水が凍る現象は、自然界ではよくある現象です。よく見ると、常に水面に氷が形成されていることがわかります。北国の厳しい冬には、川や湖の水面が厚い氷の層で覆われることが多く、春先の雪解けの季節でも、川に沿って漂う浮氷を見ることができます。
水面は外気と直接接しているため、外気温が非常に低いときは、水面が先に冷え始めます。冷やされた水は密度が高くなって沈みますが、底部の温度が高い水は密度が低くなって上昇します。この水が浮き沈みする現象を対流といいます。しかし、水には独特の「変な気性」があり、外気温が4℃まで下がると水の密度が最大になり、外気温が下がり続けると水の密度が減少します。 、水の対流現象が起こらなくなります。
外気温が ot まで下がり続けると、表面の水が凍り始めます。水が凍ると、その体積の約 10 分の 1 に増加し、氷は水よりも密度が低くなります。したがって、凍った氷は常に水面に浮いています。このとき対流がないため、表面は0度まで冷えていますが、底の水は約4度のままであり続けることができます。
だからこそ、結氷期や降雪期でも川面の氷層を掘ったり、水中で生き生きとした魚を捕ったりすることができるのです。
