A poluição marinha ocorre como resultado do derrame no mar de partículas, produtos químicos, resíduos resultantes da atividade agrícola, comercial, industrial ou residencial e ainda da disseminação de organismos invasivos que trazem efeitos negativos ou potencialmente negativos para o ecossistema.
Os produtos químicos potencialmente tóxicos podem aderir a pequenas partículas, facilmente ingeridas por plâncton e pequenos animais, que se alimentam por filtração. Assim, as toxinas entram na cadeia alimentar dos oceanos, podendo atingir altos níveis de contaminação. As partículas também podem igualmente sofrer alterações químicas e matemáticas, alterando os níveis de oxigénio e provocando um grave estado anóxico no ambiente, em especial nos estuários.
Os navios são uma fonte de poluição das águas, sendo o mais evidente os derrames de petróleo que podem ter efeitos devastadores. Os hidrocarbonetos aromáticos policíclicos são tóxicos para a vida marinha, e muito difíceis de limpar.
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