Почему в пресных водоёмах температура воды подо льдом +4 °С?

В пресных водоёмах вода подо льдом обычно имеет температуру около +4 °С из-за необычного свойства воды: при +4 °С она имеет максимальную плотность.

Осенью поверхность озера или пруда постепенно охлаждается. Пока температура воды выше +4 °С, охлаждённая вода становится более плотной и опускается вниз, а более тёплая поднимается к поверхности. Поэтому вода в водоёме перемешивается.

Когда температура верхнего слоя достигает +4 °С, ситуация меняется. При дальнейшем охлаждении от +4 до 0 °С вода уже не становится плотнее, а, наоборот, начинает расширяться и становится легче. Поэтому вода с температурой около +4 °С опускается на дно, а более холодная вода остаётся сверху.

В результате зимой образуется такое распределение температуры:

у поверхности — около 0 °С, здесь вода замерзает и образует лёд;

ниже льда — вода немного теплее 0 °С;

у дна — примерно +4 °С.

Сам лёд имеет меньшую плотность, чем жидкая вода, поэтому плавает на поверхности. Кроме того, слой льда плохо проводит тепло и частично защищает воду под ним от дальнейшего охлаждения.

Именно поэтому пресный водоём обычно не промерзает сразу до самого дна, а в его нижней части сохраняется жидкая вода с температурой около +4 °С. Это имеет большое значение для рыб и других водных организмов, которые могут переживать зиму подо льдом.