Uttrycket ”ocean acidification” (försurning av haven) är inte helt korrekt; haven blir faktiskt mindre alkaliska. pH-värdet i havsvattnet på ytan har sjunkit från 8,2 till 8,1 (ett pH-värde på 7 är neutralt) på några hundra år, efter att ha varit konstant i miljontals år. En minskning med 0,1 pH-enheter kanske inte låter så mycket, men på den logaritmiska pH-skalan motsvarar det en 30-procentig ökning av surheten. Havsvattnets pH-värde beräknas sjunka ytterligare 0,3 till 0,4 enheter om koldioxidnivåerna når 800 ppm – ett av de scenarier som den mellanstatliga panelen för klimatförändringar räknar med till 2100 – vilket ökar nivåerna av vätejoner, H +, med 100 till 150 procent (Orr et al., 2005). Royal Society of Britain uppskattar att det kan ta ”tiotusentals år” innan oceanernas kemi återgår till förindustriella nivåer.
När koldioxid är löst i havsvatten reagerar den med vatten, H2O, för att bilda kolsyra, H2CO3: CO2 + H2O ↔ H2CO3. Kolsyra löser sig snabbt och bildar H+-joner (en syra) och bikarbonat, HCO3- (en bas). Havsvatten är naturligt mättat med en annan bas, karbonatjoner (CO3-2), som fungerar som en antacid för att neutralisera H+ och bilda mer bikarbonat. Nettoreaktionen ser ut så här: CO2 + H2O + CO3-2→ 2HCO3-
När karbonatjonen blir uttömd blir havsvattnet undermättat med avseende på två kalciumkarbonatmineraler som är viktiga för skalbyggandet, aragonit och kalcit. Vetenskapliga modeller tyder på att haven håller på att bli undermättade med avseende på aragonit vid polerna, där det kalla och täta vattnet lättast absorberar atmosfärisk koldioxid. Södra oceanen förväntas bli undermättad med avseende på aragonit år 2050, och problemet skulle kunna utvidgas till det subarktiska Stilla havet år 2100 (Orr et al., 2005).
Mättnaden av aragonit avtar vid högre latituder. Credit: Kleypas et al., 2006.
En liten art av zooplankton, pteropoden, som kallas ”havsfjärilar” på grund av de gelatinösa vingar de använder för att simma runt, kan vara i fara. I ett experiment där en pteropod sänktes ner i havsvatten med låga halter av aragonit, eroderades en del av organismens skal på så lite som två dagar (Orr et al., 2005).
Under hundratals år och längre tid fylls karbonatjonen i havet på genom kemisk vittring av kalkstenar och döda djur, som pteropoder, som använder kalciumkarbonat för att bygga sina skal. Bildandet och upplösningen av kalciumkarbonat beror på vattnets mättnadstillstånd (Ω), eller jonprodukten av kalcium- och karbonatkoncentrationer. Löslighetsprodukten i ekvationen Ω = Ca2+ + CO3-2/K’sp beror på temperatur, salthalt, tryck och det aktuella mineralet. Skalbildning sker vanligtvis när Ω är större än ett medan upplösning sker när Ω är mindre än ett.
Med tillräckligt med tid löses kalciumkarbonat upp i tillräckligt stora mängder för att återställa oceanernas pH-värde till sitt naturliga tillstånd, vilket kan vara anledningen till att pH-värdet i det förflutna inte sjönk så dramatiskt som de höga koldioxidnivåerna i det förflutna skulle kunna antyda.
Det finns vissa indikationer på att nivåerna av karbonatjoner skulle kunna öka när haven värms upp, men modeller tyder på att detta endast skulle kompensera för 10 procent av karbonatjonförlusten på grund av havsförsurning (Orr et al, 2005).