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Sono molte le cause che contribuiscono a sviluppare l’inquinamento dell’acqua. Gli scarichi industriali contengono una gran quantità di inquinanti e la loro composizione varia a secondo del tipo di processo produttivo. Il loro impatto sull'ambiente è complesso: spesso le sostanze tossiche contenute in questi scarichi rinforzano reciprocamente i propri effetti dannosi e quindi il danno complessivo risulta maggiore della somma dei singoli effetti. I fertilizzanti chimici usati in agricoltura e i liquami prodotti dagli allevamenti sono ricchi di sostanze organiche che, dilavate dalla pioggia, vanno a riversarsi nelle falde acquifere o nei corpi idrici superficiali. A queste sostanze si aggiungono spesso detriti più o meno grossi, che si depositano sul fondo dei bacini. 

Il fenomeno delle piogge acide, che consiste nella contaminazione dell'acqua piovana da parte delle sostanze tossiche presenti nell'atmosfera (anidride carbonica, anidride solforosa, biossido di azoto, ecc..), ha effetti devastanti sulle foreste, che possono manifestare una riduzione dell'attività di fotosintesi, e su strutture edili, che si deteriorano più rapidamente.

L'inquinamento marino è principalmente di origine terrestre, in particolare è una conseguenza dell'immissione di acqua di scarico e di affluenti industriali nei fiumi, che poi portano le sostanze inquinanti al mare.

Si intende per inquinamento marino la “introduzione diretta o indiretta, ad opera dell’uomo di sostanze chimiche o microrganismi (c.d. agenti inquinanti) nell’ambiente marino, quando essa ha o può avere effetti nocivi, quali danni alle risorse biologiche, alla fauna e flora marine, rischi per la salute dell’uomo, intralcio alle attività marittime, comprese la pesca e le altre utilizzazioni lecite del mare, alterazioni della qualità dell’acqua di mare dal punto di vista della sua utilizzazione e degrado delle attrattive ambientali”.

Sono causa di inquinamento «diretto» del mare gli scarichi da terra degli effluenti industriali e dei rifiuti civili generati da insediamenti dislocati lungo le coste; i versamenti effettuati dal naviglio di ogni genere e quelli provocati da incidenti occorsi a navi durante la navigazione. L’inquinamento «indiretto» del mare è invece da attribuire a tutte le altre forme di immissione: atmosferiche, terrestri, lacustri e fluviali che da terra, alla fine, confluiscono in mare.

La principale fonte di inquinamento di origine marina è quello da idrocarburi, in particolare delle petroliere, che alcune volte riversano grandi quantità di petrolio nelle acque. Un esempio è il recente disastro ecologico provocato dall'affondamento della nave Prestige, carica di petrolio, vicino alle coste della Spagna e della Francia e quello della petroliera Jessica, lungo le coste delle isole Galapagos.  

Quando siamo al mare e ci capita di vedere qualcosa galleggiare sul pelo dell’acqua; non ci chiediamo mai cosa possa essere. Ebbene, quella scia di colore verde-giallo è “mucillagine”: vale a dire resti di alghe morte per via artificiale. Il mare da solo non riesce più a decomporre naturalmente queste alghe, e così si staccano dal fondale marino e galleggiano trasportate dalla corrente.