Обращает на себя внимание также «поведение» плотности воды , а значит, и связанного с ней объема . Плотность большинства веществ (жидкостей, кристаллов и газов) при нагревании уменьшается, а при охлаждении увеличивается, вплоть до процесса кристаллизации или конденсации. Плотность воды при охлаждении от 100 до 4 °С (точнее, до 3,98 °С) возрастает, как и у подавляющего большинства жидкостей. Но, достигнув максимального значения при температуре 4 °С, плотность при дальнейшем охлаждении воды начинает уменьшаться. Другими словами, максимальная плотность воды наблюдается при температуре 4 °С (одна из уникальных аномалий воды), а не при температуре замерзания 0 °С. Если бы вода подчинялась общим правилам, она должна была бы замерзать при температуре около –100 °С и закипать при температуре около +10 °С.
Замерзание воды сопровождается скачкообразным(!) уменьшением плотности более чем на 8 %, тогда как у большинства других веществ процесс кристаллизации сопровождается увеличением плотности. В связи с этим лед (твердая вода) занимает больший объем, чем жидкая вода, и держится на ее поверхности.
Столь необычное поведение плотности воды крайне важно для поддержания жизни на Земле.
Покрывая воду сверху, лед играет в природе роль своего рода плавучего одеяла, защищающего реки и водоемы от дальнейшего замерзания и сохраняющего жизнь подводному миру. Если бы плотность воды увеличивалась при замерзании, лед оказался бы тяжелее воды и начал тонуть, что привело бы к гибели всех живых существ в реках, озерах и океанах, которые замерзли бы целиком, превратившись в глыбы льда, а Земля стала бы ледяной пустыней, что неизбежно привело бы к гибели всего живого.
Свойства льда удивительны. Во-первых, он всегда очень чист химически. В структуре льда практически не бывает примесей: при замерзании они вытесняются в жидкость. Именно поэтому снежинки всегда белые, а льдинки на поверхности грязной лужи практически прозрачные. Вообще говоря, любой растущий кристалл стремится создать идеальную кристаллическую решетку и вытесняет посторонние вещества. Но в планетарном масштабе именно замечательный феномен замерзания и таяния воды играет роль гигантского очистительного процесса – вода на Земле постоянно очищает сама себя.
Во-вторых, лед и, особенно, снег обладают очень высокой отражательной способностью. Благодаря этому солнечное излучение не вызывает заметного нагрева полярных областей, и, как следствие этого, наша планета избавлена от сезонных наводнений и повышений уровня Мирового океана.
Не менее повезло людям и с поведением воды при испарении. Вода при испарении (пар) превращается практически в простой газ, плотность которого меньше плотности воздуха, и поэтому вода способна насыщать своими молекулами земную атмосферу, создавая комфортные для человека погодные условия. Если бы водяной пар был заметно тяжелее воздуха, то поверхность всей Земли покрывал бы вечный слой тумана. Жизнь на такой планете трудно себе представить.
На Земле нет других веществ, наделенных способностью быть жидкостью при температурах существования человека и при этом образовывать газ не только легче воздуха, но и способный возвращаться к ее поверхности в виде осадков.
Очень важно для постоянного возрождения жизненного цикла еще одно аномальное свойство воды. Вода не имеет своей формы, она подвижна и податлива, и ее можно заключить в любой сосуд. Однако, проникая в трещины горных пород и расширяясь при замерзании, вода раскалывает скальные породы любой твердости , которые постепенно распадаются на все более мелкие частицы. Так начинается возврат окаменевших пород в жизненный цикл. На полях промерзание поверхностных слоев земли с ее органическими компонентами помогает образованию плодородной почвы.
Кроме того, вода сильнее других жидкостей проявляет свойства универсального растворителя . Если ей дать достаточно времени, она может растворить практически любое твердое вещество. Это чудесное свойство ускоряет процесс включения твердых веществ в круговорот живой природы. Мало того, вода с растворенными в ней компонентами становится питательной средой и поставщиком микроэлементов, необходимых для жизни растений, животных и человека. Так, вода, содержащаяся в человеческой крови (79 %), способствует переносу по кровеносной системе в растворенном состоянии тысяч необходимых для жизни элементов. Вода, содержащаяся в лимфе (96 %), разносит из кишечника питательные вещества по тканям живого организма. Ни одна из ключевых систем жизнеобеспечения живых существ не может обходиться без воды.