Защо водата замръзва отгоре надолу?

Водата замръзва отгоре надолу - което позволява на леда да плава - поради интересна странност в това как се държи плътността на водата при падане на температурите. Плътността е масата на единица обем материално вещество; по същество това е мярка за това колко плътно са опаковани атомите и молекулите на дадено вещество. За повечето съединения падащите температури причиняват намаляване на обема на съединението, докато неговата плътност се увеличава - като атомите и молекулите стават по-плътно опаковани заедно. Например, джоб от топъл въздух се издига и разширява, защото е по-малко плътен от по-хладния въздух около него. Обратно, джоб от хладен въздух се спуска и свива, като става малко по-дебел и по-плътен, докато пада. Водата се държи подобно, но само до определена температура. Плътността на охлаждащата вода ще се увеличи, докато температурата на водата достигне 4 °C (39,2 °F). Ако водата продължи да се охлажда, нейната плътност ще започне да се увеличава отново и водата (сега в твърдо състояние) ще се разшири. Именно това свойство на водата позволява на леда да разбива отворени пукнатини в тротоари и скали и кара кутиите и бутилките с безалкохолни напитки да експлодират във фризера.

ТАЙНАТА е разкрита: Защо топлата вода замръзва по-бързо от студената?

При 4 °C водата все още е в течна форма. В езерата и реките тази вода ще се охлади на повърхността, ще стане по-плътна и ще се спусне. Когато водата достигне точката си на замръзване (0 °C [32 °F]), тя ще стане по-малко плътна от водата около нея и ще се издигне до върха на водния стълб. Ако вместо това водата замръзне от дъното на езеро или река до върха, ще има дълбоки екологични последици. Плитките езера биха замръзнали; освен ако растенията, животните и другите организми, живеещи там, нямат някаква адаптация, която да предпази тъканите им от замръзване, те ще умрат. В по-големите езера подът от лед и киша би охладил водата отгоре, вероятно забавяйки метаболизма и скоростта на растеж на организмите, които са оцелели в течното горно течение на езерото. При тези обстоятелства Земята би изглеждала много различно; полярните региони на планетата ще бъдат почти лишени от живот и всяка година растенията, животните и другите организми на средна ширина ще се изправят пред перспективата за недостижима течна вода в замръзнали твърди местообитания.