原因水在从0℃到4℃之间，有一个物理现象叫“反常膨胀”。
什么是反常膨胀一般物质都具“热胀冷缩"(确切地说，就是吸热时 体积膨胀，放热时体积收缩)的性质。但少数物质如水、 锑、铋等例外。
水只在温度超过4℃时才会随着温度的上升而膨胀。当温度从0℃增加到4℃，水的体积反而减小（如图）。水的反常膨胀与水极性分子的缔合作用有关。
反常膨胀的好处水的“反常膨胀”现象，使得大量的鱼类，可以在冬天寒冷去的季节下得以存活。
当水温降到℃时，水的密度最大，沉到下层去。水温降到4℃以下时，由于体积变大，密度变小，不再下沉，便留在上层，直到上层水温降到0℃后结成冰。深层的水温仍可保持4℃。
下图为冬天河水的温度分布图。
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