海水干净、漂亮，其实这种说法大错特错。尤其是东京湾，受到大量流入的生活污水和重型化工厂的废水污染，渔业已经濒临停滞。昭和中期，被京滨和京叶重工业带包围的东京湾连续发生水质污染事件。当时在东京湾附近有三家使用水银作为原料并违法排放的大企业，就是位于川崎市的昭和电工川崎工厂、味精川崎工厂和中央化工厂。这三家工厂从十几年前起便用水银电解法製造苛性钠，工厂的废水不经处理就排入海里，结果在东京湾的淤泥中检测到了高浓度的水银、镉、氰、铅等物质，在花鲈幼鱼的体内也验出了高浓度污染。花鲈幼鱼因此也有“水银污染鱼”之称。在社会大众的强烈反对下，这三家工厂现在已不再使用水银，但据海上保安厅对东京湾底所做的检测，海底已经沉积了两万一千吨的锌和四千五百吨的铅。
由河川流入海中的有机氯系化学农药和多氯化联二苯也造成了广泛的污染，目前已经被禁用；而作为白蚁驱虫剂的剧毒化学物质狄氏剂也给海水带来了严重污染。
因海水污染而引发的现象，最有名的是赤潮。由于氮、磷一类的营养盐类流入海中，滋生了大量的浮游植物，因此使海面看起来呈现一片红色。其中一种植物叫做裸甲藻，它可以在鱼鳃上形成黏膜，令鱼类因呼吸困难而死。最近，东京湾从春夏到秋季，每年都会发生赤潮，从本牧岬海面至三浦半岛水域，可以见到水面上浮着大量花鲈鱼、鱼、胡椒、鳗鱼、幼、鱼等鱼类的尸骸。
除了赤潮，东京湾还会发生此地独有的绿潮。所谓绿潮，是指在海底形成无氧状态的水层。工厂排水、生活污水、屎尿和垃圾等在海底沉积后腐烂，夺走了大量氧气，令周围的水层处于无氧状态。不难想像，这种绿潮一定会大量杀死海底的鱼贝类生物。这种无氧状态的水通常位于海面下五六米处，但当大风出来搅动海水时，它就会升到海面。此时，无氧水层中的硫化氢与氧气接触，氧化之后产生了硫黄成分，因此会呈现绿白色，也就是所谓的绿潮。由此看来，东京湾已处于濒死状态。
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