Почему лёд всплывает на поверхности воды?

Лёд всплывает на поверхности воды потому, что его плотность меньше плотности жидкой воды.

При замерзании молекулы воды выстраиваются в упорядоченную кристаллическую решётку. Из-за водородных связей между молекулами эта структура получается довольно «рыхлой»: между молекулами остаётся больше свободного пространства, чем в жидкой воде. Поэтому при превращении воды в лёд её объём увеличивается примерно на 9%, а масса при этом остаётся той же. В результате плотность уменьшается.

Плотность обычной жидкой воды составляет примерно 1 г/см³, а плотность льда — около 0,92 г/см³. Поэтому кусок льда легче такого же объёма воды.

На лёд в воде действует выталкивающая сила Архимеда. Лёд погружается лишь до тех пор, пока вес вытесненной им воды не станет равен весу самого льда. После этого он остаётся плавать. Именно поэтому большая часть льдины находится под водой, а небольшая часть выступает над поверхностью.

У воды есть ещё одна необычная особенность: максимальную плотность она имеет примерно при +4 °C. При дальнейшем охлаждении её структура начинает становиться более упорядоченной, и плотность немного уменьшается. Благодаря этому зимой водоёмы замерзают сверху, а не со дна. Слой льда на поверхности дополнительно служит теплоизоляцией и помогает воде под ним оставаться жидкой, что имеет большое значение для жизни водных организмов.