vignette|upright=1.7|Variation du pH à la surface des océans provoquée par le d'origine anthropique entre les années 1700 et les années 1990. vignette|upright=1.7|Effets : Réduction estimée de la concentration en ions carbonates () dans les eaux de surface entre les années 1700 et les années 1990.
L'acidification des océans est la diminution progressive du pH des océans. Il a été estimé que de 1950 à 2021, le pH des eaux superficielles des océans a diminué, passant de 8,15 à 8,05. . C'est « l'autre problème ». induit par l'augmentation des émissions de dioxyde de carbone () d'origine anthropique dans l'atmosphère.
Selon les modèles biogéochimiques disponibles, d'importants changements dans la chimie et la biochimie océaniques sont à attendre., de même que des impacts délétères sur les écosystèmes. Les effets sur les récifs coralliensMunday PL, Jones GP, Pratchett MS, Williams AJ (2008) Climate change and the future for coral reef fishes. Fish Fish 9:261–285. sont très étudiés (dont en mésocosmes Leclercq N, Gattuso J-P, Jaubert J (2002) Primary production, respiration, and calcification of a coral reef mesocosm under increased partial pressure. Limnol Oceanogr 47:558–564.) et les plus médiatisés, mais d'autres effets existent et sont attendus dans la plupart des milieux aquatiques. Selon l'Organisation météorologique mondiale (OMM), cette acidification pourrait en partie expliquer l'augmentation annuelle record du taux de dans l'atmosphère mesurée en 2013, et donc contribuer au dérèglement climatique. Selon les données réunies par l’OMM en 2013-2014, l'océan mondial absorbe actuellement un quart environ des émissions anthropiques de , soit environ de par jour et par personne (c'est-à-dire près de 22 millions de tonnes de absorbée par jour de manière globalisée)... Cet effet « pompe à carbone » contribue fortement à réduire la quantité de de l’atmosphère, dont le issu des combustibles fossiles, mais cette capacité semble se dégrader en raison des effets combinés du réchauffement et de l'acidification qui affectent la production et la fixation de carbonates marins (principal puits de carbone planétaire) The State of Greenhouse Gases in the Atmosphere Based on Global Observations through 2013, consulté 2014-09-11, voire notamment le chapitre “Ocean acidification”, .. Selon l'OMM, le pompage océanique du carbone est déjà réduit en 2013 à 70 % de ce qu'il était au début de l'ère industrielle et il pourrait s'affaiblir jusqu'à 20 % d'ici 2100, tandis que, selon les données paléoenvironnementales disponibles, l'acidification des océans suit actuellement un rythme inédit durant les trois-cents derniers millions d'années et ne pourra qu'accélérer encore jusque 2050 (et au-delà si d'importants efforts de mitigation ne sont pas entrepris).
Le rapport 2014 du GIEC puis celui de l'OMM ne décèlent d'ailleurs pas d'amélioration en tendance de la concentration croissante du dans l'air, et .
En 2025, l'acidification des océans est la septième des neuf limites planétaires à être franchie. d'après les travaux du Stockholm Resilience Centre..
