我们喝的水，我们在里面游泳，我们洗它，我们冷静下来吧。因为水很常见，我们很多人都没有注意到它与其他物质相比有多奇怪。当我们在温暖的月份将一两块冰块放入我们的饮料中时，我们会毫不犹豫地看着它在玻璃杯中漂浮在液体上方。但是为什么冰会这样做，更重要的是，当大多数其他物质从下往上冻结时，为什么水会从顶部到底部冻结？
水从顶部向下冻结 – 这使得冰浮起 – 因为在温度下降时水的密度如何表现出奇怪的怪癖。密度是物质的单位体积的质量; 它实质上是一种物质的原子和分子紧密堆积的量度。对于大多数化合物而言，温度下降会导致化合物的体积减小，同时其密度会增加 – 原子和分子会更紧密地堆积在一起。例如，一个暖空气口袋因为它比周围较冷的空气密度小而上升和膨胀。相反，一个凉爽的空气袋下降和收缩，随着它下降变得稍微厚一些和密集。水的行为类似，但只能达到一定的温度。冷却水的密度会增加，直到水的温度达到4°C（39.2°F）。如果水继续冷却，其密度将再次开始增加，水（现在处于固态）将膨胀。正是水的这种特性使冰能够楔入人行道和岩石中的开放裂缝，并使罐装和软饮料瓶在冰箱中爆炸。
在4℃时，水仍然是液体形式。在湖泊和河流中，这些水将在地表冷却，变得更密集，并且下降。当水接近其凝固点（0°C [32°F]）时，它将变得不如周围的水密集，并且它将上升到水柱的顶部。如果水反而从湖泊或河流的底部冻结到顶部，将会产生深远的生态后果。浅湖会冻结固体; 除非生活在那里的植物，动物和其他生物有某种适应性以防止它们的组织冻结，否则它们会死亡。在较大的湖泊中，一层冰和雪泥会使上面的水冷却，可能会减缓新陈代谢和在湖泊液体上游存活的生物的生长速度。在这种情况下，地球会看起来非常不同; 这个星球的极地几乎没有生命，每年中纬度的植物，动物和其他生物都会面临冰冻固体栖息地无法获得的液态水的前景。
