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A poluição ambiental é uma das grandes desvantagens do uso de combustíveis fósseis. O dióxido de carbono, gás liberado durante a queima desse tipo de combustível é o principal responsável pelo aquecimento global.
O dióxido de enxofre, um dos poluentes liberados também na combustão de combustíveis fósseis é a causa principal da chuva ácida. Esse fenômeno pode levar à destruição monumentos feitos de alvenaria ou mármore e culturas agrícolas.
A poluição originada a partir de automóveis (que utilizam combustíveis fósseis) e usinas de carvão pode causar sérios riscos à saúde. As doenças relacionadas à poluição variam de leve a grave e podem afetar significativamente a qualidade de vida. A poluição do ar pode resultar em asma, doença pulmonar obstrutiva crônica ecâncer de pulmão. A exposição prolongada pode aumentar as infecções respiratórias na população em geral. As crianças e os idosos são mais vulneráveis a partículas finas e outras substâncias tóxicas no ar..