אולי כולם הבחינו כיצד קרום דק של קרח נוצר על פני המים כשהוא קופא. שבור, הוא רץ על פני השטח, ופשוט אי אפשר להטביע אותו. והעניין הוא שמים מוצקים הם קלים יותר ממים נוזליים.
חוק ארכימדס
היכולת המדהימה של קרח לצוף ולשכב על פני המים נובעת לא יותר מהתכונות הפיזיות הבסיסיות, שנלמדות במהלך חטיבת הביניים והתיכון. ידוע בוודאות כי חומרים בעת חימום נוטים להתרחב, כמו, למשל, כספית במד חום; כמו כן, כאשר הטמפרטורה יורדת, המים קופאים ומתגברים בנפחם ויוצרים קרום קרח על פני המאגרים.
גידול בנפח המים הקפואים משחק לעתים קרובות בדיחה אכזרית עם מי ששוכח מיכלים עם נוזלים בקור. מים ממש קורעים את המיכל.
הדעה כי נקבוביות מיקרוסקופיות מלאות באוויר מופיעות במסת הקרח שזה עתה נוצרה איננה מוטעית, אך היא גם אינה יכולה להסביר את עובדת הצפה כראוי. בהתאם לעקרונות שנגזרו וגובשו על ידי המדען היווני הקדום, שקיבל מאוחר יותר את השם חוק ארכימדס, גופים הטבולים בנוזל נדחקים ממנו בכוח השווה למאפייני המשקל של הנוזל שנעקר על ידי הגוף הזה.
פיזיקה של מים
ידוע בוודאות שקרח קל יותר מעשירית ממים, ולכן קרחונים ענקיים שקועים באוקיאנוס בתשע עשיריות מנפחם הכולל ונראים רק עבור חלק קטן. הבדלי משקל אלה מוסברים בתכונותיו של סריג הקריסטל, אשר כידוע אין מבנה מסודר במים ומאופיין בתנועה מתמדת והתנגשות מולקולות. זה מסביר את הצפיפות הגבוהה יותר של מים בהשוואה לקרח, המולקולות שבהן, בהשפעת טמפרטורות נמוכות, מראות ניידות נמוכה ומרכיב אנרגיה קטן ובהתאם לכך, צפיפות נמוכה יותר.
ידוע גם שלמים יש את הצפיפות והמשקל המרבי בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס, ירידה נוספת מובילה להתרחבות ולירידה במדד הצפיפות, מה שמסביר את תכונות הקרח. לכן במאגרים שוקעים מים כבדים של ארבע מעלות לקרקעית, מה שמאפשר לקרר להתעלות ולהפוך לקרח שאינו שוקע.
לקרח יש תכונות ספציפיות, למשל, הוא עמיד בפני יסודות זרים, בעל תגובתיות נמוכה, שונה בתנועתיות של אטומי מימן, ולכן יש לו נקודת תפוקה נמוכה.
ברור כי מאפיין זה הוא בסיסי לשימור החיים על פני כדור הארץ, מכיוון שאם לקרח היה יכולת לשקוע מתחת לעמוד המים, לאורך זמן, כל גופי המים של כדור הארץ לאחר ירידה בטמפרטורות היו יכולים להתמלא בשכבות הנמצאות כל הזמן נוצר על פני הקרח, מה שיוביל לאסון טבע ולהיעלמות מוחלטת של החי והצומח של גופי מים מקו המשווה לקטבים ההפוכים.
