为什么水面结冰了而冰下不会结冰?冰下的温度为什么是4度?

Question

为什么水面结冰了而冰下不会结冰?冰下的温度为什么是4度?

Answer 1

在冬天,一般只要温度计的水银柱下降到0℃以下,水就会马上结冰.
许多物体都是热胀冷缩的.水在4℃以上时,也是由于热胀冷缩,但是当水在4摄氏度时密度最大且4度以下有反胀现象.也就是当河水开始降温时,4摄氏度的水在下面,而温度更低的水反而在上面,而且温度越低越靠水面,所以结冰总是从河面开始.水是热的不良导体,它传热主要靠对流,当河底下水达到4摄氏度时,对流基本停止了（4度的水密度最大,无法向上走形成对流）,河面上的冷空气就很难影响到河底了
严寒的冬天,与冷空气直接接触的水,总是水面散热相当快.当水的温度在4℃以上时,因为热胀冷缩的关系,表面温度相当低的水,总要不停下沉,底部温度较高的水总要不断上升,从而形成对流现象.如此一来,原来上面相当冷、下面相当暖的水,很快就会达到温度均匀了.假如继续冷却,等到表面上的水冷到4℃以下时,它就变成热缩冷胀了,表面上的水反而比表面上的冰来得更轻(就是指比重较小),也就不再产生对流现象.因为没有了对流,水的温度很不容易均匀,在十分深的水里,尽管表面上的水已冷到0℃,但是底部的水还可能继续保持在4℃左右.所以总是表面的水先结冰.
水在结冰时,大约会增长十分之一的体积,所以它的比重变小,因此冰总是结在水的表面上.
可以说,水的这种脾气,对人类是相当有益的.要是水与别的物体一样,也是在冷凝时缩小,那天气一冷,水面上结成的冰就一直向下沉,最终,江河、湖沼里的水,就会连底冻结成一块,到明年融化起来可就困难了.
寒冷的冬天,河面上总是结着相当厚的冰,甚至人还能在上面走路或者进行滑冰运动.但在冰下面的水里,鱼及虾可以照样游动.为什么鱼虾不会被冻死呢,就是因为4℃左右的水保护了它们.