خلیج گرگان با حدود 400 کیلومتر مربع وسعت در گوشه جنوب شرقی دریای خزر بعنوان یکی از مهم ترین مناطق تالابی ایران شناخته می شود. این خلیج که توسط سیستم سدی- ماسه ای میانکاله از دریای خزر جدا شده است از جنبه های مختلف حائز اهمیت است. با توجه به راه ارتباطی که خلیج در حد فاصل بندر ترکمن و شبه جزیره آشوراده با دریای خزر دارد، از لحاظ انباشته شدن آلاینده های مختلف و تغییرات ژئوشیمیایی و زیستی، محیطی آسیب پذیر محسوب می شود. در پژوهش حاضر ویژگی های رسوبشناختی و ژئوشیمیایی رسوبات خلیج بهمراه آب و رودخانه های منتهی به آن مورد مطالعه قرار گرفته است. مطالعات رسوبی شامل دانه بندی و ویژگی های رسوبشناسی، پراکنش کانی های رسی، کربنات کلسیم و ماده آلی و بررسی آلایندگی رسوبات با استفاده از شاخص های غنی شدگی و ریسک اکولوژیکی بالقوه و مطالعات آب شامل تعیین غلظت یون های اصلی محلول در آب خلیج گرگان و رودخانه های منتهی به آن، تعیین پارامتر های فیزیکوشیمیایی، تیپ ژئوشیمیایی آب، محاسبه نسبت های مختلف یونی، منشأ یونهای محلول و نمایه های اشباع شدگی می شود. رسوبات خلیج گرگان عمدتاً توسط رودخانه های منتهی به آن و از ارتفاعات حوضه آبریز خلیج گرگان یعنی بخش های غربی کوههای کپه داغ و بخش های شرقی رشته کوه البرز منشأ می گیرند. بررسی های رسوبشناسی نشان داد که رسوبات بستر خلیج عمدتاً سیلتی و ماسه ای با جور شدگی بینهایت بد و کج شدگی مثبت هستند. پراکنش اندازه ذرات در بستر خلیج را می توان تحت تأثیر الگوی جریان آب، عمق کم و فاصله از مناطق ساحلی دانست. مطالعات انجام شده نشان می دهد که این رسوبات از لحاظ آلودگی به فلزات سنگین در محدوده های کم خطر و بی خطر قرار می گیرند که البته در بخش های غربی خلیج، مقادیر قابل ملاحظه ای از غنی شدگی نسبت به فلزات سنگین بدست آمده است که نوعی انباشتگی را در رسوبات خلیج نشان می دهد. آزمایشات استخراج ترتیبی و حضور بخش اعظم فلزات سنگین آلاینده در فاز اکسیدی و غیر باقیمانده رسوبات، نشانگر نقش عمده فعالیت های انسانزاد در انباشتگی این فلزات در محتوای رسوبی خلیج گرگان است. این یافته می تواند هشداری برای کنترل هر چه بیشتر ورود آلاینده های مختلف به خلیج گرگان و پایه ای برای مطالعات بیشتر منشأ آلاینده ها در رسوبات خلیج باشد. مطالعات آب خلیج گرگان و رودخانه های منتهی به آن نیز منعکس کننده نقش قابل ملاحظه شیمی آب خزر در کنترل ویژگی های هیدروژئوشیمیایی آب خلیج و نقش اندک و موقتی رودخانه ها می باشد. آب رودخانه های منتهی به خلیج گرگان به غیر از رودخانه قره سو در گوشه جنوب شرقی آن، مقادیر پایین و بی خطری از پارامتر های ارزیابی آلودگی آب برای مصارف کشاورزی را نشان دادند. ورود گسترده و بدون مدیریت فاضلاب های شهری و صنعتی در کنار پساب های کشاورزی به این رودخانه، وضعیت هشدار دهنده ای را برای آب این رودخانه در شیمی آب و رسوب خلیج بوجود آورده است. با توجه به مطالعات انجام شده و نتایج حاصل از این پژوهش می توان وضعیت زیست محیطی خلیج گرگان را بسیار آسیب پذیر و شکننده دانست. در صورت عدم مطالعات منظم و مدیریت موثر و ادامه ورود پسابهای آلوده به این خلیج، شاهد پاسخ های شدیدی در پارامتر های زیست محیطی خلیج گرگان شاهد خواهیم بود.