Normalt är tumregeln att varmt vatten väger mindre än kallt vatten, men det är inte alltid sant. Sötvatten är nämligen som tyngst vid 4 °C, så om ett kärl innehåller lager av vatten med 2, 3 respektive 4 °C kommer det varmaste vattnet att sjunka till botten.
Temperaturen i vattnet är ett uttryck för hur mycket molekylerna rör sig. Ju aktivare de är, desto mer plats tar de. Därför finns det plats med färre molekyler i ett enliterskärl om vattnet håller 80 °C än om det håller 10 °C.
Densitet förändras vid 4 °C
Molekyltätheten i ett ämne kallas ämnets densitet, så varmare vatten har lägre densitet än kallt – men detta förändras vid exakt 4 °C.
Där börjar vattenmolekylerna nämligen redan att hitta sina platser i det kristallgitter som de kommer att låsas fast i när vattnet blir till is vid 0 °C.
I gittret är det betydligt större tomrum mellan molekylerna än vad det är i flytande form, och när temperaturen når under 4 °C kommer densiteten därför åter att minska i takt med att fler av molekylerna intar sina platser i gittret.
Det är emellertid bara sötvatten som är tyngst vid 4 °C. Temperaturen för den maximala densiteten är lägre när vattnet innehåller salt. För havsvatten gäller därför att varmt vatten alltid är lättast.
Tungt vatten skapar dynamik i sjöar
Vinter
Sjöns varmaste vatten på fyra grader lägger sig nära bottnen (ljusa gradienter) och att det kalla vattnet stiger mot ytan, där det bildas is. På vintern är sjöns varmaste vatten alltså tyngst.
Vår/höst
Skiktningen kollapsar och vattnet i sjön blandas om. Det betyder att syre från ytvattnet och näringsämnen från bottnen blandas i hela vattenmassan.
Sommar
Vattnet skiktas igen, så att det kallaste på fyra grader finns nära bottnen (mörka gradienter) och det varma vattnet ligger i ytan. Temperaturskillnaden kan vara tio grader mellan ytan och några meter ned.
