湖中的鱼特别耐冻吗?

冬季的牡丹江农民在封冻的冰面上采冰。他们在为一年一度的牡丹江冰建设提供材料，同时，也在为来年夏季储存冰块。为了采冰，不仅人们要在冰面上行走，而且还要让许多机械在冰面上作业。采好冰后，还要用汽车把冰块运走。但是，就是在这样的冰下面，水中的鱼仍可以自由自在的生活着，流动的江水就结冰如此，静止的湖水结冰情况就比这更甚了。在零下几十摄氏度的气温下，为什么湖底不会结冰？湖下面的鱼为什么不会被冻死呢？难道说湖中的鱼特别耐冻吗？

为了回答上面的问题，我们一起了解一下水的一些特性。

水的密度

水和其他物质一样，也有自己的密度，水的密度是水的一种特性，因为物体的体积会随温度的变化而变化，所以，物质的密度也会随着温度的变化而变化，尽管水和所有的物质一样，它的密度也会随温度的变化而变化，但水和其他物质又不太一样，它具有反常膨胀的性质。当水的温度在4℃以上时，它的体积会随温度的升高而增大，表现为热胀冷缩，所以，水的温度在4℃以上时，它的温度越高，密度越小。水的温度在4℃以下时，它的温度越低，密度越小，我们平常所说的水的密度为1．0×103 kg／m3 ，指的是水在4℃时的密度。在其他的温度时，水的密度都要小于1．0×103 kg／m3 。

根据分析问题的需要，我们把浮沉条件用密度的知识表示出来。对实心物件，当它浸没在液体中时，如果物件的密度大于水的密度，那么物件就要在液体中下沉，一直沉到液体的底部，最终沉底，如果物体的密度小于液体的密度，那么物件就要在液体中上浮，一直上浮到液体表面，露出一部分，最终处于漂浮状态。如果物体的密度等于液体的密度，则物体可以静止在液体的任意深度处。由此可以推断出，当密度不同的几种不相容的液体混合在一起时，在液体静止的时候，密度较小的液体将上升到较高的位置，而密度较大的物体将降到较低的位置。我们平时见到的食用油和水的混合情况很能说明这个结论。当我们把食用油滴入煮熟的面条或做好的汤中时，即使用筷子搅几下，当面条或汤静止时，油花花的食用油总处在最上面的哪一个层面。

下面，我们就一起来看看湖水中的冷冻情况吧！

为了讨论问题的方便，我们以4℃的湖水温度为界限，分水温高于4℃和低于4℃两种情况分析。

先看看湖水温度高于4℃的情况。

随着冬季的到来，湖面上方的气温会逐渐降低。湖中的水和湖面上方的空气相比，前者散热要慢一些。这样，湖表面水的温度要比湖面上方空气的温度要高一些。假设这时湖面上方的气温为10℃，湖面水的温度为10℃,水温比气温高3℃，这时，湖面的水就像一个小火炉一样，把它的一部分热传递给湖面上方的气体，结果，湖表面水的气温降低，密度增大，大于湖面下水的密度，逐渐向湖底下沉，由于湖面下方湖水的温度越高，密度越小，小于湖面上水的密度，它便逐渐向湖面上浮，补充湖面的水下降后，出现的空间，整个湖面的水就是通过对流而逐渐冷却的，当湖面温度不低于4℃，整个湖里的水的对流就这样持续不断的进行着，一直到湖水的温度降低到和湖面上方的温度完全相同为止。

再看看湖水的温度低于4℃情况。

当湖水的温度低于4℃，湖面上的气温一定远远低于4℃，假设这时湖面上方的气温为-10℃，这是湖面已经结冰了。由于这时湖面水的温度比湖面的气温高，也比冰的温度高，因此，湖面上方的水会把热传递给湖面上的冰和湖面上的空气。结果，时湖面上水的温度降低。

我们知道，当水的温度为4℃时，它的密度最大，所以，温度为4℃的水总是处在湖的底部，而湖面上的水的温度降低后，它们的密度变小，并且水的温度越接近0℃，它们的密度越小，这样，湖面上水的温度降低后，将处于湖中的水更高的位置处，一直到它们的温度变为0℃.湖面上的这些和冰接触的0℃的水，因为发生了热传递，从而凝固成冰。

如此这般，湖中的水便自上而下结成了冰，由此产生了湖中的冰由湖面向湖底蔓延的现象。

实际情况是，湖底并没有全部结成冰，这是为什么？在湖水结冰的过程中，湖面水的温度低于4℃，由于水反常膨胀，湖水不能用对流的方式传递热量。而水又是热的不良导体，加上地热是由底下向上传热的，所以，湖内水降温的速度是十分缓慢的，这样，就可以使湖底下水的温度一般都维持在4℃，这些水当然也就不会结冰了，在这里生活的鱼和生物也都能生存。

要是水没有了这奇特的性质，当严冬到来时，由于水的对流，结冰就会从水底开始，要不了多久，整个湖里的水都会凝结成冰，那样的话，一个严寒的冬天过后，恐怕湖里的鱼和其他生物酒所剩无几了，很多生物早就灭绝了。

看，自然界造物主的工作就是这样的神奇！