Udtrykket “forsuring af havene” er ikke helt korrekt; havene bliver faktisk mindre basiske. pH-værdien i overfladehavvandet er faldet fra 8,2 til 8,1 (en pH-værdi på 7 er neutral) på få hundrede år, efter at have været konstant i millioner af år. Et fald på 0,1 pH-enheder lyder måske ikke af meget, men på den logaritmiske pH-skala svarer det til en stigning i surhedsgraden på 30 %. Havvandets pH-værdi forventes at falde yderligere 0,3 til 0,4 enheder, hvis kuldioxidniveauet når op på 800 ppm – et af de scenarier, som Det Mellemstatslige Panel om Klimaændringer forudser for 2100 – hvilket vil øge niveauet af hydrogenioner, H+, med 100 til 150 procent (Orr et al., 2005). Det kan tage “titusinder af år”, før havenes kemi er tilbage på det førindustrielle niveau, vurderer Royal Society of Britain.
Når CO2 er opløst i havvand, reagerer det med vand, H2O, og danner kulsyre, H2CO3: CO2 + H2O ↔ H2CO3. Kulsyre opløses hurtigt og danner H+-ioner (en syre) og bicarbonat, HCO3- (en base). Havvand er naturligt mættet med en anden base, carbonat-ioner (CO3-2), der virker som et antacidum, der neutraliserer H+ og danner mere bicarbonat. Nettoreaktionen ser således ud: CO2 + H2O + CO3-2→ 2HCO3-
Da karbonat-ionen bliver udtømt, bliver havvandet undermættet med hensyn til to calciumkarbonatmineraler, der er afgørende for skallenes opbygning, nemlig aragonit og calcit. Videnskabelige modeller tyder på, at havene er ved at blive undermættede med hensyn til aragonit ved polerne, hvor det kolde og tætte vand lettest absorberer atmosfærisk kuldioxid. Det forventes, at det sydlige ocean vil blive undermættet med hensyn til aragonit inden 2050, og problemet vil kunne brede sig til det subarktiske Stillehav inden 2100 (Orr et al., 2005).
Aragonitmætning aftager på højere breddegrader. Kilde: Kleypas et al., 2006.
En lille art af zooplankton, pteropoderne, der kaldes “havsommerfugle” på grund af de geléagtige vinger, de bruger til at svømme rundt med, er muligvis i fare. I et forsøg, hvor en pteropode blev nedsænket i havvand med lavt aragonitindhold, blev en del af organismens skal eroderet på kun to dage (Orr et al., 2005).
I løbet af hundreder af år og længere tid genopfyldes carbonat ionen i havet gennem kemisk forvitring af kalksten og døde dyr, såsom pteropoder, der bruger calciumcarbonat til at bygge deres skaller. Dannelsen og opløsningen af calciumcarbonat afhænger af vandets mætningstilstand (Ω), eller ionproduktet af calcium- og carbonatkoncentrationer. Opløselighedsproduktet i ligningen Ω = Ca2+ + CO3-2/K’sp afhænger af temperatur, saltindhold, tryk og det pågældende mineral. Skaldannelse sker normalt, når Ω er større end 1, mens opløsning sker, når Ω er mindre end 1.
Med tilstrækkelig tid opløses calciumcarbonat i store nok mængder til at bringe havenes pH-værdi tilbage til dens naturlige tilstand, hvilket kan være grunden til, at pH-værdien i fortiden ikke faldt så dramatisk, som de høje kuldioxidniveauer i fortiden kunne antyde.
Der er noget, der tyder på, at niveauerne af karbonat-ioner kan stige, når havene bliver varmere, men modeller tyder på, at dette kun vil kompensere for 10 procent af tabet af karbonat-ioner som følge af forsuring af havene (Orr et al, 2005).