我们喝水我们用它游泳，用它洗澡，用它给东西降温。因为水是如此常见，我们中的许多人都没有注意到它与其他物质相比是多么奇怪。当我们扑通一声冰在温暖的月份里，我们会毫不犹豫地看着它漂浮在杯子里的液体上。但为什么冰会这样，更重要的是，为什么水是从上到下冻结，而大多数其他物质是从下往上冻结?
水从上往下结冰——这使得冰可以漂浮——这是因为水形成的方式有一个奇怪的怪癖密度在温度下降时表现良好。密度是物质的单位体积的质量;它本质上是一个衡量如何紧密包装原子而且分子一种物质的。对于大多数化合物，是下降温度导致化合物的体积减小，而密度增加——原子和分子更紧密地聚集在一起。比如，一口袋的温暖空气上升和膨胀是因为它的密度小于周围较冷的空气。相反，一股冷空气下降并收缩，在下降的过程中变得更厚、密度更大。水也有类似的行为，但只是在一定温度下。冷却水的密度会增加，直到水温达到4°C(39.2°F)。如果水继续冷却，它的密度将再次开始增加，水(现在是固体状态)将膨胀。正是水的这种特性使得冰能在人行道上凿出裂缝岩石导致冰箱里的罐装和瓶装软饮料爆炸。
在4°C时，水仍处于液态。在湖泊而且河流在美国，这些水会在表面冷却，密度增大，然后下降。当水接近它冰点(0°C[32°F])，它的密度会比周围的水小，并会上升到水柱的顶部。如果水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。浅湖会冻成固体;除非生活在那里的植物、动物和其他生物有某种适应能力，使它们的组织免于冻结，否则它们就会死亡。在较大的湖泊中，冰和雪泥的底部会冷却上面的水，可能会减缓水流的速度新陈代谢以及在湖泊上游液体中存活的生物的生长速度。在这种情况下，地球看起来会非常不同;地球的两极地区将几乎没有生命，每年中纬度的植物、动物和其他生物都将面临在冰冻的固体栖息地中无法获得液态水的前景。