双层海指的是海水分上下两层，上层与下层的盐度不同。黑海是欧亚大陆之间的一个内海，面积大概为42。4万平方千米，它不仅是世界上最大的内陆海，也是地球上唯一的双 层海。 黑海是古地中海在地壳变迁过程中残留的一个海盆。在古新世（距今6500万年〜距今 5300万年）末期，小亚细亚半岛发生的构造隆起造成了黑海与地中海的分离，并且逐渐在与外海隔离的过程中形成了内海。
随着附近地壳的不断运动和历次的冰期变化，黑海与其母体（地中海）经历了很多次的演变，终于在距今6000〜8000年前的末次冰期形成了与地中海的相连状态。 黑海的海水平均深度1271米，几乎所有的海洋生物都集中在表面至水深200米之间。原因是黑海淡水注入量远多于海面蒸发量，淡化了表层海水的含盐量，使其上层海水的含盐量远远小于其下层海水的含盐量，这样就导致黑海成为了一个双层海。
由于黑海上、下层海水含盐量差异很大，在上下水层间形成密度飞跃层，这样就严重阻止了上下水层的交换，使深层海水严重缺氧。海水两层水的交界处在100〜150米深处之间。如果黑海的上下两层水之间要进行一次彻底交换，则需要上千年的时间。因此海水上下两层的海洋生物有很大的差异。
黑海上层的水面产大量鱒鱼、鲭鱼和鍉鱼。但其海底由于氧气不足，所以海底只有厌氧微生物可以生存，且这些厌氧微生物的新陈代谢会释放出来二氧化碳和有毒的硫化氢。硫化氢对鱼类有毒害，因而黑海除了浅海区和表层有一些海生动植物外，海中深度达到200米以下时，就很少有生物生存了。
所以黑海的深层海水中几乎是一个死寂的世界。到20世纪后期，由多瑙河和其他注入黑海的河水中携带了很多工业和城市废物，导致黑海的污染层增加，使得海中的鱼类不断减少。 虽然黑海是一个双层海，但是它却是欧洲地区各个主要河流的出海口。在黑海沿岸存在很多重要港口，如俄罗斯的敖德萨、保加利亚的布尔戈斯、罗马尼亚的康斯坦察、世界名城伊斯坦布尔等。
此外，黑海气候宜人，冬暖夏凉，微风阵阵，因此它成为了地球上唯一的避暑双层海域。
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