Causes Cette acidification a au moins trois causes anthropiques identifiées : l'absorption de dioxyde de carbone atmosphérique dont le taux augmente (cette augmentation est en grande partie d'origine anthropique)Il est à noter qu'en théorie ce sont bien principalement les émissions de qui sont en cause, ou les apports accélérés d'eau douce, et à titre nettement moindre le réchauffement climatique : selon The State of Greenhouse Gases in the Atmosphere Based on Global Observations through 2013 selon l'OMM en 2014 (voir page 4), l'effet du réchauffement sur la vitesse et l'importance de l'acidification représente un peu moins de 10 % de celui de l'augmentation du taux de , et d'importants apports d’eau douce et froide issus de la fonte des glaces pourraient accélérer et aggraver l'acidification et ses effets écologiques et climatiques.. C'est la première cause identifiée, et probablement la plus importante ; l'absorption par l'océan de pluies ou d'eaux météoriques ou de ruissellement acidifiées par divers composés azotés anthropiques dits azote réactif. Ces composés sont notamment issus (directement ou indirectement par photochimie) de la circulation motorisée, de l'agriculture et du chauffage qui dégagent des oxydes d'azote, source d'acide nitreux et d'acide nitrique qui contaminent l'atmosphère puis les mers via les pluies et les cours d'eau. Les analyses isotopiques montrent que l'humain a plus que doublé la quantité d'azote réactif (Nr) annuellement entrant dans la biosphère, essentiellement à partir de 1895 ± 10 ans (± 1 pour l'écart-type) avec une forte augmentation dans les années 1960 à 2010, principalement dans l'hémisphère NordGordon W. Holtgrieve (2011) “A Coherent Signature of Anthropogenic Nitrogen Deposition to Remote Watersheds of the Northern Hemisphere” Science Magazine 16 décembre 2011: 1545-1548 (résumé). ; l'absorption de composés soufrés issus des combustibles fossiles (pétrole, charbon, gaz). Le soufre, lors de la combustion se transforme en effet en dioxyde de soufre, source d'acide sulfureux et d'acide sulfurique. La plupart des navires de marine marchande et de marine de guerre utilisent encore des combustibles lourds très polluants et notamment sources d'aérosols soufrés. Ils sont une source importante d'aérosols atmosphériques.
Ces trois facteurs associés pourraient avoir des effets environnementaux synergiques, et acidifient les eaux côtières plus rapidement que ne le prévoyaient les premières modélisations.
Environ six téramoles d'azote actif (et deux téramoles de soufre) seraient annuellement injectées dans l’atmosphère, ce qui est bien moins que les 700 téramoles de , selon une étude récente pilotée par (Institut océanographique de Woods Hole, Massachusetts, USA). Cet azote aurait sur certains littoraux un impact équivalent à 10 à 50 % de celui du . L'océan lointain est moins touché, mais les zones côtières et proches du plateau continental sont largement les plus importantes pour l'Homme (pêche, activité économique et touristique).
Il semble de plus que les estuaires et les zones mortes ne remplissent plus leur rôle de puits de carbone, et que l'acidification est un phénomène qui puisse — parfois (comme dans le cas du drainage minier acide) et dans une certaine mesure — s'autoentretenir.
Perturbation du cycle du carbone Dans le cycle du carbone naturel, la concentration de dioxyde de carbone () représente un équilibre de flux entre les océans, la biosphère terrestre, et l'atmosphère. L'usage de combustibles fossiles et notamment la production de ciment entraînent un nouveau flux de dans l'atmosphère. Une partie reste dans l'atmosphère, une autre partie est absorbée par les plantes terrestres, et une dernière partie d'environ 25 % est absorbée par les océans.
Quand le se dissout, il réagit avec l'eau pour former un équilibre d'espèces chimiques ioniques et non ioniques : dioxyde de carbone libre dissous (très partiellement hydraté en acide carbonique dissous ), bicarbonate − et carbonate 2−. La proportion de ces espèces dépend principalement de l'alcalinité de l'eau et secondairement de facteurs tels que la température et la salinité de l'eau de mer qui décline localement (là où les glaces ou glaciers fondent rapidement). (voir l'article Solubility pump consacré à la pompe de solubilité de l'océan).
