Вода становится плотнее при охлаждении — но лишь до +4°C.

Почему вода перестаёт сжиматься при охлаждении

Большинство жидкостей при охлаждении становится плотнее: их частицы движутся медленнее и в среднем сближаются. Вода ведёт себя так же лишь до примерно +4 °C. Дальше начинает преобладать другая особенность её молекул — способность образовывать водородные связи. Это слабые притяжения между молекулами, которые помогают им складываться в определённую структуру.

Как молекулярный порядок делает воду легче

При дальнейшем охлаждении водородные связи всё чаще удерживают молекулы на большем расстоянии друг от друга, формируя более открытую структуру. В среднем в том же объёме оказывается меньше молекул, поэтому плотность воды падает. При замерзании эта особенность выражается ещё заметнее: кристаллическая решётка льда занимает больше места, чем такое же количество жидкой воды.

Именно поэтому лёд плавает, а вода достигает наибольшей плотности около +4 °C. Это не значит, что ниже этой температуры вода мгновенно замерзает: её плотность меняется постепенно, пока она остаётся жидкой.

Что происходит с озером зимой

Осенью охлаждённая поверхностная вода опускается, пока не приблизится к температуре максимальной плотности. Когда поверхность становится холоднее, она уже легче воды глубже и остаётся наверху. Там она может замёрзнуть, а слой льда замедляет обмен теплом с воздухом.

В результате подо льдом сохраняется жидкая вода, где температура может быть близка к +4 °C. Для обитателей озера это важно: замерзание начинается с поверхности, а не превращает весь водоём в сплошной ледяной блок.