为什么只有水面结冰？

结冰后十分美丽的湖面

到了天寒地冻的时候，如果温度足够低，湖面上就会结起一层厚厚的冰，但是在冰的下面，还是有很大一部分的湖水是没有结冰的，这是为什么呢？为什么只有表面的水会变成冰？

之所以会这样，主要还是因为水的密度会随着温度发生一定的变化，但是这个变化既不具有正面的相关性，也不具有反面的相关性，而是类似于抛物线。

当温度接近4℃的时候，水的密度会达到最大值，也就是我们平时知道的1克/立方厘米。但是当温度低于或是高于3.980℃的时候，水的密度就会降低，密度的变化非常微小，小到我们几乎察觉不到，但是就像蝴蝶效应一样，这微小的差距也有可能造成非常大的影响。

就比如说水面结冰，但是下面的水却依旧保持液态，这就跟水密度的改变脱不了关系。 当水温逐渐向3.980℃降低的时候，水面上的温度首先降低，它们的密度也跟着变大。 本来处于上层的水密度变大之后就会缓缓地往水底沉，原本底层的水密度相对较小，于是开始上浮。这么一来一去，就形成了对流。 如果温度持续降低，降到3.980℃以下的话，水温越低，它们的密度反而越小，这样，水面上的水温本来就低，它们的密度又小，所以水温低的水就只能一直在水面上，而对流运动也没有了，它们传导热量的方式就只剩下传导了，通过传导来传递热量就是变相降温，所以水面上的水温越来越低，等到温度到达0℃的时候，水就开始结冰了。 而这时，密度最大的水还是沉在底层，它们的温度也是3.980℃，并没有达到冰点，所以不会结冰。

也许正是因为水有这样的特性，所以才会有如此多的水生动物存活至今。