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在一般人的想像中，湖泊總與陸地上的山谷、森林或平原相連。在漆黑的深海海床之下，卻存在著一種極為特殊的「湖泊」，它沒有岸邊的樹木，也沒有陽光照耀，甚至連其中的水都與周圍海水截然不同。
這就是「鹽水池」，它有時被稱為「海底湖」、「深水池」或「鹽水湖」，其實不是一般意義上的湖泊，而是大量高密度鹽水聚集在海底凹陷處形成的特殊水體。由於鹽分含量遠高於周圍海水，這些鹽水不容易與上方的普通海水混合，因此能在海底形成一個界線相當明顯的「水中水體」。
有些鹽水池規模很小，面積不到1平方公尺，但最大的奧卡盆地，面積達到120平方公里。從小型海底凹地到廣闊的深海盆地，鹽水池的尺度差異相當驚人。更令人意外的是，在這些對多數海洋動物而言幾乎無法生存的環境邊緣，卻存在另一套生命世界。
海水底下為何會出現一座「湖」？
鹽水池最特殊的地方，在於它的水並非普通海水。
高濃度鹽分使鹽水的密度大幅增加，因此這些水會沉積在海底較低的位置，而且不容易與密度較低的海水混合。兩者之間於是形成清楚的界面，看起來就像海床上真的存在一座湖。部分鹽水池甚至會出現類似「湖岸」的邊界。隨著鹽度增加，礦物質可能從鹽水中析出，在池子的邊緣形成結晶狀沉積物，例如重晶石所形成的結晶殼層。也因此當深海探測器抵達這些地方時，眼前所見並不像一般海底景觀，而可能是一片具有明顯邊界的特殊液體區域。
這種現象並不是單一原因造成。鹽水池主要可以透過幾種不同的地質與海洋作用形成。
海冰結冰可能製造出高密度鹽水
其中一種形成方式發生在極地。當海水結冰時，鹽分並不能正常進入冰的晶體結構，因此部分鹽分會被排出，留下溫度極低、鹽度很高的濃鹽水。這些鹽水因為密度較大，會向下沉降。如果海底存在合適的窪地，濃鹽水就可能聚集在那裡，形成鹽水池。
這個過程稱為「鹽水排泄」，它不只是局部形成海底鹽水池的現象，海洋尺度的鹽水排泄也與北大西洋深層水及南極底層水的形成密切相關，而這些深層水體又是全球溫鹽環流的重要部分。也就是說，一塊海冰在極地形成時產生的鹽水變化，可能與全球海洋深層循環存在關聯。
幾億年前的鹽可能成為今天的海底湖
另一種形成方式與地球漫長的地質歷史有關。以墨西哥灣為例，中侏羅紀時期，當地曾經是一片淺海。後來海域乾涸，留下厚達8公里的鹽層與其他由海水形成的蒸發岩礦物。之後，墨西哥灣重新被海水填滿，沉積物逐漸覆蓋在古老鹽層上方。
問題在於，鹽是一種相對容易變形的物質。隨著上方沉積物越堆越厚、重量增加，下面的鹽層會受到擠壓而發生變形與移動，這種地質作用被稱為「鹽構造」。某些區域，古老鹽層會向上突出，抵達海底或接近海底的位置。當海水接觸到這些鹽層後，鹽會逐漸溶解，形成高鹽度水體。這些古老的鹽沉積物與甲烷釋放現象也存在關聯，最終形成具有特殊化學環境的深海鹽水池。換句話說，眼前的一座「海底湖」，其中的鹽分可能有著非常久遠的地質歷史。
還有一種力量來自地底
第三種形成方式與海底火山活動及板塊運動有關。在大洋中脊等構造擴張中心，板塊彼此分離，岩漿上升並冷卻，形成新的海洋地殼。在這個過程中，海水可以沿著海底裂縫向下滲入，與地下岩石及礦物質接觸，溶解其中的物質。
紅海就是一個重要例子。海水進入構造活動形成的裂隙後，可以溶解中新世沉積物中的鹽分，之後又在岩漿房上方的熱液活動區受到強烈加熱。高溫鹽水隨後向上移動，冷卻後沉積於海底窪地，最終形成鹽水池。因此，深海的「鹽湖」有時並非只是海水蒸發後留下的結果，而可能是古老鹽層、板塊活動、地熱與海水共同作用的產物。
鹽水池不是普通的水
如果只是鹽度很高，鹽水池或許還不至於如此特殊，真正讓它成為極端環境的，是高鹽度與缺氧往往同時存在。由於鹽水池與上方海水之間缺乏充分混合，氧氣難以有效進入深處。在某些深層高鹽缺氧盆地中，水體在最初十公分的深度就可能呈現缺氧狀態。對需要氧氣呼吸的海洋動物而言，這是一個非常危險的環境。
當魚、螃蟹、端足類等動物意外進入鹽水池後，可能因為缺氧與高鹽度造成的生理壓力而死亡。透過潛水艇及遙控水下航行器的觀察，研究人員曾在鹽水池內發現各種死亡的海洋生物。因為鹽水池本身缺氧，這些死亡的生物遺體可以在其中保存相當長的時間，甚至多年而不容易腐爛。
