这是由水的物理性质决定的，水在摄氏4℃是的密度最大，水结冰点是摄氏0℃，在0℃时放出热量结为固体冰，在固体冰中水分子之间的距离比常温时水分子的分子间距离大，所以在常温下冰的温度也是不高于0℃，除非给冰加压使冰在常温不融化。
水结冰后体积膨胀，因此密度变小。
水的固态密度比液态的密度小是无奈之举，因为如果固态水的密度大于液态水的密度的话，水一旦结冰就会因为密度大而受到重力大于所受到的浮力开始下沉，这样下去水下面就都是冰块了。那么水下的水生动植物的生存空间就会受到严重的压缩。另外，如果考虑到水可以不结冰的话，也会导致冬天气温很低的情况下，没有冰块的水面会因为没有冰块的隔离作用导致水的温度下降幅度更大（比如，中国东北的最低温度会达到零下40-50度。）这样对于水下没有保暖设备的生物来说也几乎是灭顶之灾。
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