Normalt er tommelfingerreglen, at varmt vand vejer mindre end koldt, men det er ikke altid sandt. Ferskvand er nemlig tungest ved 4 °C, så hvis en beholder indeholder lag af vand på hhv. 2, 3 og 4 °C, vil det varmeste vand synke til bunds.
Temperaturen i vandet er et udtryk for, hvor meget molekylerne bevæger sig. Jo mere aktive de er, des mere “fylder de”. Dermed er der plads til færre molekyler i en 1-litersbeholder, hvis vandet er 80 °C, end hvis det er 10 °C.
Densitet ændrer sig ved 4 °C
Tætheden af molekyler i et stof kaldes for densiteten, så varmere vand har en lavere densitet end koldt, men den sammenhæng ændrer sig ved præcis 4 °C.
Her begynder vandmolekylerne nemlig allerede at finde deres pladser i det krystalgitter, de låses fast i, når vandet bliver til is ved 0 °C.
I gitteret er der meget større tomrum mellem hvert molekyle end på flydende form, og når temperaturen passerer under 4 °C, vil densiteten derfor igen begynde at falde, i takt med at flere af molekylerne kommer på plads i gitteret.
Det er dog kun ferskvand, der er tungest ved 4 °C. Når vandet indeholder salt, falder temperaturen for den maksimale densitet, så i havvand vil varmt vand altid være lettest.
Tungt vand skaber dynamik i søer
Vinter
Søens varmeste vand på 4 °C lægger sig nær bunden (lyse gradient), og det kolde vand søger mod overfladen, hvor der dannes is. Om vinteren er søens varmeste vand altså tungest.
Forår/efterår
Lagdelingen kollapser, og alt vandet i søen blandes op. Det betyder, at ilt i vandet fra overfladen og næringsstoffer, der er frigivet fra bunden, blandes i hele vandmassen.
Sommer
Vandet lagdeles igen, så det koldeste på 4 °C er nær bunden (mørke gradient), og det varme vand er i overfladen. Temperaturforskellen fra overfladen og få meter ned kan være 10 °C.