Une idée courante est que la perte de capacité de biominéralisation des organismes à squelette ou coquille calcaire serait principalement due à un manque d'ion carbonate, mais les recherches récentes suggèrent que, c'est plus probablement la réduction du pH de l'eau de mer (c'est-à-dire l'augmentation du taux de protons [H+]) qui est le facteur le plus direct des difficultés de calcification apparues chez ces organismes. Trop de protons dans l'eau modifie les équilibres osmotiques et empêchent la plupart de ces organismes de maintenir leur homéostasie du pHTyler Cyronak1, Kai G. Schulz et Paul L. Jokiel (2015) The Omega myth : what really drives lower calcification rates in an acidifying ocean Oxford Journals ; Science & Mathematics ; ICES Journal of Marine Science ; , , . Publié en ligne le 21 mai 2015.. Le manque d'ions carbonate est aussi en jeu, car le coût énergétique de la calcification augmente quand la saturation de l'eau en carbonates diminue George G. Waldbusser, Burke Hales et Brian A. Haley (2016), Calcium carbonate saturation state: on myths and this or that stories ; ICES J. Mar. Sci. (Fev/Mars 2016) 73 (3): 563-568. doi: 10.1093/icesjms/fsv174, mis en ligne le 13 décembre 2015 (résumé)..
Perturbation du cycle de l'azote
Au niveau planétaire, l'apport anthropique d'azote n'influence quantitativement que modestement l'acidification de l'océan (loin derrière le ). Mais près des côtes, où l'on trouve une grande partie de la biodiversité marine (dont une partie est une ressource alimentaire), les apports anthropogéniques de soufre et d'azote (0,8 Tmol/an de soufre réactif et 2,7 Tmol/an d'azote réactif au tout début du ) sont très importants, et leurs effets acidifiants plus sérieux. Des apports d'azote atmosphérique vers l'océan sont en outre aussi en forte augmentation, dont dans le nord-ouest du PacifiqueTae-Wook Kim1, Kitack Lee, Raymond G. Najjar, Hee-Dong Jeong, Hae Jin Jeong(2011)Increasing N Abundance in the Northwestern Pacific Ocean Due to Atmospheric Nitrogen Deposition Science 334 (6055) 505-509, 28 Oct. 2011: Online September 22 2011 ; Vol. 334 no. 6055 ; DOI: 10.1126/science.1206583..
Dans l'hémisphère nord, le bilan des entrées de ces deux éléments dans les couches supérieures de l'océan est clairement acidifiant.
Sous les tropiques, il est initialement plutôt basique, mais in fine acidifiant en raison du taux de transformation de l'ammoniac en nitrate dans l'écosystème. Sur la planète, le bilan final est presque partout acidifiant et il réduit sur les littoraux la quantité de que l'océan peut dissoudre.
Ailleurs, on a constaté que dans des parties oligotrophes (pauvres en éléments nutritifs) de l'océan certaines cyanobactéries fixatrices d'azote et responsables de blooms bactériens, comme celles du genre Trichodesmium profitent du taux accru de et deviennent l'origine d'une partie importante de la productivité primaire de l'océan, au détriment des espèces animales à coquille ou squelette calcaire. Là, une forte augmentation de la fixation de carbone et d'azote est constatée (traduite dans le rapport C/NHutchins , 2007, Barcelos e Ramos , 2007.. En Baltique et dans l'estuaire australien de Peel-Harvey, une microalgue filamenteuse (Nodularia spumigena) se comporte de la même manière Sellner, K. G. (1997) Physiology, ecology, and toxic properties of marine cyanobacteria blooms, Part 2: The ecology and oceanography of harmful algal blooms, Limnol. Oceanogr., 42, 1089-1104.J. Czerny, J. Barcelos e Ramos, et U. Riebesel (2009) Influence of elevated CO2 concentrations on cell division and nitrogen fixation rates in the bloom-forming cyanobacterium Nodularia spumigena ; Biogeosciences, 6, 1865–1875, 2009 www.biogeosciences.net/6/1865/2009./. À 750 ppmv de , les taux de fixation de ont augmenté de 15 à 128 % et des taux de fixation de ont augmenté de 35-100 % par rapport aux conditions actuelles de , pendant la journéeHutchins , 2007.. Le caractère « hétérocyste » ou « non hétérocyste » de l'espèce pourrait expliquer certaines adaptation ou tolérance à l'acidification de l'eau.