Pasma wegetacyjne na różnych głębokościach jezior
Stosunki cieplne są zależne od poboru i rozwarstwienia oraz strat ciepła. Głównym źródłem ogrzewającym wodę jest pochłanianie promieniowania słonecznego (bezpośredni kontakt wody z ogrzanym powietrzem ma tylko niewielkie znaczenie). Woda absorbuje z widma słonecznego głównie promienie podczerwone – odbywa się to bardzo intensywnie w powierzchniowych warstwach wody, natomiast na głębokości poniżej 1 m bezpośrednie ogrzewanie wody jest już minimalne. Ze względu na fakt, że woda jest złym przewodnikiem ciepła można by przypuszczać, że bezpośrednio nagrzewana warstwa powierzchniowa będzie zdecydowanie cieplejsza od niższych warstw. Jednak w rzeczywistości warunki termiczne w poszczególnych warstwach słupa wody kształtują się inaczej.
Decydującą rolę odgrywa tu specyficzna właściwość wody – tzw. cieplna anomalia wody. Znane prawo fizyki, które mówi, że wszystkie przedmioty w wyniku ogrzewania zmniejszają swój ciężar właściwy, natomiast po oziębieniu odwrotnie — zwiększają go, w wypadku wody obowiązuje tylko częściowo. Punkt krytyczny, w którym woda jest najgęściejsza, tym samym najcięższa, nie ma miejsca (na szczęście) przy temperaturze 0 °C, lecz przy 4 °C (dokładnie: 3,94 °C, 1 litr wody = 1 kg). Nad, a także pod tą granicą termiczną woda staje się lżejsza. Na przykład różnica ciężarów właściwych między wodą o temperaturze 20 °C a wodą o ciepłocie 10 °C wynosi 1,5 g, ta sama różnica między wodą o temperaturze 4° i 0 °C tylko – 0,1 g. Z naszego punktu widzenia powyższe różnice są praktycznie nieistotne, ale dla życia w wodzie mają decydujące znaczenie. Minimalna różnica 0,1 g pomiędzy wodą cięższą (4°C) a lżejszą (0 °C) wyklucza możliwość zamarzania wody od dna. Dzieje się tak, ponieważ przy dnie gromadzi się woda najcięższa, która wypiera do góry wodę o niższej temperaturze.
