İnsan faaliyetlerinin atmosfere saldığı karbondioksitten söz edildiğinde genellikle akla küresel ısınma gelir. Oysa bu gazın tamamı atmosferde kalmaz. Sanayi Devrimi'nden bu yana salınan karbondioksitin yaklaşık dörtte biri okyanuslar tarafından emilmiştir. Bu durum, ilk bakışta iyi bir haber gibi görünebilir; çünkü okyanuslar bu sayede ısınmanın bir kısmını üstlenmiştir. Ancak bu hizmetin bedeli, deniz suyunun kimyasının değişmesidir.

Karbondioksit deniz suyunda çözündüğünde suyla tepkimeye girerek karbonik asit oluşturur. Bu zayıf asit, suya hidrojen iyonları bırakır ve suyun asitliğini artırır. Bilim insanları bu sürece okyanus asitlenmesi adını verir. Asitlik, pH adı verilen bir ölçekle ifade edilir; pH değeri düştükçe asitlik artar. Okyanus yüzey sularının pH değeri, Sanayi Devrimi'nden bu yana yaklaşık 8,2'den 8,1'e gerilemiştir.

Bu değişim küçük görünebilir; ancak pH ölçeği logaritmiktir. Yani bir birimlik düşüş, asitliğin on kat artması anlamına gelir. Onda birlik bir düşüş ise suyun asitliğinin yaklaşık yüzde otuz artması demektir. Bilim insanları, salımlar bu hızla sürerse yüzyılın sonunda okyanusların bugünkünden çok daha asidik olabileceğini tahmin etmektedir. Bu hız, gezegenin geçmişinde benzerine az rastlanan bir değişimi temsil eder. Jeolojik kayıtlar, geçmişte de okyanus kimyasının değiştiği dönemler olduğunu gösterir; ancak bu değişimler genellikle binlerce yıla yayılmış ve canlılara uyum sağlamak için zaman tanımıştır.

Burada önemli bir noktayı belirtmek gerekir. Okyanuslar asitleşmekle birlikte, kimyasal anlamda asidik hâle gelmiş değildir; pH değeri hâlâ yediden büyüktür ve deniz suyu hafif bazik özelliğini korur. "Asitlenme" kavramı, bir son noktayı değil, asitliğe doğru bir kaymayı ifade eder. Ancak deniz canlıları için önemli olan mutlak değer değil, alışık oldukları koşullardan ne kadar uzaklaştıklarıdır.

Asitlenmenin en doğrudan etkisi, kabuk ve iskelet oluşturan canlılar üzerinde görülür. Mercanlar, midyeler, istiridyeler, deniz kestaneleri ve bazı mikroskobik planktonlar, kabuklarını deniz suyundaki karbonat iyonlarını kullanarak kalsiyum karbonattan inşa eder. Suyun asitliği arttıkça karbonat iyonlarının miktarı azalır. Bu da canlıların kabuklarını yapmak için daha fazla enerji harcamasına neden olur.

Asitlik belirli bir düzeyi aştığında, mevcut kabuklar bile çözünmeye başlayabilir. Laboratuvar deneylerinde, ileride beklenen asitlik koşullarına maruz bırakılan bazı deniz salyangozlarının kabuklarının birkaç hafta içinde incelip delindiği gözlenmiştir. Kuzey Amerika'nın batı kıyısındaki bazı istiridye çiftliklerinde, asitli suların yükseldiği dönemlerde yavru istiridyelerin büyük kayıplara uğradığı bildirilmiştir.

Bu küçük canlıların başına gelenler, bütün okyanus besin ağını etkileyebilir. Kabuklu planktonlar, balıkların, balinaların ve deniz kuşlarının beslendiği besin zincirinin temelinde yer alır. Bu canlıların azalması, zincirin üst halkalarına doğru yayılan zincirleme etkilere yol açabilir. Mercan resiflerinin, ısınmanın yanı sıra asitlenme nedeniyle de zayıflaması, binlerce türün yaşam alanını tehdit etmektedir.

Asitlenmenin etkileri yalnızca kabuklu canlılarla sınırlı değildir. Bazı araştırmalar, asitli sularda büyüyen balık yavrularının koku alma ve tehlikeyi algılama yeteneklerinin bozulabildiğini göstermiştir. Bu yavruların yırtıcı kokusuna tepki vermediği, hatta ona yöneldiği gözlenmiştir. Ancak bu bulguların bir kısmı sonraki çalışmalarda tekrarlanamamış ve bilim dünyasında tartışmalara yol açmıştır. Konu üzerindeki araştırmalar sürmektedir.

Her canlı asitlenmeden aynı ölçüde etkilenmez. Bazı deniz bitkileri ve algler, fotosentez için kullandıkları karbondioksitin artmasından fayda sağlayabilir. Bazı türlerin değişen koşullara uyum sağlayabildiği de gözlenmektedir. Ancak bilim insanları, değişimin hızının pek çok türün uyum kapasitesini aşabileceğinden endişe etmektedir. Ekosistemlerde kazananlar ve kaybedenler ortaya çıktıkça, okyanusların bugünkü dengesi değişebilir.

Okyanus asitlenmesi, çoğu zaman iklim değişikliğinin gölgesinde kalan, ama en az onun kadar ciddi bir sorundur. Bazı bilim insanları onu "iklim değişikliğinin kötü ikizi" olarak adlandırır. İki sorunun kaynağı aynıdır: atmosfere salınan karbondioksit. Bu nedenle çözüm de ortaktır; fosil yakıt kullanımını azaltmak, her iki sorunu da aynı anda hafifletecektir.

Okyanuslar, gezegenin en büyük karbon yutağı olarak insanlığa uzun süredir sessiz bir hizmet sunmaktadır. Ancak bu hizmetin sınırsız olmadığı, denizlerin kimyasındaki değişimle giderek daha açık biçimde ortaya çıkmaktadır.