最為危險的是幾種人造的有機化合物。它們有些本來就是為毒殺的目的生產的。由於它們的高毒性和在環境中的長期滯留，可能帶來嚴重的環境問題。合成的物質一般難於被微生物降解。在工業生產中為提高效率而大量使用這些物質，有時也為了滅鼠或除草使用。另一個廢棄物來源是在發達國家裏，為了商品保質，也為了增加對顧客的吸引力，商品大都裝潢精美，這樣每天都有大量的紙張、塑料、鋁箔、玻璃、罐頭被當做廢棄物扔掉。
西方國家一般出於經濟的考慮而忽略了對垃圾的再生利用。僅就英國而言，每年大約產生1×108t生活垃圾，還有2×108t的CO2排放到大氣中。而在美國，1988年內有1.8×108t固體廢棄物，3×108t汙水和4×108t汙泥，再加4×108t工業廢棄物。這裏還沒有計入廢氣。麵對如此巨大的汙染排放，人們為保證環境的質量而麵臨巨大挑戰。
二、廢棄物處理的方法
最好的方法是減少廢棄物的數量。但是有些廢棄物無法減少，如汙水的量直接與人口數量成比例。許多廢棄物應當而且可能再生利用，但有些廢棄物的再生利用成本太高，不是最佳選擇。例如一些有機物作為能源燒掉比再生利用好得多。對於多氯聯苯(PCB)這類難分解的有機物，焚燒是最好的辦法。
三、海洋化學汙染物
(一)碳氫化合物
主要是指石油。它是一種複雜的混合物，主要由碳和氫組成。有不同的分子量和分子結構，還含有少量氮和金屬。碳氫化合物汙染主要發生在從石油產地到煉油廠和石油消費地之間海上運輸過程中的泄漏和海上事故。
美國、日本和西歐國家對中東石油的依賴。每年大約有(5～10)×106t石油流入大海。其中2/3是在運輸途中泄漏的，1/3是由河流把煉油廠的廢油和其它工業廢水中的碳氫混合物帶入大海的。僅有一小部分是由於海上事故泄漏的。盡管海難造成溢油引起眾多的報道，但是大部分的海洋石油汙染卻來自船用內燃機燃料的不完全燃燒和油輪壓艙水的排放。當海上石油汙染發生以後，油汙的散布取決於許多物理、化學和生物的因素。海流和風迅速加大油汙染的麵積；反過來，大的表麵積又使其揮發、溶解和乳化過程加快。最後，石油被海洋微生物降解為CO2。海上溢油降解的速度和程度取決於原油的組成、天氣狀況和海流的情況。例如，柴油可以在海上很快散布，而6號原油的粘滯性很大，可在海上懸浮不動。圖4—5表明了海上溢油的分解過程。
溢油中較輕的組分揮發了；水溶性組分溶於海水通過混合過程進入水體；最重要部分——不溶性殘渣乳化為小球，最終沉入海底或衝到海岸，被緩慢分解或者掩埋掉。溢油的危害取決於生物的種類和溢油的地區。
溢油對於食物鏈中大部分海洋生物有毒。其中有些生物更易受到溢油的危害。一次大規模的海上溢油往往引起近岸生態係的惡化，致死當地的生物，包括植物、動物以至於飛鳥，或者使一些生物中毒。例如1969年秋天在美國WoodsHole海洋研究所附近的海區有600t溢油進入了麻省的Buzzard海灣。使該海區的生物量從溢油前的20000個/m2降到2個/m2！
大洋的溢油比近岸溢油的危害稍小，因為大洋水域廣闊，溢油可以在風和海流的作用下擴散，所以溢油濃度降低較快。這就表明，在一次海上溢油後防止溢油向近岸方向漂移是非常重要的，特別是風吹向海岸的情況更為明顯。處理溢油的技術有許多種，漂浮的攔網是一種常用的技術，也常常使用化學分散劑或化學凝油劑。分散劑並不把溢油從海水中除去，有時還把溢油向下擴散，以離開表麵有光照的區域，使得分解速度減緩。青島海洋大學研製的海上溢油凝固劑在處理各種海上溢油方麵有顯著的效果，能夠在短時間內把溢油變成固體或半固體，便於用網具撈起。溢油還可以用引燃方法處理，但是一般海上溢油難以點燃。生物學家也在研究一種以石油為食物的細菌來分解、消化溢油。
(二)海洋中的重金屬
海洋中的重金屬對於海洋環境有極大的危害，其中毒性較大的是汞、鉛、鎘、鉻、銅等元素。海水本身含有一定量的重金屬，但是本底值均很低。有些微量金屬還是生物生長必須的，不會造成環境汙染。但是人類的工業生產、交通運輸、日常生活汙水排放等輸入大量重金屬，卻能造成嚴重的海洋汙染。
