Этому удивительному свойству воды, возможно, обязаны и мы с вами. В определённом интервале температур -- вода расширяется при замерзании. Не будь этого -- всё на нашей планете было бы совсем иначе.
При нагревании размеры большинства вещественных тел увеличиваются, при охлаждении уменьшаются. Несложно представить как атомы или молекулы вещества при нагревании (веществу сообщили дополнительную энергию) начинают активнее двигаться (выше температура -> сильнее движение). В твёрдых телах атомы начинают с бо́льшей амплитудой колебаться близ своего среднего положения в кристаллической решётке и им требуется больше свободного пространства. В случае воды -- молекулы при росте температуры активнее толкают друг друга, пока с поверхности капли не будут выбиваться отдельные молекулы, что демонстрирует испарение.
По той же логике всё работает в обратную сторону. Понижая температуру -- энергии движения частиц становится меньше, и вещества занимают меньший объём. Так работает почти со всеми веществами (и это важно учитывать, например, при проектировании мостов, поскольку в различные сезоны конструкции будут себя вести по разному из-за теплового расширения. Даже в конструкции телескопов за ночь возникают деформации ввиду переменности температуры). Но есть в некоторых интервалах температур некоторые исключения. Такие как вода, гарт (типографский сплав), и совсем экзотика вроде гексацианокобальтата серебра Ag₃Co(CN)₆ или ZrW₂0₈ и др.
Рассмотрим пример воды.
Поверните картинку с льдом на 120° -- ничего не изменится в положении молекул воды в льдинке. Лёд имеет симметрию, вследствие которой снежинки все шестигранны. Картинка также демонстрирует и идею, отчего лёд, растаяв, занимает меньший объём ("пустоты" в кристалле заполняются неупорядоченными молекулами с бо́льшей энергией).
Именно благодаря этому редкому эффекту моря́ и океаны не промерзают до дна даже в самые сильные морозы (исключением являются совсем мелкие озёра в совсем сильный мороз). Менее плотная вода (холоднее +4° C) всплывает к поверхности, вытесняя ко дну более тёплую воду. Лёд меньше по плотности, чем вода, и, образовываясь на поверхности, он "запечатывает" воду внизу, позволяя водяным жителям перезимовать в жидкой среде.
Если бы лёд оказался плотнее воды -- он бы тонул, занимал бо́льший объём, разрастался со дна, а вода беспрепятственно промерзала. Живым организмам не оставалось бы места. А при длительных холодах -- вся вода на планете замёрзла бы, покрыв всё льдом. Тогда, отражая всё больше солнечного света, поверхность планеты остудилась бы ещё сильнее.
Скорее всего, не расширяйся вода при замерзании -- наша планета покрылась бы безжизненной снежной коркой. Или же, напротив, весь лёд потонул бы, поверхность планеты отражала бы меньше солнечного света (поглощала бы тепло) и нагревалась больше, чем сейчас. Так что -- было бы либо гораздо холоднее, либо гораздо теплее, что сильно отличило бы привычные нам условия, к которым сейчас адаптирована жизнь.
А если водоём постоянно перемешивать то он замёрзнет весь?