Okeāna paskābināšanās ir ilgstošs process, kura laikā pasaules okeāna ūdens kļūst skābāks un tā pH vērtība pazeminās. Procesu galvenokārt izraisa okeāna spēja absorbēt atmosfērā esošo CO₂. Kopš industriālās jeb rūpnieciskās revolūcijas sākuma okeāna virsējo ūdeņu pH vērtības ir samazinājušās par aptuveni 0,1 vienību. Lai gan pH izmaiņas šķiet nelielas, pH skala ir logaritmiska, tādēļ šāds kritums atbilst aptuveni 26–30 % lielākam skābuma pieaugumam jeb ūdeņraža jona (H⁺) koncentrācijas pieaugumam. Zinātnieki okeāna pH līmeni uzrauga jau vairākus gadu desmitus, taču pastiprināta interese par okeāna paskābināšanās bioloģisko ietekmi radās tikai 21. gs. sākumā, kad zinātniskajā literatūrā tika ieviests termins “okeāna paskābināšanās” un īpaša uzmanība tika pievērsta tās ietekmei uz jūras ekosistēmām.

Daļa no atmosfērā esošā CO₂ izšķīst ūdens virsējā slānī. Izšķīdušais CO₂ reaģē ar ūdens molekulām un veido ogļskābi (H₂CO₃) [1], kas savukārt daļēji disociē un veido hidrogēnkarbonātus (HCO₃^-) un ūdeņraža jonus [2]. Brīvie ūdeņraža joni samazina ūdens pH, un ūdens kļūst skābāks. 

CO₂ + H₂O → H₂​CO₃  [1]

H₂​CO₃ ⇌ HCO₃^- + H⁺ [2] 

Daļa no brīvajiem ūdeņraža joniem reaģē ar ūdenī esošajiem karbonātjoniem (CO₃^2-), veidojot hidrogēnkarbonātus. Šī reakcija nepalielina ūdens skābumu, bet gan samazina ūdens organismiem pieejamo karbonātjonu saturu, kas ir svarīgi gliemju čaulu un citu organismu skeletu veidošanai. Tāpat, samazinoties karbonātjonu koncentrācijai okeāna ūdenī, pavājinās karbonātu bufersistēmas spēja neitralizēt papildu ūdeņraža jonus, padarot okeānu jutīgāku pret turpmākām pH izmaiņām.

CO₃^2- + H⁺ ⇌ HCO₃^-   [3]

Kopš 2001. gada pasaules okeāna virsmas ūdens pH līmenis samazinās vidēji par 0,0017 vienībām gadā, kas liecina par nepārtrauktu okeāna paskābināšanos.

Atmosfēra un virszemes ūdeņu augšējais slānis veido savstarpēji saistītu, dinamisku sistēmu, kurā nepārtraukti notiek CO₂ apmaiņa starp ūdens vidi un atmosfēru. Pie nemainīgām CO₂ koncentrācijām atmosfērā iestājas līdzsvars. Ja CO₂ koncentrācija atmosfērā pieaug, esošais līdzsvars tiek izjaukts, ūdenī izšķīst papildu CO₂ un tiek sasniegts jauns līdzsvara stāvoklis. Kopš industriālās revolūcijas sākuma CO₂ koncentrācija atmosfērā ir ievērojami pieaugusi, galvenokārt fosilā kurināmā (naftas, ogļu un dabasgāzes) izmantošanas un zemes lietojuma maiņas rezultātā (mežu izciršana). Salīdzinājumā ar pirmsindustriālo laikmetu, kad 1750. gadā CO₂ koncentrācija atmosfērā bija 280 miljonās daļas (parts per million, ppm), mūsdienās tā ir sasniegusi 420–430 ppm, pieaugot par aptuveni 50 %. Okeāns uzņem aptuveni 30 % no cilvēka darbības radītajām CO₂ emisijām, tādēļ, palielinoties CO₂ koncentrācijai atmosfērā, pieaug arī tā daudzums okeāna ūdeņos. Piemēram, pH vērtības samazināšanās par vienu vienību nozīmē desmitkārtīgu ūdeņraža jonu koncentrācijas pieaugumu, tādēļ šķīdums ar pH 4 ir desmit reizes skābāks nekā šķīdums ar pH 5 un simts reizes skābāks nekā šķīdums ar pH 6.

