물의 밀도는 4도씨에서 가장 높아져서 물의 무게가 가장 무겁습니다. 외부의 기온이 내려가서 4도씨 까지 밀도가 커진물을 아래로 내려가고 가벼운 아랫쪽 물이 올라오게 됩니다. 이런 과정은 강물이나 호수의 모든 물이 4도씨 까지 비슷하게 될 때까지 반복되다가 더이상 물의 대류가 일어나지 않게 됩니다. 물의 대류가 중단된 다음에는 물의 윗부분 부터 물의 어는점인 0도씨 까지 급격히 온도가 내려가고 위부터 얼게됩니다. 그리고 물이 얼게되면 부피가 증가하고 밀도는 감소하게 되기 때문에 물 속부터 얼 수 없습니다. 만약에 물이 아래부터 얼게되면 겨울철에 물고기는 살아남기 위해서 얼지 않는 물을 찾아서 이동하느라 엄청 바빠질 것입니다.
물이 온도가 떨어지면 부피가 감소하고 밀도가 증가하게 됩니다. 이 때 낮은 온도의 물은 내려가고 높은 온도의 물은 위로 올라오게 됩니다. 대류 현상이 생기게 되는거죠. 이 때 주위 온도가 4도 아래로 떨어지게 되면 물의 특성상 부피가 증가하게 됩니다. 이런 현상으로 밀도는 감소하게 되는데 이 때 물은 더이상 아래로 내려가지 않고 그대로 위에 있게 됩니다. 즉 표면만 얼게 되는거죠.
물이 표면부터 어는 것은 온도와 밀도위 관계가 가장 중요합니다. 물이 얼면 부피가 증가하는 것은 물만의 특별한 결합인 수소결합을 하기 때문입니다. 그 결합때문에 물이 0도로 갈수록 부피가 증가합니다. 밀도는 질량/부피입니다. 즉 부피가 증가 할수록 밀도가 낮아집니다. 물의 밀도보다 작아지기 때문에 물위에 뜨게 얼음이 하나씩 뜨게됩니다. 결국 표면부터 천천히 얼기시작하게 되는 겁니다
안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다. 대부분의 액체에서는 고체가 생기면 그것이 액체 안에 가라앉습니다. 그러나 얼음은 물보다 밀도가 작아서 물 위에 뜨는데요. 호수나 저수지는 공기의 온도가 0℃ 이하로 내려가면 찬 공기에 노출되어 있는 물의 표면부터 얼기 시작하고 이 얼음이 가라앉지 않아서 표면부터 얼어붙는 거랍니다.
