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O atol foi descoberto pela expedição do navegador português Gonçalo Coelho em 1503 à costa do Brasil. Devido à pouca profundidade nas suas águas, a navegação nesse trecho da costa é muito perigosa.
Tem uma enorme importância ecológica fundamental por sua alta produtividade biológica e por ser uma importante zona de abrigo, alimentação e reprodução de diversas espécies animais.
Separado do continente pelo oceano, o Atol das Rocas está entre um dos menores do planeta: seu perímetro tem apenas sete quilômetros – seu eixo leste-oeste tem 3,7 km e o norte-sul não ultrapassa a 2,5 km. Com forma de uma elipse quase circular, esse antigo topo de vulcão funciona hoje como um enorme berçário vivo de muitas espécies. Todos os anos milhares de aves e centenas de tartarugas-verdes retornam para lá para desovar. O local também é área de abrigo e alimentação da tartaruga-de-pente.
Ao lado do Arquipélago de Fernando de Noronha, o Atol das Rocas é considerado uma das áreas mais importantes para a reprodução de aves marinhas tropicais do País, abrigando pelo menos 150 milhares de aves, de quase 30 espécies diferentes. Atualmente vivem, o ano todo, cinco espécies de aves residentes: duas de atobás, uma de trinta-réis ou andorinha do mar e duas de viuvinhas, os atobás-de-patas-vermelhas e as fragatas vem de Fernando de Noronha para pescar. Além delas, 25 espécies migratórias fazem de Rocas um porto permanente. Passam por ali espécies originárias da Venezuela, da África e até maçaricos provenientes da Sibéria. Até o momento, nenhuma espécie potencialmente predadora foi catalogada no Atol das Rocas.
O atol é também o paraíso de muitas espécies aquáticas. Por se tratar de uma montanha isolada, em meio a mares profundos e afastados da costa, ele é ideal para peixes de todos os tamanhos, moluscos, alga, crustáceos e tartarugas. Quase cem espécies de algas, 44 de moluscos, 34 de esponjas, sete espécies de coral e duas espécies de tartarugas já foram ali identificadas. Entre os 24 crustáceos, destacam-se o caranguejo terrestre e o aratu, que somente habitam ilhas oceânicas.
Em Rocas foram ainda catalogadas quase 150 espécies de peixes diferentes, entre os sargos, garoupas e xaréus. Mas apenas duas dessas espécies, o gudião e a donzela são exclusivas da região, que abrange o Atol das Rocas e o Arquipélago de Fernando de Noronha, o tubarão-limão, uma espécie rara em Rocas tem motivado estudos de vários cientistas brasileiros e estrangeiros, a espécie passa o início da vida em cardumes, na laguna e nas piscinas do atol.
De um branco característico, as areias do Atol das Rocas são classificados como falsas, pois derivam apenas do calcário moído de incontáveis fragmentos de conchas, ossos de aves e de peixes e de detritos vegetais (esqueletos de seres chamados vermetos), que ocuparam as rochas vulcânicas, estabilizando a faixa de recifes emersa, geralmente na forma de um círculo ou semicírculo, com uma lacuna no meio. Em Rocas, as areias acumularam-se em duas faixas, em forma de anel aberto, compondo a Ilha do Farol e a Ilha do Cemitério, já citadas anteriormente.
Na maré alta, as duas ilhas ficam emersas. Já na maré baixa surgem na área interior do atol várias piscinas naturais, de tamanhos e profundidades variadas, que funcionam como berçários para diversas espécies marinhas.
O Atol das Rocas é a primeira Reserva Biológica Marinha do Brasil criada no Brasil, em 5 de junho de 1979, pelo Decreto-lei n.º 83549, constituindo-se desse modo numa reserva biológica onde a única atividade humana permitida é a pesquisa científica.