在海底深處，一座看似平靜的「湖」，因此可能成為許多海洋生物的死亡陷阱。然而，事情並沒有因此結束。因為就在這片對許多大型動物而言致命的水域周圍，卻有生命蓬勃存在。
生命聚集地
鹽水池的真正奇特之處，也許就在這裡，池中央可能不適合大多數動物生存，但池子的邊緣可能充滿生命，原因與鹽水池中的化學物質有關。
深海鹽水池通常可能含有高濃度的硫化氫與甲烷，這些化學物質可以成為化能合成生物利用的能量來源。與依靠陽光進行光合作用的生態系不同，這裡的生態系統可以建立在化學能之上。細菌能夠利用這些化學物質，其他生物與細菌建立共生關係，或直接利用微生物形成的食物來源。
因此，在鹽水池與普通海水交界的狹窄區域，反而可能形成非常特殊的生態環境。這裡的鹽度、氧氣濃度、酸鹼值與溫度，都可能在很短的垂直距離內產生巨大變化。對生命而言，這些劇烈變化是一道道難關，但對適應極端環境的微生物而言，意味著大量不同的生存空間。
不靠陽光也能建立一套生命系統
地球上的大部分生態系，最終都與太陽能有密切關係，但鹽水池附近的某些生態系統提供了一個截然不同的答案。在這裡，生命可以利用化學能維持生存。例如，冷泉釋放出的甲烷與硫化氫，可以被細菌利用。這些細菌又能與貽貝等動物形成共生關係，使動物能夠在周圍環境極為惡劣的情況下維持生存。
管蟲、蛤蜊與貽貝等生物，都曾被發現與化能合成細菌形成不同形式的共生關係。這些細菌就像生活在極端環境中的「能源轉換者」，將原本對一般生物而言難以直接利用的化學物質，轉換成生態系可以利用的能量。
因此，鹽水池不是一片完全死寂的海底。更準確地說，它是一座把生命逼到極限，也因此孕育出特殊生命形式的天然實驗室。
紅色微生物層
高鹽度環境並非所有生命都無法忍受。在鹽水池的高鹽度界面上方，可以觀察到斑駁的紅色層狀物，這與大量嗜鹽古菌存在有關，這些微生物具有適應高鹽環境的能力。
對一般細胞而言，高鹽度會造成嚴重的水分與滲透壓問題，但嗜鹽古菌有特殊的生理策略，使自身能夠在這種環境中維持正常功能。其中一種方式是調整細胞內部的離子濃度，尤其是鉀離子，以降低高鹽度帶來的滲透壓影響。
有些生活在鹽水池中的微生物必須同時面對高溫、巨大水壓與缺氧。因此，它們的生存方式並不是簡單地「耐鹽」而已，而是必須同時處理多重極端條件。
四種截然不同的世界
即使同樣被稱為鹽水池，不同地點的環境也可能完全不同。研究較深入的深海鹽池包括位於地中海的烏拉尼亞、班諾克、阿塔蘭特與發現，它們都屬於深層高鹽缺氧盆地，但化學組成並不相同。例如，烏拉尼亞盆地具有很高的硫酸鹽濃度；發現池呈現極低的鈉濃度與極高的鎂濃度；阿塔蘭特盆地的硫酸鹽濃度也有自己的特徵。
這些差異意味著，每一座鹽水池都可能擁有不同的化學梯度與微生物群落。研究人員因此不只是把鹽水池當成一種環境，而是將它們視為許多個各自獨立、各具特色的深海極端生態系統。
無氧世界裡的「生存規則」
缺乏氧氣，不代表沒有代謝活動。恰恰相反，鹽水池中的微生物有不同於一般需氧生物的能量取得方式。在深層高鹽缺氧盆地中，研究發現微生物參與碳、氮與硫等元素的循環。有些微生物參與產甲烷作用；有些利用硝酸鹽進行還原；另一些參與硫酸鹽還原與硫的氧化。對生活在普通海洋中的生物而言，這些化學反應是陌生的名詞；對鹽水池中的微生物而言，是維持生命不可或缺的能量來源。而且，鹽水池內部不是一個完全均勻的環境。
從上層海水到鹽水核心，鹽度、溫度、酸鹼值、氧氣及各種化學物質濃度都會逐漸改變。這種高度分層的環境，使不同微生物可以在不同位置找到適合自己的生存條件。值得注意的是，大量微生物細胞往往集中在不同化學層之間的「界面」，因為那裡同時存在不同化學物質，可以提供較有利的能量轉換條件。
從海面往下看，海洋似乎是一個連續的巨大水體。然而，深入海底之後，情況卻可能完全不同。
在某些海底窪地，一團高密度鹽水可以沉積其中，與上方海水形成清楚邊界。它可能沒有陽光、幾乎沒有氧氣，含有高濃度鹽分與各種化學物質，足以讓誤入其中的海洋動物死亡。但在這樣的環境邊緣，細菌、古菌，以及與微生物共生的動物，卻能找到自己的生存方式，鹽水池因此像是藏在海洋深處的另一個世界。
