一般物質(zhì)由于溫度影響,其體積為熱脹冷縮.但也有少數(shù)熱縮冷脹的物質(zhì),如水、銻、鉍、液態(tài)鐵等,在某種條件下恰好與上面的情況相反.實(shí)驗(yàn)證明,對(duì)0℃的水加熱到4℃時(shí),其體積不但不增大,反而縮小.當(dāng)水的溫度高于4℃時(shí),它的體積才會(huì)隨著溫度的升高而膨脹.因此,水在4℃時(shí)的體積最小,密度最大.湖泊里水的表面,當(dāng)冬季氣溫下降時(shí),若水溫在4℃以上時(shí),上層的水冷卻,體積縮小,密度變大,于是下沉到底部,而下層的暖水就升到上層來.這樣,上層的冷水跟下層的暖水不斷地交換位置,整個(gè)的水溫逐漸降低.這種熱的對(duì)流現(xiàn)象只能進(jìn)行到所有水的溫度都達(dá)到4℃時(shí)為止.當(dāng)水溫降到4℃以下時(shí),上層的水反而膨脹,密度減小,于是冷水層停留在上面繼續(xù)冷卻,一直到溫度下降到0℃時(shí),上面的冷水層結(jié)成了冰為止.以上階段熱的交換主要形式是對(duì)流.當(dāng)冰封水面之后,水的冷卻就完全依靠水的熱傳導(dǎo)方式來進(jìn)行熱傳遞.由于水的導(dǎo)熱性能很差,因此湖底的水溫仍保持在4℃左右.這種水的反常膨脹特性,保證了水中的動(dòng)植物,能在寒冷季節(jié)內(nèi)生存下來.這里還應(yīng)注意到,冰在冷卻時(shí)與一般物質(zhì)相同,也是縮小的.受熱則膨脹,只有在0℃到4℃的范圍內(nèi)的水才顯示出反常膨脹的現(xiàn)象來.