Вода часто поводиться зовсім незвично, зовсім не так, як переважна більшість інших речовин. За всіма законами фізики речовина в твердому агрегатному стані має бути важче рідкого аналога, а отже, лід мав би бути на дні.
Але все ж він плаває зверху, а вода під ним залишається не просто рідкої, але і придатною для зимівлі живих істот. Якби все було інакше, і лід копілся б на дні, збереження життя у воді було б неможливим. Адже тоді водойми промерзали б повністю щозими. Що забезпечує захист водойм, і чому вода залишається промерзлій?
Чому лід не тоне?
Плавучість льоду забезпечується тим, що при замерзанні його щільність стає менше, ніж у навколишнього води. Він знаходить кристалічну решітку, а ще нерідко збагачується бульбашками повітря, які дають йому додатковий запас плавучості. Формується покрив від кромки водойм, поступово прямуючи до центру. Початкова товщина і міцність льоду невеликі, проте такі можуть швидко збільшуватися в морози.
Цікавий факт: Найміцніший лід, по якому можна сміливо ходити, має блакитний або зеленуватий відтінок. Якщо лід білий, він в два рази менш міцний, а якщо сірий, ступати на нього не варто взагалі. Якщо кинути в воду шматок льоду, то спочатку він піде на дно. Однак в подальшому він трохи підтане, вода навколо нього загусне, і він спливе.
Чому замерзає тільки верх водойми?
У теорії, будь-яке водоймище може замерзнути, до самого дна перетворившись на лід. На практиці ж і невелике озеро з максимальною глибиною метра в 3 не промерзають до дна навіть в сувору російську зиму, не кажучи вже про інших водоймах. Відбувається це саме через лід, здатного забезпечити істотний захист від переохолодження води. Щоб розібратися в нюансах, необхідно розглянути, як відбувається сам процес охолодження води.
При досягненні водними масами позначки в 4 градуси починається інтенсивний процес переміщення шарів у водоймі. Холодні шари починають підніматися вгору, адже їх щільність з урахуванням специфіки води виявляється найбільш низькою. Теплі маси накопичуються на дні водойми. У верхніх холодних шарах починається процес утворення льоду, який поступово охоплює і перекриває собою всю поверхню. Після цього охолодження води практично припиняється.
Вода під льодом вже не може перемішуватися вітром, всі верстви залишаються в цілості - особливо в стоячих або повільно поточних водах. Низька теплопровідність льоду створює своєрідну подушку, що захищає від подальшого вистужіванія водойми. Втім, теплопровідність води теж невисока.
Водні маси залишаються буквально законсервованими під крижаним панциром до теплого періоду, і всі підводні мешканці можуть без проблем перезимувати. Єдиним складним для них моментом є дефіцит кисню, адже лід відокремлює водну поверхню від повітря і перешкоджає її насиченню даними життєво важливою речовиною.Саме тому риби в зимовий час часом прибиваються до пробурених лунок або іншим отворів в льоду - їм просто душно.
Цікавий факт: Завдяки унікальним властивостям льоду і води озера існують навіть в Антарктиді. Так, одне з них, Схід, знаходиться під крижаним шаром товщиною в 4 км. На даний момент не з'ясовано, чи мешкають в ньому будь-які живі істоти.
Деякі види живності зимують прямо в льоду рідних озер - такі жаби, тритони, наприклад. Особливості фізіології дозволяють їм без ризику для життя заморожувати тільця, і в подальшому, після відтавання навесні, вони можуть знову жити як раніше. Природні антифризи в клітинах виключають утворення гострого кришталика льоду в кожній з них при заморожуванні, а адже саме цей кристалик руйнує живу клітину, приводячи до її загибелі і неможливості відтавання в колишньому вигляді. Амфібіям мороз і замерзання в льоду не страшні.
Таким чином, лід, що утворився по верхній кромці водойми, захищає його від подальшого виморожування за рахунок своєї низької теплопровідності. Теоретично промерзнути до дна можуть навіть океани, однак температури для цього повинні бути дуже низькими. На практиці ж повністю вимерзають тільки калюжі і дуже дрібні водойми, а крім того, неглибокі ставки і озера можуть повністю промерзати при дуже суворих зимах. У звичайних умовах під шаром льоду завжди зберігається вода з невеликим плюсовим показником температури.