La topographie sous-marine de l'île est le résultat d'un soulèvement tectonique et de millénaires d'érosion par les vagues : des murs verticaux descendent jusqu'à 40 mètres, des grottes sous-jacentes tapissent le littoral et les courants de marée qui s'engouffrent entre Lembongan et Ceningan atteignent deux nœuds lors des échanges complets. Ces mêmes courants apportent une eau riche en nutriments depuis la fosse profonde de Lombok, soutenant des jardins coralliens denses et attirant les espèces pélagiques dans les bas-fonds.
Manta Point, le site emblématique de l'île, se situe à la pointe sud-ouest de Ceningan. Les raies mantas de récif, d'une envergure moyenne de quatre mètres, tournent autour d'un plateau rocheux entre 10 et 18 mètres, visitant des stations de nettoyage où les labres et les poissons-anges éliminent les parasites. Les observations ont lieu toute l'année, avec des pics d'agrégation d'avril à novembre, lorsque les efflorescences planctoniques épaississent la colonne d'eau. Crystal Bay, à la pointe nord-ouest de Lembongan, offre une plongée sur tombant abritée avec une visibilité dépassant les 30 mètres les jours de calme. La thermocline de la baie se situe à 22 mètres et, pendant l'hiver austral — de juillet à septembre — les poissons-lunes océaniques remontent des abysses pour être nettoyés dans les eaux peu profondes, un phénomène documenté par les biologistes marins depuis le début des années 2000.
L'industrie de la plongée sur l'île a émergé à la fin des années 1990, lorsqu'une poignée d'opérateurs ont commencé à organiser des excursions à la journée depuis Sanur. En 2010, des centres de plongée résidents ont ouvert dans le village de Jungutbatu, proposant des forfaits multi-plongées et des cours de certification PADI. Aujourd'hui, la plongée sous-marine à Nusa Lembongan soutient plus de 20 centres, pour la plupart regroupés le long de la route côtière nord. Le gouvernement indonésien a désigné les eaux entourant Lembongan, Ceningan et Penida comme zone marine protégée en 2010, interdisant les méthodes de pêche destructrices et établissant un permis journalier de 100 000 IDR qui finance les bateaux de patrouille et l'entretien des bouées d'amarrage. Le permis s'applique à tous les plongeurs et amateurs de snorkeling ; les opérateurs le collectent lors de l'enregistrement.
Blue Corner, Ceningan Wall et SD Point complètent la liste principale des plongées. Blue Corner présente un récif en pente entre 12 et 28 mètres, où les requins de récif à pointes blanches se reposent dans les chenaux sablonneux et où des bancs de carangues à gros yeux patrouillent le tombant. Ceningan Wall longe le flanc est du détroit, une paroi verticale colonisée par des gorgones, des coraux mous et des éponges barriques, avec des points d'entrée et de sortie pour la plongée en dérive marqués par des bouées de surface. SD Point, nommé d'après un marqueur de relevé submergé, est un site adapté aux débutants entre 8 et 15 mètres, abritant des poissons-crapauds, des nudibranches et des poissons-batraciens juvéniles. La plupart des excursions de plongée sous-marine à Nusa Lembongan proposent deux plongées avec un intervalle de surface de 60 minutes, au départ du port de Jungutbatu entre 06:00 et 09:30 pour éviter le trafic maritime de la mi-journée et le vent de l'après-midi.
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