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El otro gran problema ambiental que afecta a los acuíferos es la contaminación. Beber agua subterránea contaminada puede tener efectos graves para la salud, e incluso a largo plazo puede derivar en ciertos tipos de cáncer. Los ecosistemas que dependen de la descarga de acuíferos también pueden sufrir daños por la entrada de contaminantes.
La contaminación se puede producir cuando la lluvia se infiltra a través del suelo, se pone en contacto con las fuentes de contaminación presentes en él y las arrastra hacia las aguas subterráneas. Otras veces la entidad del derrame o fuga es lo suficientemente grande, que el propio contaminante llega a las aguas subterráneas sin la ayuda de la infiltración del agua de lluvia.
Una vez que los contaminantes llegan a las aguas subterráneas, tienden a formar un concentrado y fluye junto a éstas, denominado pluma de contaminación. El lento movimiento de los acuíferos, hace que en algunos casos la contaminación no se detecte hasta pasados varios años, llegando a movilizarse ampliamente hacia otras zonas.