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海洋酸性化とは、海水のpHが長期にわたって低下する現象で、主に人間活動で排出された二酸化炭素を海洋が吸収することで起こります。BGC Argoでは、pHの鉛直分布とサイクルごとの変化を調べられます。NOAAの海洋酸性化の解説（英語）では、全球的な変化の仕組みを説明しています。
二酸化炭素が溶けるとpHが下がる理由
海水に二酸化炭素が溶けると、炭酸、炭酸水素イオン、炭酸イオン、水素イオンが関わる一連の反応が起こります。CO₂が増えると反応の釣り合いが変わり、水素イオンが増えてpHが下がります。水素イオンの一部は炭酸イオンと反応して炭酸水素イオンになるため、炭酸カルシウムの殻や骨格の材料となる炭酸イオンも減ります。NOAAの海水の化学に関する解説（英語）に、これらの反応が示されています。
「酸性化」は変化の方向を表す言葉であり、pHが7を下回ることが条件ではありません。また、生物への影響がpH 7を境に一律に変わるわけでもなく、海水がアルカリ性の範囲にあっても、炭酸系の変化によって影響を受ける生物がいます。
pHは対数で表すため、数値の差がそのまま水素イオンの増減割合になるわけではありません。同じpHスケールを使い、比較できる条件がそろっていれば、pHが1下がると、そのスケールで表す水素イオンの量は10倍になります。仮に8.1から8.0へ下がったとすると、10^0.1、つまり約1.26倍で、約26%の増加に相当します。NOAA AOMLの解説（英語）でも、pHの差と水素イオンの増減の関係が説明されています。
pHが低い層はどうしてできるのか
光の届く層より下では、沈んできた有機物が生物によって分解されます。酸素を使う呼吸に伴って、溶存無機炭素が海水へ戻るため、pHが下がることがあります。一方、光の届く上層での光合成は、炭素を取り込んでpHを上げる方向に働きます。さらに、混合、海流、湧昇によって化学的な性質の異なる水が運ばれ、水温や圧力もpHの値に影響します。
こうした過程によって、海面下にpHの低い層ができることがよくありますが、その分布は海盆によって異なります。気象庁の海洋酸性化の解説には、北西太平洋亜熱帯域で観測された平均的な鉛直分布が掲載されています。短い時間スケールで働く生物・物理過程については、BGC ArgoのpH解説（英語）も参考になります。
pHの低い層で酸素も少なければ、呼吸による酸素の消費や、その水が過去にどの程度換気されたかが関係している可能性があります。ただし、その組み合わせだけで、人間活動に由来する炭素がどれだけ含まれるかまでは分かりません。酸素の鉛直分布の仕組みは、海の中の酸素はどこに多い？で説明しています。
深さの違い、短期変動、長期変化を区別する
二つの値を比べる前に、深さ、時刻、場所のどの条件が異なるかを確かめます。条件によって、値の差の解釈も変わります。
上から、深さによるpHの違い、短期変動、長期変化。破線は長期的な傾向を表します。
前後のサイクルでは観測位置も変わる
漂流するフロートは、次のサイクルまでに前線を横切ったり、別の水塊に入ったりすることがあります。pHの曲線全体が低い側へ移っても、場所の違い、季節変化、測定品質の変化などが関わっている可能性があるため、軌跡と水温・塩分のプロファイルを確認してから解釈します。
長期的な変化には比較条件のそろったデータが必要
酸性化の速度を求めるには、測定品質が確認され、観測条件をそろえて比較できる長期間のデータが必要です。季節ごとの観測の偏り、欠測、測定機器や観測位置の変更、求めた傾向の不確かさも考慮します。必要な観測期間を一律に「何年」と決めることはできません。Suttonほかによる時系列解析の研究（英語）では、自然変動や観測方法が、長期変化の検出に与える影響を調べています。
実際の長期観測例として、気象庁の解説では、東経137度線で1983〜2007年に行われた船舶観測に基づく表面海水のpHの平均変化率を紹介しています。10年あたりの変化は冬季に−0.018 ± 0.002、夏季に−0.013 ± 0.005でした。海域や観測の条件は、気象庁の解説と掲載されている原著論文で確認できます。
pHスケールと水温・圧力の条件を確かめる
