Le terme « acidification des océans » n’est pas tout à fait exact ; les océans deviennent en fait moins alcalins. Le pH de l’eau de mer de surface est passé de 8,2 à 8,1, (un pH de 7 est neutre) en quelques centaines d’années, après être resté constant pendant des millions d’années. Une baisse de 0,1 unité de pH peut ne pas sembler importante, mais sur l’échelle logarithmique du pH, elle se traduit par une augmentation de 30 % de l’acidité. Le pH de l’eau de mer devrait encore baisser de 0,3 à 0,4 unité si les niveaux de dioxyde de carbone atteignent 800 ppm – l’un des scénarios prévus par le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat d’ici 2100 -, ce qui entraînerait une augmentation de 100 à 150 % des niveaux d’ions hydrogène (H +) (Orr et al., 2005). Il pourrait falloir « des dizaines de milliers d’années » pour que la chimie des océans revienne aux niveaux préindustriels, estime la Royal Society of Britain.
Une fois dissous dans l’eau de mer, le CO2 réagit avec l’eau, H2O, pour former de l’acide carbonique, H2CO3 : CO2 + H2O ↔ H2CO3. L’acide carbonique se dissout rapidement pour former des ions H+ (un acide) et du bicarbonate, HCO3-(une base). L’eau de mer est naturellement saturée d’une autre base, l’ion carbonate (CO3-2) qui agit comme un antiacide pour neutraliser les H+, formant davantage de bicarbonate. La réaction nette ressemble à ceci : CO2 + H2O + CO3-2→ 2HCO3-
A mesure que l’ion carbonate s’épuise, l’eau de mer devient sous-saturée en ce qui concerne deux minéraux de carbonate de calcium vitaux pour la construction des coquillages, l’aragonite et la calcite. Les modèles scientifiques suggèrent que les océans deviennent sous-saturés en aragonite aux pôles, où les eaux froides et denses absorbent le plus facilement le dioxyde de carbone atmosphérique. L’océan Austral devrait devenir sous-saturé en aragonite d’ici 2050, et le problème pourrait s’étendre à l’océan Pacifique subarctique d’ici 2100 (Orr et al., 2005).
La saturation en aragonite diminue à des latitudes plus élevées. Crédit : Kleypas et al., 2006.
Une minuscule espèce de zooplancton, le ptéropode, appelé « papillon de mer » pour les ailes gélatineuses qu’il utilise pour se déplacer, pourrait être en danger. Dans une expérience qui a immergé un ptéropode dans de l’eau de mer à faible teneur en aragonite, une partie de la coquille de l’organisme a été érodée en seulement deux jours (Orr et al., 2005).
Pendant des centaines d’années et plus, l’ion carbonate dans l’océan est reconstitué par l’altération chimique de la roche calcaire et des animaux morts, comme les ptéropodes, qui utilisent le carbonate de calcium pour construire leur coquille. La formation et la dissolution du carbonate de calcium dépendent de l’état de saturation (Ω) de l’eau, ou du produit ionique des concentrations en calcium et en carbonate. Le produit de solubilité dans l’équation, Ω = Ca2+ + CO3-2/K’sp, dépend de la température, de la salinité, de la pression et du minéral particulier. La formation de la coquille se produit généralement lorsque Ω est supérieur à un, tandis que la dissolution se produit lorsque Ω est inférieur à un.
Avec suffisamment de temps, le carbonate de calcium se dissout en assez grande quantité pour ramener le pH des océans à son état naturel, ce qui pourrait expliquer pourquoi le pH dans le passé n’a pas chuté aussi dramatiquement que les niveaux élevés de dioxyde de carbone dans le passé pourraient le suggérer.
Il y a des indications selon lesquelles les niveaux d’ions carbonate pourraient augmenter à mesure que les océans se réchauffent, mais les modèles suggèrent que cela ne compenserait que 10 % de la perte d’ions carbonate due à l’acidification des océans (Orr et al, 2005).