, ale na logaritmické stupnici pH to znamená zvýšení kyselosti o 30 %. Předpokládá se, že pH mořské vody klesne o další 0,3 až 0,4 jednotky, pokud hladina oxidu uhličitého dosáhne 800 ppm – což je jeden ze scénářů, který předpokládá Mezivládní panel pro změnu klimatu do roku 2100 – a hladina vodíkových iontů, H+, se zvýší o 100 až 150 procent (Orr et al., 2005). Podle odhadů britské Královské společnosti může trvat „desítky tisíc let“, než se chemismus oceánů vrátí na úroveň před průmyslovou revolucí.
Po rozpuštění v mořské vodě reaguje CO2 s vodou, H2O, za vzniku kyseliny uhličité, H2CO3: CO2 + H2O ↔ H2CO3. Kyselina uhličitá se rychle rozpouští za vzniku iontů H+ (kyselina) a hydrogenuhličitanu, HCO3-(zásada). Mořská voda je přirozeně nasycena další zásadou, uhličitanovým iontem (CO3-2), který působí jako antacidum, neutralizuje H+ a vytváří další hydrogenuhličitan. Čistá reakce vypadá následovně: CO2 + H2O + CO3-2→ 2HCO3-
S vyčerpáním uhličitanového iontu se mořská voda stává nenasycenou, pokud jde o dva minerály uhličitanu vápenatého důležité pro stavbu schránek, aragonit a kalcit. Vědecké modely naznačují, že oceány se stávají nenasycenými, pokud jde o aragonit, na pólech, kde chladné a husté vody nejsnáze absorbují atmosférický oxid uhličitý. Očekává se, že do roku 2050 dojde k nenasycení Jižního oceánu aragonitem a do roku 2100 by se tento problém mohl rozšířit i do subarktického Tichého oceánu (Orr et al., 2005).
Nasycení aragonitem klesá ve vyšších zeměpisných šířkách. Kredit: Kleypas et al., 2006.
Drobný druh zooplanktonu, pteropod, nazývaný „mořští motýli“ pro želatinová křídla, která používají k plavání, může být ohrožen. Při pokusu, kdy byl pteropod ponořen do mořské vody s nízkým obsahem aragonitu, došlo k erozi části schránky tohoto organismu již za dva dny (Orr et al., 2005).
V průběhu stovek let i déle se uhličitanové ionty v oceánu doplňují chemickým zvětráváním vápencových hornin a uhynulých živočichů, jako jsou pteropodi, kteří používají uhličitan vápenatý ke stavbě svých schránek. Tvorba a rozpouštění uhličitanu vápenatého závisí na stavu nasycení vody (Ω) neboli na součinu koncentrace iontů vápníku a uhličitanu. Součin rozpustnosti v rovnici Ω = Ca2+ + CO3-2/K’sp závisí na teplotě, salinitě, tlaku a konkrétním minerálu. K tvorbě skořápek obvykle dochází, když je Ω větší než jedna, zatímco k rozpouštění dochází, když je Ω menší než jedna.
S dostatečným časovým odstupem se uhličitan vápenatý rozpouští v dostatečně velkém množství, aby se pH oceánů vrátilo do přirozeného stavu, což může být důvodem, proč pH v minulosti neklesalo tak dramaticky, jak by se mohlo zdát z vysoké hladiny oxidu uhličitého v minulosti.
Existují určité náznaky, že hladina uhličitanových iontů by mohla s oteplováním oceánů růst, ale modely naznačují, že by to kompenzovalo pouze 10 % úbytku uhličitanových iontů v důsledku okyselování oceánů (Orr et al., 2005).