例如日本在50年代發生的震驚世界的水俁病，就是由於甲基汞的排放引起的。水俁病發生在日本熊本縣的水俁市，1953年開始在人和家畜中發現症狀，到1970年有100餘人患病，43人死亡。以後的患病和死亡人數還在增加。1965年在日本新瀉地區也發現此病，主要發生在日本近海的居民中間。發病的主要原因是水俁市工廠生產氯乙烯、聚乙烯和醋酸乙酯等有機產品過程中使用汞化合物，工廠排放的廢水中含有大量的汞，廢水隨河流進入海灣，使其底質中含有大量汞。這些無機汞與有機物反應生成甲基汞，通過食物鏈在魚蝦貝類生物中富集，人類食用這些富含甲基汞的食品而中毒。
(三)合成有機化合物(含農藥等)
人類每年生產和使用70000多種化合物，每年還研製出1000種新化合物。大多數進入海洋的有毒化合物是屬於DDT(滴滴涕)和PCB(多氯聯苯)一類。這些含有鹵素的碳氫化合物與自然界的石油等碳氫化合物不同，它們不能被細菌或簡單的化學反應所分解，所以一旦排放入海，它們將在海洋中滯留很長時間。被生物吸收之後，由於它們的脂溶性，很難從生物體內排除，致使在食物鏈中逐漸被富集。鹵代烴的毒性很大，殘存時間很長，在食物鏈中它可以最先被藻類吸收，貝類能富集比它周圍海水濃度高690000倍的DDT和PCB。食用這些藻類和貝殼的魚類可以進一步富集鹵代烴，而以這些魚類為食物的海鳥和海獅等動物會因其食物中的高濃度PCB和DDT而中毒死亡。
(四)營養物質(富營養化)
海水中有硝酸鹽、磷酸鹽等營養鹽，這是海洋生物生長所必需的，一般海水中的磷酸鹽常常會成為藻類生長的限製因子。現在人們大量使用的洗衣粉等合成洗滌劑中有很高的磷酸鹽含量。當有大量生活汙水排放大海時，往往造成部分海區的富營養化，一些藻類迅速生長，使其它生物大片死亡，形成“水華”，爆發赤潮。赤潮會嚴重破壞生態平衡，(詳見第九章)。
海水中的二氧化碳係統
H2CO3和CO2。溶解CO2可以與大氣中的CO2進行交換，這個過程起著調節大氣CO2濃度的作用。工業革命以來，由於大量使用礦物燃料，排放大量CO2，使大氣CO2濃度上升，形成所謂“溫室效應”，影響了全球氣候變化(圖4—6)。因此近年來對大氣與海洋的CO2交換過程十分重視，開展了廣泛的國際合作，進行了大量研究工作。CO2海氣交換的研究是JGOFS(全球海洋通量研究計劃)的重要組成部分。
早期的化學海洋學研究就已經知道海水的二氧化碳係統是維持海水有恒定酸度的重要原因，這是由於在海水中存在下列平衡：
這個平衡過程控製著海水的pH，使海水具有緩衝溶液的特性。增加大氣的CO2也增加了海水中的無機碳總量，同時增加海水的緩衝容量，引起海水酸度增加，不利於更多的CO2進入海水。
海水的pH值
海水的pH值約為8.1，其值變化很小，因此有利於海洋生物的生長；海水的弱堿性有利於海洋生物利用CaCO3組成介殼；海水的CO2含量足以滿足海洋生物光合作用的需要，因此海洋成為生命的搖籃。
一般氣體在海水中的溶解量與其在大氣中的分壓成正比，但CO2是個例外。CO2與水有反應，因此提高了它在海水中的濃度。CO2在生物過程中起重要作用，藻類光合作用消耗CO2，產生有機物和氧氣。因此，大部分地區的海水表層CO2是不飽和的，深層水由於下沉有機物的分解含有較多的CO2。赤道海域環流和美洲大陸西岸上升流把CO2帶入表層水。
海水從大氣中吸收CO2的能力很大，而且最初它所能吸收的CO2是現今的幾倍。要準確估計海水吸收CO2的能力是較為困難的，因為整個體係處於動態之中。CO2與水生成碳酸，碳酸離解得到碳酸氫根和碳酸根，這是海水中溶解碳的主要化學形式。CO2濃度隨深度增加，因為藻類光合作用消耗CO2而在呼吸中放出CO2，另一個原因是CO2的溶解度隨壓力增加而增加。
天然的碳有三種同位素：12C，13C和14C。其中14C是放射性同位素。大氣中的14C有兩種來源，一是宇宙射線與大氣中的N2發生核反應產生的；另一種是由於核爆炸產生的。14C進入海洋後，隨著海水的運動減低濃度，因此可以用來研究CO2的氣體交換速率和水團的年齡等。
海水中的二氧化碳含量約為2.2mmol/kg。CO2的各種形式隨pH的變化
而CO2＋H2CO3含量很低。在CO2+H2CO3中則是以溶解CO2為主，H2CO3更少。常常把CO2+H2CO3稱為“遊離CO2”，寫為CCO2(T)。