Miért nem pusztulnak el a halak télen a vizekben?

Fotó innen:
https://www.pinterest.com/
pin/557813103816504448/

Köztudott, hogy a víz „felülről lefelé” fagy be, és a jég úszik a víz tetején, a halak pedig életben maradnak a jég alatti vízben.
Milyen fizikai jelenség van ennek hátterében? Nyomába eredtem a kérdésnek. Ha aludtál már emeletes ágyon, megfigyelhetted, hogy a fenti ágyon valamivel "melegebb a klíma", mint a lentin. A meleg, "ritkább" levegő van felül a szobában, a hideg pedig alul. Nagyon szeretek tóban úszkálni, de csak a felszínen, mert ott kellemes meleg a víz. Lebukni nem mindig esik jól, mert alul jóval hidegebb van. A ritka meleg víz lebeg felül, és alatta helyezkedik el a hidegebb, sűrűbb víz. Összel, ahogy lehűl a víz hőmérséklete a tóban, még mindig felül van a melegebb víz, alul pedig a hidegebb. Ám 4 °C-on különös dolog történik: a meleg víz helyet cserél a hideggel.
Udvariasan azt mondja a meleg víz a hidegnek: "Átadom a helyemet neked, jöjj felülre." És ezután a hideg víz lesz a tó felszínén, a meleg víz pedig alul.

Fotó innen:
https://www.pinterest.com/
pin/564920346977984345/

Ennek az a magyarázata, hogy a víz 4 °C-on éri el a maximális sűrűségét, tehát ezen a hőmérsékleten a legsűrűbb, és a vízmolekulák a lehető legközelebb vannak egymáshoz. Ahogy a víz hőmérséklete csökken 3 °C-ra, majd 2 °C-ra stb., a molekulák egyre távolabb kerülnek egymástól. Ezáltal a víz "ritkábbá" válik, a sűrűsége csökken. A 2 °C-os víz ritkább, azaz kisebb sűrűségű, mint a 3 °C-os víz, a 3 °C-os víz ritkább, vagyis kisebb sűrűségű, mint a 4 °C-os víz. Mindig a kisebb sűrűségű víz van felül, ezért a tó felszíne lesz a leghidegebb. Amikor a felszín hőmérséklete eléri a 0 °C-ot, megfagy. Fagyáskor a molekulák távolabb kerülnek egymástól, és a térfogat megnő. Ezért képes szétrepeszteni a vizeshordót a jég.

Fotó innen:
https://www.pinterest.com/
pin/310255861800585425/

A vízmolekulák kristályrácsot alkotnak a jégben. A jég alatt 0 °C-s víz van, lejjebb pedig a melegebb vízrétegek. Így télen csak a folyók és tavak teteje fagy be. Mivel a jég „ritkább” a víznél, ezért úszik a víz tetején.
A jég felülről lefelé hízik, amikor hűl a levegő. Ha a víz a maximális sűrűségét 0 °C-on érné el, akkor a tó alulról kezdene befagyni, és megfagynának benne a halak. Vajon honnan vette az információt ez az egyszerű vízmolekula, hogy ilyen módon őrizze meg az életet? Hiszen ez csak egy „buta” molekula. Mégis hogyan tud ilyen intelligensen viselkedni?

Videó gyönyörű jég alatti felvételekkel.