Der Begriff „Versauerung der Ozeane“ ist nicht ganz zutreffend; die Ozeane werden tatsächlich weniger alkalisch. Der pH-Wert des Meerwassers an der Oberfläche ist in wenigen hundert Jahren von 8,2 auf 8,1 gesunken (ein pH-Wert von 7 ist neutral), nachdem er über Millionen von Jahren konstant geblieben war. Ein Rückgang um 0,1 pH-Einheiten mag nicht viel klingen, aber auf der logarithmischen Skala des pH-Wertes entspricht dies einem Anstieg des Säuregehalts um 30 %. Es wird prognostiziert, dass der pH-Wert des Meerwassers um weitere 0,3 bis 0,4 Einheiten sinken wird, wenn der Kohlendioxidgehalt 800 ppm erreicht – eines der Szenarien, die der Zwischenstaatliche Ausschuss für Klimaänderungen bis zum Jahr 2100 prognostiziert – und der Gehalt an Wasserstoffionen, H+, um 100 bis 150 Prozent ansteigt (Orr et al., 2005). Die Royal Society of Britain schätzt, dass es „Zehntausende von Jahren“ dauern könnte, bis die Chemie der Ozeane wieder das vorindustrielle Niveau erreicht hat.
Im Meerwasser gelöst, reagiert CO2 mit Wasser, H2O, und bildet Kohlensäure, H2CO3: CO2 + H2O ↔ H2CO3. Die Kohlensäure löst sich schnell auf und bildet H+-Ionen (eine Säure) und Bicarbonat, HCO3- (eine Base). Das Meerwasser ist von Natur aus mit einer anderen Base gesättigt, dem Karbonat-Ion (CO3-2), das wie ein Antisäuremittel wirkt, um die H+-Ionen zu neutralisieren und mehr Bikarbonat zu bilden. Die Nettoreaktion sieht wie folgt aus: CO2 + H2O + CO3-2→ 2HCO3-
Wenn das Karbonat-Ion abnimmt, wird das Meerwasser in Bezug auf zwei für die Muschelbildung wichtige Kalziumkarbonat-Mineralien, Aragonit und Kalzit, übersättigt. Wissenschaftliche Modelle deuten darauf hin, dass die Ozeane an den Polen, wo das kalte und dichte Wasser das atmosphärische Kohlendioxid am leichtesten absorbiert, an Aragonit übersättigt sind. Es wird erwartet, dass der Südliche Ozean bis 2050 in Bezug auf Aragonit übersättigt sein wird, und das Problem könnte sich bis 2100 auf den subarktischen Pazifik ausweiten (Orr et al., 2005).
Die Sättigung mit Aragonit nimmt in höheren Breitengraden ab. Credit: Kleypas et al., 2006.
Eine winzige Zooplanktonart, der Pteropode, der wegen seiner gallertartigen Flügel, mit denen er umherschwimmt, auch „Seeschmetterling“ genannt wird, könnte in Gefahr sein. In einem Experiment, bei dem ein Pteropode in Meerwasser mit niedrigem Aragonitgehalt getaucht wurde, wurde ein Teil der Schale des Organismus in nur zwei Tagen erodiert (Orr et al., 2005).
Im Laufe von Hunderten von Jahren und länger wird das Karbonat-Ion im Ozean durch die chemische Verwitterung von Kalkgestein und toten Tieren, wie Pteropoden, die Kalziumkarbonat zum Aufbau ihrer Schalen verwenden, wieder aufgefüllt. Die Bildung und Auflösung von Kalziumkarbonat hängt vom Sättigungszustand (Ω) des Wassers bzw. dem Ionenprodukt aus Kalzium- und Karbonatkonzentration ab. Das Löslichkeitsprodukt in der Gleichung Ω = Ca2+ + CO3-2/K’sp ist abhängig von Temperatur, Salzgehalt, Druck und dem jeweiligen Mineral. Die Schalenbildung erfolgt in der Regel, wenn Ω größer als 1 ist, während die Auflösung erfolgt, wenn Ω kleiner als 1 ist.
Mit der Zeit löst sich Kalziumkarbonat in ausreichenden Mengen, um den pH-Wert der Ozeane in seinen natürlichen Zustand zurückzuführen, was der Grund dafür sein könnte, dass der pH-Wert in der Vergangenheit nicht so dramatisch gesunken ist, wie die hohen Kohlendioxidwerte in der Vergangenheit vermuten lassen.
Es gibt einige Anzeichen dafür, dass der Karbonat-Ionen-Gehalt mit der Erwärmung der Ozeane ansteigen könnte, aber Modelle deuten darauf hin, dass dies nur 10 Prozent des Karbonat-Ionen-Verlustes aufgrund der Ozeanversauerung ausgleichen würde (Orr et al., 2005).