一般来说，同种物质温度越高密度越小，遵从热胀冷缩的规律。那是因为，物体内的粒子（原子）运动会受到温度的影响。当温度上升时，粒子运动变得剧烈，物体体积就会变大；当温度下降时，粒子运动变得缓慢，物体体积就会缩小。但是，水就很特别。当水温低于4度时，温度越低，水的体积越大。
科学研究表明：水温在4摄氏度时，水的密度最大。温度高于4摄氏度时，随着温度的升高，密度越来越小；温度低于4摄氏度时，随着温度的降低，密度越来越小。水凝固成冰时，体积变大，密度变小。人们把水的这个特性叫做水的反常膨胀。
水的这个反常膨胀特性害苦了北方的自来水管和暖气水管。北方的冬天，天气寒冷。有的地方更是滴水成冰。北方的水管都要做保温处理，一般都埋入地下，有的还会和暖气管道挨在一起。为的就是不让水管冻了。如果保护不好，会使水管内的水结成冰。后果就比较严重了：冰的密度比水小，所以水冻成冰后体积增大。加之，水管遵循热胀冷缩的规律，遇冷后水管体积会减小。这一增一减，水管很快就胀裂了。
另一方面，水的这一反常膨胀现象，却能让湖底的鱼儿安全过冬。一阵寒风袭来，湖面很快结了冰，将湖水和冷空气分隔开来。冰层不断将低温向冰层下的水传导，但是4度的水的密度最大，它始终处在水的最下层。1度、2度、3度的水，其密度比4度水的密度要小，所以一直浮在4度水的上面。寒冷的冰层要延伸到湖底也是不容易。一是有1、2、3度水的隔离作用；二是水遇冷成冰时，会释放热量到水中；三是太阳光也能到达冰层下面的液态水中。比如，世界冰层最厚的贝加尔湖的冰层，也就是2米。这样冬季北方湖泊的冰层下，就始终会有4度左右的不会结冰的水，鱼儿也就能生存下去了。
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