CO₂ ūdenī galvenokārt nonāk no atmosfēras, taču neliels daudzums tiek pienests arī fotosintēzes un elpošanas ceļā. Aļģes un citi primārie producenti uzņem CO₂ un izmanto to organisku savienojumu sintēzē, ko pēc tam kā barību izmanto zooplanktons un citi ūdens organismi. Daļēji CO₂ atkal atbrīvojas, organismiem elpojot, vai tad, kad tie iet bojā un notiek organisko vielu sadalīšanās process.

Kopējo izšķīdušo neorganisko oglekli okeānos veido CO₂, HCO₃^- un CO₃^2- koncentrāciju summa. Sadalījums starp šīm grupām ir atkarīgs no ūdens vides reakcijas (1. attēls). Normālos apstākļos okeānos dominējošā neorganiskā oglekļa forma ir hidrogēnkarbonāti. Tie sastāda ap 90 % no izšķīdušā neorganiskā oglekļa satura. Karbonāti veido ap 10 %, CO₂ – mazāk par 1 %. Pazeminoties ūdens vides pH, ķīmiskais līdzsvars karbonātu sistēmā pārbīdās hidrogēnkarbonātu virzienā, samazinot brīvi pieejamo karbonātjonu daudzumu. Karbonātjonu koncentrācijas samazināšanās var apgrūtināt čaulu un citu kalcija karbonāta struktūru veidošanos un stabilitāti kalcificējošiem jūras organismiem, piemēram, gliemenēm, koraļļiem, jūras ežiem un citiem.

Antropogēnā CO₂ uzņemšanas izraisītā okeāna paskābināšanās rada nopietnus draudus koraļļu rifu ekosistēmām. Pazemināta pH apstākļos samazinās koraļļu kalcifikācijas ātrums, tādēļ to skeletu augšana palēninās un struktūra kļūst mehāniski mazāk noturīga. Līdz ar to mazinās rifa telpiskā sarežģītība, kas samazina zivīm un bezmugurkaulniekiem pieejamās slēptuves un var negatīvi ietekmēt visa rifa ekosistēmu. Pētījumos prognozē, ka līdz gadsimta beigām okeāna vide var kļūt tik skāba, ka pat citādi veselīgi koraļļu rifi erodēs ātrāk, nekā tie spēs atjaunoties. Klimata modeļu prognozes rāda, ka, saglabājoties cilvēka radīto CO₂ emisiju pieaugumam, okeāna paskābināšanās process turpināsies arī 21. gs. gaitā, vēl vairāk samazinot karbonātjonu koncentrāciju un palielinot riskus jūras ekosistēmu stabilitātei un funkcionēšanai.

Dažādu jūras organismu spējas pielāgoties okeāna paskābināšanās radītajām izmaiņām ir atšķirīgas. Daļa sugu ir spējīgas pielāgoties, taču citām pieaug populāciju samazināšanās vai pat izzušanas risks. Pat ja jūras organismi spēj veidot čaulas un skeletus skābākā ūdenī, šim procesam var būt nepieciešams lielāks enerģijas patēriņš. Tādējādi samazinās enerģijas resursi citām dzīvībai svarīgām funkcijām, piemēram, augšanai un reprodukcijai.

Okeāna paskābināšanās var ietekmēt arī nekalcificējošu organismu fizioloģiju un uzvedību. Dažām zivju sugām skābākā ūdenī var pasliktināties spēja uztvert ķīmiskos signālus, tostarp atpazīt plēsējus un orientēties vidē. Tas var ietekmēt organismu izdzīvošanu un izraisīt pārmaiņas jūras organismu barības ķēdē un ekosistēmā kopumā. 

Klimata modeļu prognozes liecina: ja antropogēnās CO₂ emisijas netiks būtiski samazinātas, 21. gs. okeāna paskābināšanās process turpināsies. Tas nelabvēlīgi ietekmēs jūras organismu (piemēram, koraļļu, gliemju un atsevišķu planktona sugu) spēju veidot kalcija karbonāta struktūras. Šādas izmaiņas var vājināt jūras ekosistēmu stabilitāti un samazināt bioloģisko daudzveidību.

Okeāna paskābināšanās ietekmē visus pasaules okeānus, tostarp arī piekrastes ūdeņus, tomēr tās intensitāte dažādos reģionos nav vienāda. Visizteiktākās izmaiņas parasti ir novērojamas aukstajās okeānu daļās un piekrastes zonās, kur CO₂ šķīdība ir augstāka un ūdeņu buferkapacitāte bieži ir zemāka. Paskābināšanās radītās izmaiņas var negatīvi ietekmēt zivsaimniecību, akvakultūru un piekrastes ekonomiku, jo daudzās pasaules valstīs jūras produkti ir nozīmīgs iztikas avots.