BGC Argoの変数PH_IN_SITU_TOTALは、現場の水温・圧力における全スケールのpHです。測定にはイオンに感応する半導体センサーが使われ、同時に得られる物理データとともに処理されます。BGC Argoの測定方法の解説（英語）に、報告条件が明記されています。
全スケールは、自由な水素イオンに加え、硫酸水素イオンとして存在する水素も考慮する、海水用のpHの表し方です。ほかにも異なるpHスケールがあるため、どちらも「pH」と表記されていても、スケールが異なる値をそのまま比べることはできません。
また、現場条件でのpHは、その水を測った場所の状態を表します。実験室で一定の水温にそろえて測ったpHや、基準圧力へ換算したpHとは、比較の条件が異なります。溶存無機炭素と全アルカリ度が同じでも、水温や圧力が変わればpHは変わるため、換算には炭酸系の情報と適切な平衡定数が必要です。一定の値を足し引きするだけでは、条件をそろえられません。NOAAが公開する炭酸系の計算手法の報告書（英語）で、pHスケールや、pHと水温・圧力の関係を確認できます。
炭酸イオン濃度や、炭酸カルシウムの結晶の一種であるアラゴナイトの飽和度を計算するには、通常、全アルカリ度など、もう一つの独立した炭酸系変数が必要です。加えて、水温、塩分、圧力、関係する化学成分も用います。全アルカリ度を実測せず推定する場合には、その推定に伴う仮定と不確かさが加わります。炭酸系の計算については、NOAAの海洋炭素・酸性化データシステム（英語）も参考になります。
品質情報はpHについて個別に確認する
BGC変数の処理状況は、変数ごとに異なります。同じプロファイルでも、酸素は遅延モードの確認を終えていて、pHは終えていない場合があるため、PARAMETER_DATA_MODEのpHに対応する項目を確認します。Rはリアルタイム、Aはリアルタイム補正済み、Dは遅延モードを表します。
pHがAまたはDなら、PH_IN_SITU_TOTAL_ADJUSTEDと、その値に対応する_ADJUSTED_QC、提供されていれば_ADJUSTED_ERRORを確認します。補正済みの値に生データの品質管理フラグを組み合わせたり、補正済み変数があるというだけで、すべての深さの値が使えると判断したりしないようにします。この変数ごとの確認手順は、BittigほかによるBGC Argoガイド（英語）に示されています。
小さな差を比べるときには、センサーのずれや、時間とともにずれが変化するドリフトも無視できません。補正済み値がないという理由だけで、生データから酸性化を結論付けることはできません。BGC Argoのデータ管理方針（英語）では、科学的な利用の前に補正が必要になることを説明し、pHの処理・品質管理マニュアルを案内しています。品質情報の基本とOceanGraphの選択ルールは、Argoデータの品質管理ガイドで確認できます。
OceanGraphでpHの鉛直分布を確かめる
OceanGraphでは、プロファイルと時系列鉛直断面でpH (total scale, in situ)を表示できます。
- 海域、日付、WMO IDから検索する。必要に応じてOnly profiles with BGCを使います。この条件は対応するBGC変数を一つ以上含むことを意味するため、pH自体があるかを別に確かめます。
- グラフを開き、pHを水温・塩分や酸素のプロファイルと比べる。日付、位置、WMO ID、サイクル番号を確認し、特徴がどの圧力範囲に現れるかを調べます。
- 軌跡上で前後のサイクルを確認する。断面を表示できる場合は繰り返し現れる構造を探し、個々のプロファイルへ戻って詳しく見ます。
- 小さな差や傾向を計算する前に元のArgoデータを確認する。pHスケール、処理状況、品質管理フラグ、不確かさを調べます。
表示されるpHの桁数は、測定精度を表すものではありません。データの処理や表示の詳しい条件は、Data Filtering Policy（英語）とデータの制約（英語）で確認できます。
プロファイルの選び方はSearch and Bookmark（英語）、一連のプロファイルの表示方法はTrajectory and Time-Series Vertical Section（英語）で確認できます。pHと一緒に見る変数を選ぶ際には、BGC Argoは何を測る？も参照してください。
