Nusa Penida surgió como una zona marina protegida en 2010, cuando un consorcio de grupos conservacionistas estableció un santuario de 20,229 hectáreas que rodea la costa de piedra caliza de la isla.
Las aguas que rodean esta meseta volcánica fracturada albergan 296 especies de coral registradas y sirven como corredor migratorio para las mantarrayas oceánicas que viajan entre el Océano Índico y el Estrecho de Lombok. La ubicación de la isla en la confluencia de las cálidas corrientes del Mar de Flores y los afloramientos fríos del paso indonesio crea condiciones ricas en nutrientes que atraen especies pelágicas durante todo el año. Antes de 2010, la pesca con dinamita y la recolección con cianuro habían degradado el 60 por ciento de los arrecifes poco profundos; los esfuerzos de recuperación desde entonces han restaurado la cobertura de coral duro a los niveles anteriores a 1990 en los sitios monitoreados.
Manta Point, una estación de limpieza en el extremo sur de la isla, registra un promedio de 14 avistamientos de mantarrayas por día durante la temporada alta de abril a noviembre. El sitio se encuentra a una profundidad de 12 a 18 metros, donde los lábridos limpiadores se congregan en los corales para atender a las rayas visitantes. Crystal Bay, en la costa noroeste, cuenta con una pared inclinada que desciende desde los tres metros hasta superar los límites de buceo recreativo, con sus terrazas superiores pobladas por corales de mesa y agregaciones de peces loro. Gamat Bay y Wall Bay, accesibles solo en barco, ofrecen snorkel a la deriva a lo largo de paredes verticales de piedra caliza colonizadas por corales blandos y gorgonias. La mayoría de los itinerarios de tour de snorkel en Nusa Penida desde Bali asignan de tres a cuatro horas de tiempo en el agua en estos sitios, con los operadores programando las salidas para coincidir con las ventanas de marea muerta.
Los acantilados terrestres de la isla, compuestos de piedra caliza del Plioceno elevada, se elevan 200 metros sobre el nivel del mar y crean cortavientos naturales que calman las aguas cercanas a la costa durante los meses del monzón del sureste. Los componentes del tour en tierra generalmente incluyen el mirador de Kelingking Beach, donde un promontorio con forma de T-rex se adentra en el estrecho, y Angel's Billabong, una piscina natural infinita tallada en la piedra caliza del arrecife. La tasa de entrada a la isla de 25,000 IDR, recaudada en el puerto de Buyuk o Sampalan, financia las estaciones de monitoreo de arrecifes operadas por el organismo de gestión del Área Marina Protegida de Nusa Penida. Los cruces en barco desde Sanur, Padang Bai o Kusamba tardan de 30 a 50 minutos dependiendo del tipo de embarcación y el estado del mar, con las salidas por la mañana aprovechando las condiciones más tranquilas antes de que se desarrollen los vientos térmicos del mediodía.
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