Expresia „acidificare a oceanelor” nu este în întregime corectă; oceanele devin de fapt mai puțin alcaline. pH-ul apei marine de suprafață a scăzut de la 8,2 la 8,1, (un pH de 7 este neutru) în câteva sute de ani, după ce a rămas constant timp de milioane de ani. O scădere de 0,1 unități de pH poate părea puțin, dar pe scara logaritmică a pH-ului se traduce printr-o creștere de 30% a acidității. Se estimează că pH-ul apei de mare va scădea cu încă 0,3 până la 0,4 unități în cazul în care nivelurile de dioxid de carbon vor atinge 800 ppm – unul dintre scenariile prevăzute de Grupul interguvernamental de experți privind schimbările climatice până în 2100 – crescând nivelurile de ioni de hidrogen, H +, cu 100 până la 150% (Orr et al., 2005). Ar putea dura „zeci de mii de ani” pentru ca chimia oceanelor să revină la nivelurile preindustriale, estimează Royal Society of Britain.
După ce este dizolvat în apa de mare, CO2 reacționează cu apa, H2O, pentru a forma acid carbonic, H2CO3: CO2 + H2O ↔ H2CO3. Acidul carbonic se dizolvă rapid pentru a forma ioni H+ (un acid) și bicarbonat, HCO3-(o bază). Apa de mare este saturată în mod natural cu o altă bază, ionul carbonat (CO3-2), care acționează ca un antiacid pentru a neutraliza H+, formând mai mult bicarbonat. Reacția netă arată în felul următor: CO2 + H2O + CO3-2→ 2HCO3-
Pe măsură ce ionul carbonat se epuizează, apa de mare devine subsaturată în ceea ce privește două minerale de carbonat de calciu vitale pentru construirea cochiliei, aragonitul și calcita. Modelele științifice sugerează că oceanele devin subsaturate în ceea ce privește aragonitul la poli, unde apele reci și dense absorb cel mai ușor dioxidul de carbon atmosferic. Se așteaptă ca Oceanul Sudic să devină subsaturat în ceea ce privește aragonitul până în 2050, iar problema s-ar putea extinde în Oceanul Pacific subarctic până în 2100 (Orr et al., 2005).
Saturația de aragonit scade la latitudini mai mari. Credit: Kleypas et al., 2006.
O specie minusculă de zooplancton, pteropodul, numit „fluturi de mare” pentru aripile gelatinoase pe care le folosesc pentru a înota, ar putea fi în pericol. Într-un experiment care a scufundat un pteropod în apă de mare cu niveluri scăzute de aragonit, o parte din cochilia organismului s-a erodat în doar două zile (Orr et al., 2005).
De-a lungul a sute de ani și chiar mai mult, ionul de carbonat din ocean se reface prin alterarea chimică a rocilor calcaroase și a animalelor moarte, cum ar fi pteropodele, care folosesc carbonatul de calciu pentru a-și construi cochiliile. Formarea și dizolvarea carbonatului de calciu depind de starea de saturație (Ω) a apei, sau de produsul ionic al concentrațiilor de calciu și carbonat. Produsul de solubilitate din ecuația, Ω = Ca2+ + CO3-2/K’sp, depinde de temperatură, salinitate, presiune și de mineralul respectiv. Formarea cochiliei are loc, de obicei, atunci când Ω este mai mare de unu, în timp ce dizolvarea are loc atunci când Ω este mai mic de unu.
Cu suficient timp, carbonatul de calciu se dizolvă în cantități suficient de mari pentru a readuce pH-ul oceanelor la starea sa naturală, ceea ce poate fi motivul pentru care pH-ul din trecut nu a scăzut atât de dramatic pe cât ar putea sugera nivelurile ridicate de dioxid de carbon din trecut.
Există unele indicii că nivelurile de ion carbonat ar putea crește pe măsură ce oceanele se încălzesc, dar modelele sugerează că acest lucru ar compensa doar 10% din pierderea de ion carbonat cauzată de acidificarea oceanelor (Orr et al., 2005).