私たちは水を飲み、水で泳ぎ、水で体を洗い、物を冷やします。水は非常にありふれた存在であるため、他の物質と比べて水がいかに奇妙であるかに気付かない人が多い.暖かい季節に飲み物に角氷を 1 つか 2 つ入れると、何も考えずにグラスの液体の上に氷が浮いています。しかし、なぜ氷はこのようなことをするのでしょうか? さらに重要なことに、他のほとんどの物質は下から上に向かって凍るのに、なぜ水は上から下に向かって凍るのでしょうか?
水は上から下に向かって凍り、氷が浮くようになります。これは、温度が下がったときに水の密度がどのように変化するかという奇妙な癖があるためです。 密度は、物質の単位体積の質量です。それは本質的に、物質の原子と分子がどれだけ密集しているかの尺度です。ほとんどの化合物では、温度が下がると化合物の体積が減少し、密度が増加します。これにより、原子と分子がより密に詰め込まれます。たとえば、暖かい空気のポケットは、周囲の冷たい空気よりも密度が低いため、上昇して膨張します。逆に、冷たい空気のポケットは下降して収縮し、下降するにつれてわずかに厚く密度が高くなります。水も同じように振る舞いますが、特定の温度までしか下がりません。冷却水の密度は、水の温度が 4 °C (39.2 °F) に達するまで増加します。水が冷め続けると、その密度は再び増加し始め、水 (現在は固体状態) は膨張します。この水の性質により、氷が歩道や岩の割れ目をはさみ、冷凍庫で缶やボトルのソフトドリンクが爆発する原因となります。
4 °C では、水はまだ液体のままです。湖や川では、この水は表面で冷やされ、密度が高くなり、下降します。水が凝固点 (0 °C [32 °F]) に近づくと、周囲の水よりも密度が低くなり、水柱の上部まで上昇します。代わりに、水が湖や川の底から上まで凍ると、深刻な生態学的影響が生じるでしょう.浅い湖は固く凍ります。そこに生息する植物、動物、その他の生物は、組織が凍結しないように何らかの適応をしなければ、死んでしまうでしょう。より大きな湖では、氷とスラッシュの床が上の水を冷やし、湖の液体の上流で生き残った生物の代謝と成長速度を遅くする可能性があります.これらの状況下では、地球は非常に異なって見えるでしょう。地球の極地には生命がほとんどいなくなり、中緯度の植物、動物、その他の生物は、毎年、凍った固体の生息地で得られない液体の水に直面することになります.
