往饮料杯里丢冰块，为什么它们总是浮着不沉底

夏天喝可乐，随手抓一把冰块扔进杯子，它们"哗"地全浮到了水面上。你有没有想过——这其实是一件很反常的事？几乎所有东西的固体都比液体重，会沉下去。铁块沉水、石头沉水，偏偏冰块不沉。水结成冰之后，反而变轻了？

水结冰之后，为什么反而"发胖"了？

我们先搞清楚一件事：东西会不会浮，看的不是它有多重，而是看同样体积下，它比水重还是比水轻。就像一块石头和一个空心塑料球，球可能比石头更大，但照样浮着，因为它整体上比同体积的水轻。水结成冰之后，发生了一件奇怪的事——它的体积变大了，大概膨胀了9%左右。

这是为什么呢？水分子（就是组成水的最小颗粒）平时在液体里是乱糟糟地挤在一起的，像地铁早高峰，虽然挤，但空间利用率高。一旦温度降到零度开始结冰，这些分子突然开始"讲规矩"，整整齐齐手拉手排成了一个六边形的蜂巢结构。这个结构看起来很漂亮，但实际上空隙更多、更松散，就像把一堆散放的球改成整齐码放——反而占地方了。体积大了，重量没变，自然就比同体积的液态水轻，于是乖乖浮上来了。

这到底有多"反常"？自然界几乎只有水这么干

你可能觉得这没什么大不了，但在科学家眼里，这是个极其罕见的异类行为。绝大多数物质都是固体比液体密度更大的——铁水冷却变成铁块会沉底，蜡烛融化的蜡液里，固体蜡也会沉下去。液态水变成冰之后反而更轻，这在自然界几乎独一无二。水是少数几种"固体比液体轻"的物质之一，而且这个特性还格外显眼，因为水在地球上无处不在。

如果冰和其他固体一样会沉底，那河流、湖泊一到冬天就会从底部开始冻结，水里的鱼和生物会被彻底冻死，整个水下生态系统可能完全不同。正因为冰浮在上面，它就像一层天然的隔热盖子，盖住了下面的液态水，让水下的生命得以在冬天活下去。

冰浮在水面上，对我们生活有什么影响？

除了让鱼儿过冬，这个特性在日常生活里也悄悄起着作用。冬天水管里的水结冰后体积膨胀，会把水管撑裂——这就是为什么北方冬天常常出现水管爆裂的问题，本质原因就是水结冰时"发胖"那9%。同样的道理，路面上的小裂缝里如果积了水，结冰之后把裂缝越撑越大，久而久之路面就坑坑洼洼了。所以"水结冰会膨胀"这件事，不只是让冰块浮起来那么简单，它藏在我们生活的很多细节里。

顺便说一个冷知识：如果给冰施加足够大的压力，它会在零度以下就重新变回液态水——溜冰鞋之所以能在冰面上滑行，有一部分原因就是刀刃对冰施加了压力，让接触面瞬间融化，形成薄薄一层水充当润滑剂。所以你每次滑冰，都是在用物理定律"压化"冰面。