Лёд — это твёрдое состояние воды, которое ведёт себя необычно по сравнению с большинством веществ: вместо того чтобы тонуть, он плавает на поверхности. Это свойство кажется простым, но за ним стоит особая структура воды и уникальные физические закономерности.
Молекулы воды H₂O связаны между собой водородными связями. При замерзании они выстраиваются в кристаллическую решётку, фиксируя расстояние между молекулами. Такая организация создаёт больше пустот в структуре, что делает лёд менее плотным, чем жидкая вода, и позволяет ему держаться на поверхности.
Вода достигает максимальной плотности при температуре около +4 °C. Ниже этой отметки её молекулы начинают формировать более упорядоченные структуры, увеличивая объём и снижая плотность. Именно поэтому замерзшая вода расширяется и лёд плавает.
Если бы лёд тонул, водоёмы в холодных регионах промерзали бы до дна, что разрушило бы экосистемы. Благодаря плавучести льда под его слоем сохраняется жидкая вода, где могут выживать рыбы, растения и другие организмы в зимний период.
Это свойство используется для хранения продуктов в ледниках, при транспортировке замороженных товаров, а также учитывается при проектировании гидротехнических сооружений. Знание особенностей замерзания воды помогает и в прогнозировании погодных и климатических процессов.
Плавающий лёд отражает значительную часть солнечного излучения, влияя на тепловой баланс Земли. Изменения площади ледового покрова оказывают прямое воздействие на глобальные климатические процессы, усиливая или замедляя потепление.