其实这是一个很简单的物理现象，我们都知道物体具有热胀冷缩。所以当水的温度升高的时候，它的体积其实会进行一定程度的膨胀，只不过非常的微小，但是在水里边就可以体现出这种差别。就比如我们在海面上游泳的时候会发现靠近表层的水会比较温暖，但是往越往下水的温度就比较低。但是这个现象一般出现在空气温度远高于海水温度的时候，因为热的传递效应会导致海的表面温度升高。
但是如果到了冬天这个现象就会有一点不同，因为水有一个特殊的性质，那就是水的密度在不同温度下不同的。根据科学研究表明，当水的温度处于4℃的时候，它的密度最大，这个时候水就会下沉让密度更轻的水到达上方。而我们都知道在冬天的时候，空气的温度远远低于水的温度，因为如果在不结冰的情况下，水的温度是0℃，而空气的温度可能已经达到零下。这个时候处于热量交换的原则，水表面的温度就会降低。甚至温度如果太低的话，水的表面会形成结冰现象。
而温度为4度的水到达下方之后，我们就会感觉到在冬天的时候，海水下方的温度要比水的表面温度高一点。而且因为水的比热容比较大，所以水的表面可以吸收和释放更多的热量。这也就导致了在水的下方会出现一个比较稳定且温度比较高的水层。
水可以依靠着这种现象，在海洋里边为深海里边的动物提供足够的热量。同时依靠着这种现象，表面密度比较轻的海水，可以从海底置换一些矿物质，同时也可以在海里形成一个垂直方向上的热量置换。为海水各个深度的生物提供充足的能量和热度。
给洗澡水加热。温度一上升，水就开始膨胀、变轻，热水渐渐向上面集中。洗澡前，要好好搅动一下澡盆里的水，因为上面的水热，下面的水凉。
但是，在冬天的池塘里，情况就大不相同了。我们这样说，是因为水有一种罕见的特性，即当水温在4℃的时候，其重量比任何温度的水都要重。由于水有这种特性，所以，当池塘的水面温度因寒冷下降到4℃的时候，这层水就向下沉去。又因为4℃以下的水虽然更凉，但重量却比4℃的水轻，所以，这些水向上升，于是池塘的水面逐渐结上了一层冰。
然而，冰的传热功能欠佳，这样就使得池塘底部的水温不降到4℃以下。由于上述各种原因，除去特别浅的水池外，池塘里的水不会全部都结成冰。
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