Почему в больших водоемах замерзает только поверхностный слой воды?

Answer 1

максимальная плотность физических тел наблюдается при температуре затвердевания. Максимальная плотность дистиллированной I воды наблюдается в аномальных условиях — при температуре I 4-3, 98° С (или округленно +4° С) , т. е. при температуре выше точки затвердевания (замерзания) . При отклонении температуры воды от 4° С в обе стороны плотность воды убывает. Аномальное изменение плотности воды влечет за собой такое же аномальное изменение объема воды при нагревании: с возрастанием температуры от 0 до 4° С объем нагреваемой воды уменьшается и только при дальнейшем возрастании начинает увеличиваться.

Если бы при понижении температуры и при переходе из жидкого состояния в твердое плотность и объем воды изменялись так же, как это происходит у подавляющего большинства веществ, то при приближении зимы поверхностные слои природных вод охлаждались бы до 0° С и опускались на дно, освобождая место боле теплым слоям, и так продолжалось бы до тех пор, пока вся масса водоема не приобрела бы температуру 0° С. Дале вода начинала бы замерзать, образующиеся льдины погружались бы на дно, и водоем промерзал бы на всю его глубину. При этом многие формы жизни в воде были бы невозможны. Но так как наибольшей плотности вода достигает при 4° С, то перемещение е слоев, вызываемое охлаждением, заканчивается при достижении этой температуры. При дальнейшем понижении температуры охлажденный слой, обладающий меньшей плотностью, остается на поверхности, замерзает и тем самым защищает лежащие ниже слои от дальнейшего охлаждения и замерзания.