Живильні елементи, головним чином сполуки азоту і фосфору, надходять у водойми з побутовими і сільськогосподарськими стічними водами. Збільшення змісту нітритів і нітратів у поверхневих і підземних водах веде до забруднення питної води і до розвитку деяких захворювань, а ріст цих речовин у водоймах викликає їхню посилену евтрофікацію (збільшення запасів біогенних і органічних речовин, через них бурхливо розвиваються планктон і водорості, поглинаючи весь кисень у воді).
До неорганічних і органічних речовин також відносяться сполуки важких металів, нафтопродукти, пестициди (ядохімікати), синтетичні детергенти (миючі засоби), феноли. Вони надходять у водойми з відходами промисловості, побутовими і сільськогосподарськими стічними водами. Багато хто з них у водяному середовищі або взагалі не розкладаються, або розкладаються дуже повільно і здатні накопичуватися в харчових ланцюгах. Збільшення денних опадів відноситься до одного з гідрологічних наслідків урбанізації. Їхня кількість у ріках і водоймах постійно зростає через ерозію ґрунтів у результаті неправильного ведення сільського господарства, зведення лісів, а також зарегульованості річкового стоку. Це явище приводить до порушення екологічної рівноваги в водних системах, згубно діють донні організми.
Джерелом теплового забруднення служать підігріті скидні води теплоелектростанцій і промисловості. Підвищення температури природних вод змінює природні умови для водяних організмів, знижує кількість розчиненого кисню, змінює швидкість обміну речовин. Багато мешканців рік, озер чи водоймищ гинуть, розвиток інших подавлюється.
Ще кілька десятиліть назад забруднені води представляли собою острова у відносно чистому природному середовищі. Зараз картина змінилася, утворилися суцільні масиви забруднених територій.
Нафтове забруднення Світового океану, безсумнівно, є саме розповсюджене явище. Від 2 до 4% водяної поверхні Тихого й Атлантичного океанів постійно покрито нафтовою плівкою. У морські води щорічно надходить до 6 тис. м3 нафтових вуглеводнів. Майже половина цієї кількості зв'язана з транспортуванням і розробкою покладів на шельфі. Континентальне нафтове забруднення надходить у океан через річковий стік.
Ріки світу щорічно виносять у морські й океанічні води більш 1,8 млн. т. нафтопродуктів. У морі нафтове забруднення має різні форми. Воно може бути плівкою якою покривається поверхня води, а при розливах товщина нафтового покриття спочатку може складати кілька сантиметрів. З часом утвориться емульсія нафти в воді чи води в нафті. Пізніше виникають грудочки важкої фракції нафти, нафтові агрегати, що здатні довго плавати на поверхні моря. До грудочок мазуту, що плавають, прикріплюються різні дрібні тварини, якими охоче харчуються риби і вусаті кити. Разом з ними вони заковтують і нафту. Одні риби від цього гинуть, інші наскрізь просочуються нафтою і стають не придатні для вживання в їжу через неприємний запах і смак.
Усі компоненти нафти токсичні для морських організмів. Нафта впливає на структуру співтовариства морських тварин. При нафтовому забрудненні змінюється співвідношення видів і зменшується їхня розмаїтість. Так, рясно розвиваються мікроорганізми, що харчуються нафтовими вуглеводами, а біомаса тих мікроорганізмів отрутна для багатьох морських мешканців. Доведено, що дуже небезпечно тривалий хронічний вплив навіть невеликих концентрацій нафти. При цьому поступово падає первинна біологічна продуктивність моря. У нафти є ще одна неприємна побічна властивість. Її вуглеводи здатні розчиняти в собі ряд інших забруднюючих речовин, таких, як пестициди, важкі метали, які разом з нафтою концентруються в приповерхньому шарі і ще більш отруюють його.
Ароматична фракція нафти містить речовини мутагенної і канцерогенної природи, наприклад бензопірен. Зараз отримані чисельні докази наявності мутагенних ефектів забрудненості морського середовища. Бензопірен активно циркулює по морських харчових ланцюгах і попадає в їжу людей.
Найбільші кількості нафти зосереджені в тонкому приповерхневому шарі морської води, що грає особливо важливу роль для різних сторін життя океану. У ньому зосереджена безліч організмів, цей шар відіграє важливу роль для багатьох популяцій. Поверхневі нафтові плівки порушують газообмін між атмосферою й океаном. Змінюються процеси розчинення і виділення кисню, вуглекислого газу, теплообміну, змінюється відбивна здатність (альбедо) морської води.
