Termin „zakwaszenie oceanu” nie jest całkowicie dokładny; oceany faktycznie stają się mniej zasadowe. pH powierzchniowej wody morskiej spadła z 8,2 do 8,1, (pH 7 jest neutralny) w ciągu kilkuset lat, po utrzymaniu stałej przez miliony lat. Spadek o 0,1 jednostki pH może nie wydawać się duży, ale w logarytmicznej skali pH przekłada się to na 30-procentowy wzrost kwasowości. Przewiduje się, że pH wody morskiej spadnie o kolejne .3 do .4 jednostki, jeśli poziom dwutlenku węgla osiągnie 800 ppm – jeden ze scenariuszy przewidywanych przez Międzyrządowy Zespół do spraw Zmian Klimatu do 2100 roku – podnosząc poziom jonów wodorowych, H +, o 100 do 150 procent (Orr et al., 2005). Royal Society of Britain szacuje, że powrót chemii oceanów do poziomu sprzed epoki przemysłowej może zająć „dziesiątki tysięcy lat”.
Po rozpuszczeniu w wodzie morskiej, CO2 reaguje z wodą, H2O, tworząc kwas węglowy, H2CO3: CO2 + H2O ↔ H2CO3. Kwas węglowy rozpuszcza się szybko tworząc jony H+ (kwas) i wodorowęglan, HCO3- (zasada). Woda morska jest naturalnie nasycona inną zasadą, jonem węglanowym (CO3-2), który działa jak środek zobojętniający, neutralizując jony H+, tworząc więcej wodorowęglanu. Reakcja netto wygląda następująco: CO2 + H2O + CO3-2→ 2HCO3-
Jak jon węglanowy zostaje uszczuplony, woda morska staje się niedonasycona w odniesieniu do dwóch minerałów węglanu wapnia niezbędnych do budowy muszli, aragonitu i kalcytu. Modele naukowe sugerują, że oceany stają się niedonasycone w odniesieniu do aragonitu na biegunach, gdzie zimne i gęste wody najłatwiej absorbują atmosferyczny dwutlenek węgla. Oczekuje się, że Ocean Południowy stanie się niedonasycony aragonitem do 2050 roku, a problem ten może objąć subarktyczny Pacyfik do 2100 roku (Orr i in., 2005).
Nasycenie aragonitem maleje na wyższych szerokościach geograficznych. Credit: Kleypas et al., 2006.
Mały gatunek zooplanktonu, pteropoda, nazywany „motylami morskimi” ze względu na galaretowate skrzydła, których używają do pływania, może być zagrożony. W eksperymencie, w którym zanurzono pteropoda w wodzie morskiej o niskim poziomie aragonitu, część skorupy organizmu uległa erozji w ciągu zaledwie dwóch dni (Orr i in., 2005).
Przez setki lat i dłużej, jon węglanowy w oceanie jest uzupełniany przez chemiczne wietrzenie skał wapiennych i martwych zwierząt, takich jak pteropody, które używają węglanu wapnia do budowy swoich muszli. Tworzenie i rozpuszczanie węglanu wapnia zależy od stanu nasycenia (Ω) wody, czyli iloczynu jonowego stężenia wapnia i węglanu. Iloczyn rozpuszczalności w równaniu, Ω = Ca2+ + CO3-2/K’sp, zależy od temperatury, zasolenia, ciśnienia i konkretnego minerału. Formowanie skorupy zwykle ma miejsce, gdy Ω jest większe od jedności, podczas gdy rozpuszczanie następuje, gdy Ω jest mniejsze od jedności.
W odpowiednim czasie węglan wapnia rozpuszcza się w wystarczająco dużych ilościach, aby przywrócić pH oceanów do stanu naturalnego, co może być powodem, dla którego pH w przeszłości nie spadło tak drastycznie, jak mógłby sugerować wysoki poziom dwutlenku węgla w przeszłości.
Istnieją pewne wskazania, że poziomy jonów węglanowych mogą rosnąć w miarę ocieplania się oceanów, ale modele sugerują, że to zrekompensuje tylko 10 procent utraty jonów węglanowych z powodu zakwaszenia oceanów (Orr i in., 2005).