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Poluição térmica é aquela onde ocorre o aumento da temperatura do ar ou da água, causando grande mudança no meio ambiente. Pode ser causada pelo uso da água para refrigeração de centrais elétricas, usinas nucleares etc. Neste caso quando a água retorna para o meio ambiente, sua temperatura está elevada, causando a diminuição de oxigênio na água. Essa diminuição do oxigênio afeta a respiração de muitos animais marinhos. A poluição térmica do ar, embora menos comum, também pode provocar problemas ambientais. Algumas industrias liberam no ar vapor de água superaquecido, caso esteja perto de uma área verde num dia com pouca dispersão no ar, pode ocorrer a morte de pássaros, insetos e até de planta que são sensíveis com essa troca ''bruta'' de temperatura. Se isso ocorrer com grande frequência, pode ocasionar em problemas ambientais mais graves.
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Poluição térmica consiste no aquecimento das águas naturais pela introdução da água quente utilizada na refrigeração de centrais elétricas, usinas nucleares, refinarias, siderúrgicas e indústrias diversas. A elevação da temperatura afeta a solubilidade do O2 na água, fazendo com que esse gás se difunda mais facilmente para a atmosfera; isso acarreta uma diminuição de sua disponibilidade na água, o que prejudica diversas formas de vidas aquáticas. Além disso, o impacto da variação térmica exerce um efeito particularmente nocivo para as formas estenotérmicas, isto é, que não toleram grandes variações de temperatura, como o salmão e a truta. A poluição térmica é causada também pelo aquecimento global (e também pelo efeito estufa), e pode acarretar a perda de grande parte da fauna marinha e lacustre.
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