Хлоровані вуглеводні, що широко застосовуються як засоби боротьби зі шкідниками сільського і лісового господарства, з переносниками інфекційних хвороб, уже багато десятиліть разом зі стоком рік і через атмосферу надходять у Світовий океан. ДДТ і його похідні, поліхлорбіфеніли й інші стійкі сполуки цього класу зараз знаходять всюди у Світовому океані, включаючи Арктику й Антарктику. Вони легко розчинні в жирах і тому накопичуються в органах риб, ссавців, морських птахів. Будучи ксенобіотиками, тобто речовинами цілком штучного походження, вони не мають серед мікроорганізмів своїх "споживачів" і тому майже не розкладаються в природних умовах, а тільки накопичуються у Світовому океані. Разом з тим вони гостротоксичні, впливають на кровотворну систему, придушують ферментивну активність, сильно впливають на спадковість. Разом з річковим стоком в океан надходять і важкі метали, багато з яких мають токсичні властивості. Загальна величина річкового стоку складає 46 тис. км води в рік. Разом з ним у Світовий океан надходить до 2 млн. т свинцю, до 20 тис. т кадмію і до 10 тис. т ртуті. Найбільш високі рівні забруднення мають прибережні води і внутрішні моря. Чималу роль у забрудненні Світового океану грає й атмосфера. Так, наприклад, до 30% усієї ртуті і 50% свинцю, що надходять у океан щорічно, переноситься через атмосферу.
По своїй токсичній дії в морському середовищі особливу небезпеку представляє ртуть. Під впливом мікробіологічних процесів токсична неорганічна ртуть перетворюється в більш токсичні органічні форми ртуті. Накопичені завдяки біоакумуляції в рибі чи молюсках сполуки метилованої ртуті являють пряму загрозу життю і здоров'ю людей. Згадаємо хоча б сумно відому хворобу "мінамато", що одержала назву від японської затоки, де так різко проявилося отруєння місцевих жителів ртуттю. Вона віднесла чимало життів і підірвала здоров'я багатьом людям, що вживали в їжу морські продукти з цієї затоки, на дні якї нагромадилося чимало ртуті від відходів прилеглого комбінату.
Ртуть, кадмій, свинець, мідь, цинк, хром, миш'як і інші важкі метали не тільки накопичуються в морських організмах, отруюючи тим самим морські продукти харчування, але і самим пагубним чином впливають на мешканців моря. Коефіцієнти нагромадження токсичних металів, тобто концентрація їх на одиницю ваги в морських організмах стосовно морської води, змінюються в широких межах від сотень до сотень тисяч, у залежності від природи металів і видів організмів. Ці коефіцієнти показують, як накопичуються шкідливі речовини в рибі, молюсках, ракоподібних, планктонних та інших організмах.
25 пріорітетних забруднюючих речовин, що найчастіше виявляються у Західній Європі та Америці [1]:
1. Трихлоретилен 2. Свинець 3. Тетрахлоретилен 4. Бензол 5. Толуол 6. Хром 7. Дихлорметан 8. Цинк 9.1,1,1,-трихлоретан 10. Миш'як 11. Хлороформ 12.1,1-дихлоретен 13.1,2-дихлоретен 14. Кадмій 15. Магній 16. Мідь 17.1,1-Дихлоретан 18. Вінілхлорид 19. Барій 20.1,2-дихлоретан) 21. Етилбензол 22. Нікель 23. Ди (етилгексил) фталат 24. Ксилоли 25. Фенол
Широке використання нафтових вуглеводнів призвело до масових забруднень грунту та грунтових вод. Загальні джерела забруднення включають витоки підземних сховищ нафти, трубопроводів, діяльність з видобутку нафти, відходи заводів.
Нафтові вуглеводні складають різні групи сполук, в тому числі алкани, алкени, і гетероциклічні та ароматичні складові частини. Наприклад, паливо для реактивних двигунів, як правило, містить понад 300 різних вуглеводнів. Бензин, який є дуже розповсюдженим забруднювачем підземних вод, потенційно придатних для біологічного очищення, також є складовою частиною цієї комплексної суміші. Разом з бензином використовується, як правило, ізопентан, ксилол, п-пропілбензолу, 2,3-диметилбутан, н-бутан, н-пентан, толуол, які в сукупності складають більше 50% суміші. Однак, найгіршим з точки зору громадського ризику для здоров'я населення є, ймовірно, бензол, який добре розчиняється у воді і є відомим людським канцерогеном.
Дійсно, стандарт питної води для бензолу є набагато жорсткішим ніж у інших моноароматичних вуглеводнів, таких, як толуол і ксилол, а також наявність бензолу часто є рушійною силою для біоремедіації ділянок, забруднених бензином.
Інша важлива група забруднювачів - це поліциклічні ароматичні вуглеводні (ПАВ), які зазвичай знаходяться поблизу вугільних та нафтопереробних заводів. Ці гідрофобні забруднювачі, що представляють інтерес для гігієни навколишнього середовища через їх схильність концентруватися в харчових ланцюгах і гостру токсичність. Також деякі ПАВ визнані канцерогенними та мутагенними. ПАВ є основною складовою креозоту, який є комплексом лизько 200 сполук і містить фенольні та гетероциклічні забруднюючі речовини.