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Q 户外的空气温度为-10℃，湖面已结冰。这时候测量湖底的水温会是多少摄氏度？
1. 4℃
2. 2℃
3. 0℃
答案是1。湖面结冰，冰下面的水温是0℃。但是4℃的水的密度最大，所以会沉到底。
冰在0℃时的密度是0.9168g/cm³。冰融化的时候，体积大约缩小近10%，0℃时，会变成密度为0.9998g/cm³的水。随着温度的上升，水的密度增大，当温度升至3.98℃时，水的密度达到最大值0.999973g/cm³。
温度继续上升，水的密度会减小。不过，即使达到水的沸点100℃，水的密度也有0.9854g/cm³，仍然比冰的密度约大5%。像水一样液体密度大于固体密度的物质非常有限，铋等物质便属于这一类。
寒冷的冬夜，水管会破裂就是由于水变成冰以后体积增加导致的。
正是因为水与一般的物质不同，所以水里的生物才能安全度过寒冬。当外面的空气温度降到4℃左右时，池塘或者湖表面的水密度逐渐增大，沉到水底。
随着4℃时密度最大的水沉到水底，接近0℃的水会不断升至水面附近。当气温降低，水面周围便开始结冰。冰的密度小于水，所以会浮在水面上。水面结冰以后，冰层会起到隔热作用，即使在寒风刺骨的夜里，也可以防止水底结冰。
如果水同一般的物质一样，温度降低密度会增大的话，便会出现冰冷的液体聚集于底部，导致底部的水冷冻起来的情况。
这种情况下，由于缺乏能起到隔热作用的东西，从上到下都会冻得非常结实，水里的生物根本不可能存活。
水变成冰的时候体积增加、密度减小，是因为结冰后水分子规则排列，水分子之间的空隙变多而引起的。
冰融化成液体后，部分结晶构造被破坏，缝隙的一部分被水分子紧密地挤压在一起，使得水比冰的密度更高。
温度持续上升，水分子填满缝隙使得水的密度增加，但是当温度再度升高时，水分子的热运动变得激烈，导致分子的运动空间增大，密度减小。因此，水的密度有一种奇妙的平衡，4℃时密度最大，超过4℃以后密度反而会逐渐减小。