原因是水在0℃到4℃之间，有一种物理现象叫做“异常膨胀”。
什么是异常膨胀？一般物质都具有“热胀冷缩”的性质(具体来说就是吸热时体积膨胀，放热时体积收缩)。除了水、锑、铋等少数物质。
只有当温度超过4℃时，水才会随着温度的升高而膨胀。当温度从0℃升高到4℃时，水的体积减小(见图)。水的异常膨胀与水中极性分子的缔合有关。
非正常膨胀的好处水的“非正常膨胀”现象使大量的鱼能够在寒冷的冬季存活。
当水温降至℃时，水的密度达到最大，并沉入下层。当水温降到4℃以下时，因为体积变大，密度变小，就不再下沉，就停留在上层，直到上层水温降到0℃，形成冰。深水温度仍能保持4℃。
下图是冬季河水的温度分布。
参考沈振山、、、水著，上海教育出版社1980年3月第1版，第15页。
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